BGA（ボールグリッドアレイ）とは
BGAとは、パッケージの下面に、はんだのボールを格子状に配置した形のICパッケージです。 Ball Grid Arrayの略です。外周に1列で端子を配置する方式では端子数が辺の長さで頭打ちになり、BGAは面積で端子数を稼ぎます。
そのかわり、接合部はパッケージの下に隠れ、検査はX線などの透過観察に頼ります。数を稼ぐ利点と検査の弱点が、同じ形から生まれます。
下面のはんだボールを溶かして基板へ付ける
Section titled “下面のはんだボールを溶かして基板へ付ける”チップは、外とやりとりするための端子を持ったパッケージへ収めて、はじめて基板へ載せられる部品になります。BGAはICパッケージを形状から分類したタイプのひとつで1、パッケージの下面に、入出力端子となるはんだのボールが格子（マトリックス）状に並んでいます。実装では、このハンダボールを高温に熱して溶かし、基板表面へ付けます。多数のピンを設けられるため、ピン数の多いLSIによく使われます。
外周の端子は1次元で、下面の端子は2次元で増える
Section titled “外周の端子は1次元で、下面の端子は2次元で増える”端子の配置には大きく2つの流儀があり、パッケージの外周に1列で配置するか、下面全体へ格子状に配置するかです。外周に配置する場合、設けられる数は辺の長さで決まり、パッケージを大きくしても端子数は周の長さに比例する範囲に収まります。間隔を詰める手もありますが、詰めるほど実装時にとなり合う端子どうしが短絡しやすくなります。
下面全体へ配置すれば、端子数は面積で決まります。同じ寸法のパッケージでも設けられる場所の数が桁で変わり、パッケージを少し大きくすれば端子数は面積に応じて増えます。増え方が1次元か2次元かの差が、ピン数の多いLSIでBGAが使われる理由です。
端子が増えると、信号の本数と電源の経路が増える
Section titled “端子が増えると、信号の本数と電源の経路が増える”端子の数は、そのままチップの外とやりとりできる本数です。HBMのように、まとまって出せるデータ量は「1本あたりの速さ × 本数」で決まるため、本数を増やせれば同じ速度のままでも運べる量が増えます。
端子は信号のほかに、電源とグランドにも要ります。大きな電流を1本で流せば、その経路で電圧が落ちます。多数の端子へ分散させれば1本あたりの電流が減り、電圧の落ち込みも抑えられるため、面へ配置する形は電源を配るうえでも有利です。
接合部はパッケージの下に隠れ、X線で確かめる
Section titled “接合部はパッケージの下に隠れ、X線で確かめる”利点の裏返しが、そのまま弱点になります。外周に端子がある方式では、はんだ付けの状態に横から目視が届きます。BGAでは、パッケージと基板の間に挟まれた接合部が全周にわたってパッケージの下に隠れます。
可視光の届く範囲はパッケージの表面までなので、検査にはパッケージを通して観察する手段が要り、X線による検査がこの用途で使われます。「隠れた接合部を、どう保証するか」が、この形式に付いてくる課題です。アンダーフィルで隙間を樹脂で埋めるのも、隠れた接合部の信頼性を確保する手当ての1つです。
フリップチップは接合の方法、BGAは外側の形の分類
Section titled “フリップチップは接合の方法、BGAは外側の形の分類”フリップチップは、ダイをどう接合するかの方法です。ダイの表面を下に向け、バンプを介して直接つなぎます。BGAは、パッケージの外側がどんな形かの分類で、下面に格子状のはんだボールが並んでいれば、中の作りに関係なくBGAです。
したがって両者は同時に成り立ち、フリップチップでダイを接合し、その外側をBGAの形で基板へ引き出す構成もあります。どの階層の話をしているかを区別すると、パッケージの用語は見通しがよくなります。
関連するデータ・ツール
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よくある質問（FAQ）
Section titled “よくある質問（FAQ）”BGAとは何ですか？
Ball Grid Arrayの略で、ICパッケージを形状から分類したタイプのひとつです。パッケージの下面に、入出力端子となるはんだのボールが格子（マトリックス）状に並んでいます。
どうやって基板へ付けるのですか？
ハンダボールを高温に熱して溶かし、基板表面に実装します。
なぜこの形になったのですか？
端子の数を稼ぐためです。多数のピンを設けられるので、ピン数の多いLSIによく使われます。
外周に端子を配置する方式との差はどこですか？
端子を設けられる場所の増え方に差があります。外周へ配置する方式では辺の長さに比例して増え、下面全体へ格子状に配置すれば面積に比例して増えます。
端子を増やすと何が良いのですか？
チップの外とやりとりできる信号の本数が増えます。電源とグランドの端子も多く取れるため、大きな電流を流す設計もしやすくなります。
付けたあとの検査はどうするのですか？
端子がパッケージの下に隠れるため、検査はX線など、パッケージを透かして観察する手段に限られます。
フリップチップとの差はどこですか？
指している層が異なります。フリップチップはダイをパッケージや基板へ接合する方法、BGAはパッケージの外側の端子形状の分類です。フリップチップで接合したダイを、BGAの形で外へ引き出す構成もあります。
比較・違いを学ぶ
Section titled “比較・違いを学ぶ”- フリップチップとは── ダイを接合する側の方法
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- 1東京エレクトロン：BGAtel.co.jp ↩