Kolekcje

Ball Grid Array, BGA

Ball Grid Array, BGA

Ball Grid Array staje się coraz bardziej popularny w układach scalonych SMD, które wymagają połączeń o dużej gęstości. Wykorzystanie spodniej strony pakietu układów scalonych zamiast połączeń wokół krawędzi umożliwia zmniejszenie gęstości połączeń, upraszczając układ PCB.

Głównym problemem związanym z używaniem pakietów SMD BGA IC jest to, że użycie spodniej strony chipa oznacza, że ​​bezpośredni dostęp do połączeń nie jest możliwy, co utrudnia lutowanie, rozlutowywanie i kontrolę. Jednak w przypadku głównych urządzeń do produkcji PCB problemy te są łatwe do przezwyciężenia, a ogólną niezawodność i wydajność można poprawić.

Uzasadnienie wykorzystania BGA

Istnieją uzasadnienia dla wprowadzenia i stosowania siatki kulkowej, BGA jest dość proste, ponieważ wystąpiły problemy z innymi technologiami. Konwencjonalne opakowania typu quad flat pack miały bardzo cienkie i bardzo blisko siebie rozmieszczone szpilki. Taka konfiguracja stwarza szereg trudności.

  • Uszkodzić: Kołki na QFP są naturalnie bardzo cienkie, a ich rozstawienie oznacza, że ​​ich położenie musi być bardzo dokładnie kontrolowane. Każde niewłaściwe postępowanie może doprowadzić do ich przemieszczenia, a kiedy tak się stanie, ich przywrócenie jest prawie niemożliwe. Układy scalone używające dużej liczby pinów są zwykle bardzo drogie, więc może to stać się poważnym problemem.
  • Gęstość pinów: Z punktu widzenia projektowania, gęstość pinów była taka, że ​​odrywanie torów od układu scalonego również okazało się problematyczne, ponieważ w niektórych obszarach mogły wystąpić zatory.
  • Proces lutowania Ze względu na bardzo małe odstępy między pinami QFP wymagana jest bardzo dokładna kontrola procesu lutowania, w przeciwnym razie można łatwo mostkować styki.

Pakiet BGA został opracowany, aby przezwyciężyć te problemy i poprawić niezawodność połączeń lutowanych. W rezultacie BGA jest szeroko stosowany, a procesy i sprzęt zostały opracowane w celu przezwyciężenia problemów związanych z ich użytkowaniem.

Ball Grid Array BGA ma na celu

Ball Grid Array został opracowany, aby zapewnić szereg korzyści producentom układów scalonych i sprzętu, a także zapewnić korzyści ostatecznym użytkownikom sprzętu. Niektóre zalety BGA w porównaniu z innymi technologiami obejmują:

  • Efektywne wykorzystanie przestrzeni na płytkach drukowanych, umożliwiając wykonywanie połączeń pod pakietem SMD, a nie tylko wokół jego obrzeży
  • Poprawa wydajności cieplnej i elektrycznej. Pakiety BGA mogą oferować płaszczyzny zasilania i uziemienia dla niskich indukcyjności i kontrolowanych ścieżek impedancji dla sygnałów, a także mogą być w stanie odprowadzić ciepło przez podkładki itp.
  • Poprawa wydajności produkcji w wyniku ulepszonego lutowania. BGA zapewniają szerokie odstępy między połączeniami, a także lepszy poziom lutowalności.
  • Zmniejszona grubość opakowania, która jest wielką zaletą, gdy wiele elementów musi być znacznie cieńszych, np. telefony komórkowe itp.
  • Ulepszona ponowna obróbka wynikająca z większych rozmiarów podkładek itp.

Te zalety sprawiły, że pomimo początkowego sceptycyzmu co do pakietu, zapewnia on kilka użytecznych ulepszeń w wielu okolicznościach.

Co to jest pakiet BGA?

Ball Grid Array, BGA, wykorzystuje inne podejście do połączeń niż stosowane w przypadku bardziej konwencjonalnych połączeń do montażu powierzchniowego. Inne pakiety, takie jak poczwórny płaski pakiet QFP, wykorzystywały boki pakietu do połączeń. Oznaczało to, że było ograniczone miejsce na szpilki, które musiały być bardzo blisko siebie i znacznie mniejsze, aby zapewnić wymagany poziom łączności. Ball Grid Array, BGA, wykorzystuje spód obudowy, gdzie jest znaczna powierzchnia na połączenia.

Kołki są umieszczone we wzorze siatki (stąd nazwa Ball Grid Array) na spodniej powierzchni nośnika wiórów. Zamiast stosowania kołków zapewniających łączność, jako metodę łączenia stosuje się pady z kulkami lutowia. Na płytce drukowanej, PCB, na której ma być zamontowane urządzenie BGA, znajduje się odpowiedni zestaw miedzianych podkładek zapewniających wymaganą łączność.

Oprócz poprawy łączności, BGA mają inne zalety. Oferują niższy opór cieplny między samym chipem krzemowym niż czteropakowe urządzenia. Pozwala to na szybsze i skuteczniejsze odprowadzanie ciepła generowanego przez układ scalony wewnątrz obudowy z urządzenia na płytkę drukowaną. W ten sposób urządzenia BGA mogą generować więcej ciepła bez konieczności stosowania specjalnych środków chłodzących.

Oprócz tego fakt, że przewodniki znajdują się na spodzie nośnika chipa, oznacza, że ​​przewody w chipie są krótsze. W związku z tym niepożądane poziomy indukcyjności ołowiu są niższe, dzięki czemu urządzenia Ball Grid Array są w stanie zaoferować wyższy poziom wydajności niż ich odpowiedniki QFP.

Rodzaje pakietów BGA

Aby sprostać różnorodnym wymaganiom dla różnych typów montażu i wyposażenia, opracowano szereg wariantów BGA.

  • MAPBGA - tablica kulkowa z formowaną matrycą: Ten pakiet BGA jest przeznaczony dla urządzeń o niskiej i średniej wydajności, które wymagają opakowania o niskiej indukcyjności i łatwości montażu powierzchniowego. Zapewnia niskokosztową opcję o niewielkich rozmiarach i wysokim poziomie niezawodności.
  • PBGA - macierz z plastikowych kulek: Ten pakiet BGA jest przeznaczony dla urządzeń o średniej i wysokiej wydajności, które wymagają niskiej indukcyjności, łatwości montażu powierzchniowego, stosunkowo niskich kosztów, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiego poziomu niezawodności. Posiada dodatkowe warstwy miedzi w podłożu, które umożliwiają obsługę zwiększonych poziomów rozpraszania mocy.
  • TEPBGA - termicznie wzmocniona siatka z tworzywa sztucznego: Ten pakiet zapewnia znacznie wyższy poziom rozpraszania ciepła. Wykorzystuje grube płaszczyzny miedzi w podłożu, aby odprowadzać ciepło z matrycy do płyty klienta.
  • TBGA - macierz siatkowa z taśmą: Ten pakiet BGA to rozwiązanie od średniej do wysokiej klasy do zastosowań wymagających wysokiej wydajności termicznej bez zewnętrznego radiatora.
  • PoP - pakiet na opakowaniu: Ten pakiet może być używany w aplikacjach, w których przestrzeń jest na wagę złota. Pozwala na układanie pakietu pamięci w stos na urządzeniu podstawowym.
  • MicroBGA: Jak sama nazwa wskazuje, ten typ pakietu BGA jest mniejszy niż standardowy pakiet BGA. W branży dominują trzy nachylenia: 0,65, 0,75 i 0,8 mm.

Montaż BGA

Kiedy po raz pierwszy wprowadzono BGA, montaż BGA był jednym z głównych problemów. Z nakładkami niedostępnymi w normalny sposób montaż BGA osiągnąłby standardy, które można by osiągnąć za pomocą bardziej tradycyjnych pakietów SMT. W rzeczywistości, chociaż lutowanie mogło wydawać się problemem dla urządzenia typu Ball Grid Array, BGA, stwierdzono, że standardowe metody rozpływu były bardzo odpowiednie dla tych urządzeń, a niezawodność połączenia była bardzo dobra. Od tego czasu metody montażu BGA uległy poprawie i ogólnie uważa się, że lutowanie BGA jest szczególnie niezawodne.

W procesie lutowania cały zespół jest następnie podgrzewany. Kulki lutownicze mają bardzo dokładnie kontrolowaną ilość lutowia, a po podgrzaniu w procesie lutowania, lut topi się. Napięcie powierzchniowe powoduje, że stopiony lut utrzymuje opakowanie we właściwym wyrównaniu z płytką drukowaną, podczas gdy lut ochładza się i zestala. Skład stopu lutowniczego i temperatura lutowania są starannie dobrane tak, aby lut nie stopił się całkowicie, ale pozostał półpłynny, dzięki czemu każda kula pozostaje oddzielona od sąsiadów.

Ponieważ wiele produktów wykorzystuje obecnie pakiety BGA w standardzie, metody montażu BGA są obecnie dobrze ugruntowane i mogą być z łatwością stosowane przez większość producentów. W związku z tym nie powinno być obaw związanych z wykorzystaniem urządzeń BGA w projekcie.

Ball Grid Array, BGA, inspekcja

Jednym z problemów związanych z urządzeniami BGA jest to, że nie można wyświetlić połączeń lutowanych za pomocą metod optycznych. W rezultacie pojawiły się pewne podejrzenia co do technologii, kiedy została wprowadzona po raz pierwszy i wielu producentów przeprowadzało testy, aby upewnić się, że są w stanie zadowalająco lutować urządzenia. Głównym problemem związanym z lutowaniem urządzeń typu Ball Grid Array jest to, że należy zapewnić wystarczające ciepło, aby zapewnić, że wszystkie kulki w siatce stopią się dostatecznie, aby każde połączenie zostało wykonane w sposób zadowalający.

Połączenia nie mogą być w pełni przetestowane poprzez sprawdzenie parametrów elektrycznych. Możliwe, że połączenie nie zostanie odpowiednio wykonane i z czasem ulegnie awarii. Jedynym zadowalającym środkiem kontroli jest użycie kontroli rentgenowskiej, ponieważ ta metoda kontroli jest w stanie spojrzeć przez urządzenie na lutowane złącze poniżej. Okazuje się, że po prawidłowym ustawieniu profilu cieplnego lutownicy BGA urządzenia lutują się bardzo dobrze i napotyka się kilka problemów, dzięki czemu montaż BGA jest możliwy w większości zastosowań.

Ball Grid Array, przeróbka BGA

Jak można się spodziewać, nie jest łatwo przerobić płyty zawierające BGA, jeśli nie jest dostępny odpowiedni sprzęt. Jeśli podejrzewa się, że BGA jest uszkodzony, można go usunąć. Osiąga się to poprzez lokalne ogrzewanie urządzenia w celu stopienia lutowia znajdującego się pod nim.

W procesie przeróbki BGA ciepło jest często usuwane na specjalistycznej stacji naprawczej. Składa się on z przyrządu wyposażonego w promiennik podczerwieni, termoparę do monitorowania temperatury oraz urządzenie próżniowe do podnoszenia opakowania. Konieczna jest duża ostrożność, aby upewnić się, że tylko BGA jest podgrzewany i wyjmowany. Inne urządzenia znajdujące się w pobliżu wymagają jak najmniejszego wpływu, w przeciwnym razie mogą zostać uszkodzone.

Naprawa BGA / reballing BGA

Po wyjęciu BGA można wymienić na nowy. Od czasu do czasu można odnowić lub naprawić usunięty układ BGA. Ta naprawa BGA może być atrakcyjną propozycją, jeśli chip jest drogi i wiadomo, że po usunięciu jest działającym urządzeniem. Podejmij naprawę BGA, która wymaga wymiany kulek lutowniczych w procesie znanym jako reballing. Tę naprawę BGA można przeprowadzić przy użyciu niektórych małych, gotowych kulek lutowniczych, które są produkowane i sprzedawane w tym celu.

Istnieje wiele organizacji, które wyposażono w specjalistyczny sprzęt, aby przeprowadzić reballing BGA.

BGA, technologia siatki kulkowej stała się dobrze ugruntowana. Choć mogłoby się wydawać, że będą problemy z dostępem do kontaktów, to znaleziono odpowiednie metody ich przezwyciężenia. Układ PCB i niezawodność płytki uległy poprawie wraz ze zmniejszeniem gęstości ścieżek i pinów, a oprócz tego lutowanie stało się bardziej niezawodne, a techniki rozpływu w podczerwieni zostały udoskonalone, aby umożliwić niezawodne lutowanie. Podobnie inspekcja płyt za pomocą BGA może wykorzystywać kontrolę rentgenowską, AXI, a oprócz tego opracowano techniki przeróbek. W rezultacie zastosowanie technologii BGA doprowadziło do ogólnej poprawy jakości i niezawodności.


Obejrzyj wideo: BGA reballing and soldering Xilinx IC. How to reball without BGA stencil. (Grudzień 2021).