現代の情報化時代においては、電子産業が急速に発展し、コンピュータや携帯電話などの電子製品がますます普及している。人々は電子製品に対して、機能や性能面での要求を絶えず高める一方で、体積や重量に対する要求は絶えず低くなっている。現在では、多機能、軽量化および小型化が、現代電子製品の主要な発展動向となっている。この目標を達成するためには、IC（集積回路）チップの特徴寸法を縮小し、その複雑さのレベルを継続的に高めていかなければならない。その結果、I/O数が増加し、パッケージのI/O密度もまた上昇し始めている。この発展要求に対応するために、いくつかの先進的な高密度パッケージ技術が登場しており、その中でもBGA（ボール・グリッド・アレイ）は、軽量化、小型化および高性能の面で他のパッケージ形態よりも優れた利点を示すことから、主要なタイプとなっている。
BGAパッケージの登場は早くも1990年代初頭にさかのぼり、現在では成熟した高密度実装技術へと発展している。BGAパッケージ技術は、PCチップ、マイクロプロセッサ、ASIC、アレイ、メモリ、DSP、PDA、PLD などのパッケージとして広く用いられている。
BGAパッケージは、パッケージ底面に配置されたはんだボールのアレイに依存して、回路のI/O端子とPCB（プリント基板）との電気的接続を実現します。BGAパッケージ技術を用いた部品は、SMD（表面実装デバイス）の一種です。QFP、PLCC などの従来のリード付きデバイスと比較して、BGAパッケージ部品は次のような特性を備えています。
・I/O の回数が多い
I/O の数はデバイスサイズとはんだボールピッチによって決まります。BGA パッケージでは、はんだボールがベース底面にアレイ状に配置されているため、BGA パッケージはコンポーネントの I/O 数を大幅に増やし、パッケージサイズを縮小し、実装スペースを節約できます。一般的に言えば、同等のリード数の場合、BGA パッケージ技術を適用することで、パッケージ本体の体積は少なくとも 30% のスペースを節約できます。
・組立の高い合格率とコスト削減
従来のQFPおよびPLCC部品のリードは、リードピッチが1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mmまたは0.5mmで、パッケージの周囲に均等に配置されています。I/O数が増加すると、リードピッチは確実に小型化しなければなりません。ピッチが0.4mm未満になると、SMT装置の精度はそれに対応する要求を満たせなくなります。さらに、リードは変形しやすくなり、その結果、実装不良率が上昇します。
しかし、BGAパッケージ部品は、ベース底面にはんだボールをアレイ状に配置し、より多くのI/O数を収容することができる。はんだボールの標準ピッチは1.5mm、1.27mmおよび1.0mmである。ファインピッチBGAは、ピッチが0.8mm、0.65mmおよび0.5mmであることを特徴とし、SMT装置との互換性がある。
BGAパッケージのその他の特性には、次のようなものがあります。
・BGAはんだボールとベースとの接触面積が大きくかつ短く、放熱に有利です。
・BGAはリードが短く、信号伝送経路を短縮し、リードのインダクタンスと抵抗を低減して回路性能を最適化します。
・BGA は明らかに I/O 端の共平面性を改善し、組立工程中の共平面性不良に起因する損失を大幅に低減することができます。
・BGAはMCMパッケージに適しており、高密度かつ高性能なMCMを実現できます。
・BGAおよびファインピッチBGAは、ファインピッチリードICよりも信頼性が高い。
BGA には、主に正方形および長方形の構造を持つ、さまざまなタイプのパッケージがあります。はんだボールの配置形式に応じて、BGA は周辺配列、マトリクス配列、および全面配列に分類できます。ベース材料の違いに応じて、BGA は PBGA（プラスチック・ボール・グリッド・アレイ）、CBGA（セラミック・ボール・グリッド・アレイ）、TBGA（テープ・ボール・グリッド・アレイ）に分類できます。
・PBGAパッケージング
PBGAは、基材としてBTレジンまたはガラスラミネートを用い、封止材としてプラスチックを使用し、はんだボール材料として共晶はんだ63Sn37Pbを採用している。はんだボールとパッケージ間の接続には、追加のはんだを必要としない。一部のPBGAパッケージはキャビティ構造を有しており、上向きキャビティと下向きキャビティに分類される。キャビティ構造を持つPBGAは放熱性能を強化するために用いられるため、EBGAとも呼ばれる。
PBGA には次のような利点があります。
a. PCB基板との熱的な適合性がより高い
b. はんだボールとパッド間の位置合わせ精度の向上
c. 低コスト
d. 優れた電気的性能
・CBGAパッケージング
CBGAは、すべての種類のBGAの中で最も長い歴史を持っています。多層セラミックをベースとし、CBGAは金属製カバープレートを利用してBGAコンポーネントをベースに半田付けし、チップ、リードおよびパッドを保護します。はんだボールの材料には高温共晶はんだ10Sn90Pbが用いられ、はんだボールとパッケージ間の接続には低温共晶はんだ63Sn37Pbが使用されます。
CBGAパッケージの利点には次のようなものがあります：
a. より優れた気密性と高い防湿性により、長期的かつ高い信頼性を実現
b. PBGA よりも優れた電気絶縁性
c. PBGA よりも高い実装密度
d. PBGA よりも高い放熱性能
CBGAパッケージの欠点には、次のようなものがあります。
a. セラミック基板とPCB基板の熱膨張係数（CTE）の大きな差異により、CBGAは熱的な適合性が低く、はんだ接合部の疲労によって故障しやすいという特性を有している。
b. PBGA よりコストが高い
c. パッケージ端部のはんだボールにおける位置合わせの難易度が高い。
・CCGAパッケージング
CCGA（ceramic column grid array の略）は、CBGA の改良版です。CCGA と CBGA の違いは、CCGA では直径 0.5mm、高さ 1.25mm～2.2mm のはんだコラムを用いて、直径 0.87mm のはんだボールを置き換えている点にあります。その結果、CCGA のはんだ接合部は、はんだ接合部の疲労に対してより高い耐性を持つようになっています。
・TBGA パッケージング
TBGAは、チップとベース間に反転はんだ接合およびリードボンディングという2種類のインターコネクション方式を持つキャビティ構造です。
TBGA の利点には次のようなものがあります。
a. テープとPCB基板間の熱的な適合性の向上
b. TBGA では、はんだボールの自己アライメントを利用できる。つまり、はんだボールの表面張力によって、はんだボールとパッド間の位置合わせ要求を満たすことができる。
c. すべてのBGAパッケージの中で最も低コスト
d. PBGA よりも優れた放熱性能
TBGAの欠点には、次のようなものがあります。
a. 湿度に敏感
b. 異なる材料を複数種類組み合わせることは、信頼性維持の観点から好ましくない。
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役立つリソース
•BGAパッケージ種類の概要紹介
•品質保証付き BGA 部品調達サービス（PCBCart 提供）
•PCBCart のフル機能 PCB 製造サービス
・PCBCart の高度なターンキー PCB アセンブリサービス
•BGA実装の品質に影響を与える要因
•BGA部品のはんだボール不良とその防止方法
