Ce este Ball Grid Array (BGA)?Beneficii, tipuri, proces de asamblare
2024-09-09 2665

Pachetele cu bilă de grilă (BGA) au devenit foarte populare în electronice, în special pentru circuitele integrate montate la suprafață (ICS SMD) care au nevoie de multe conexiuni într-un spațiu mic.Spre deosebire de design -urile mai vechi, care plasează conexiuni în jurul marginilor cipului, BGA folosește partea inferioară a cipului pentru conexiuni.Acest lucru facilitează proiectarea plăcilor de circuite imprimate (PCB) prin reducerea dezordurii și permițând machete mai compacte.Acest articol explorează de ce sunt preferate pachetele BGA, beneficiile pe care le oferă, ionii V ariat ale proiectărilor BGA și provocările cu care se confruntă în timpul asamblării și refacerii.Fie în aplicații electronice de consum sau industriale, tehnologia BGA îmbunătățește proiectarea și fabricarea circuitului.

Catalog

Figura 1: tabloul de grilă cu bilă (BGA)

De ce sunt preferate pachetele cu bilă de grilă (BGA)?

Un tablou de grilă cu bilă (BGA) este un tip de ambalaje de montare a suprafeței utilizate pentru circuitele integrate (ICS).Dispune de bile de lipit pe partea inferioară a cipului în loc de pini tradiționali care îl fac ideal pentru dispozitivele care au nevoie de densitate de conexiune ridicată într -un spațiu mic.Pachetele cu bilă de grilă (BGA) reprezintă o îmbunătățire majoră față de proiectarea mai veche a pachetului plat Quad (QFP) în producția de electronice.QFP -urile, cu pinii lor subțiri și bine distanțați, sunt vulnerabili la îndoire sau rupere.Face reparații provocatoare și costisitoare, în special pentru circuitele cu mulți pini.

Pinii strâns ambalați pe QFPS prezintă, de asemenea, probleme în timpul proiectării plăcilor de circuit imprimate (PCB).Distanța îngustă poate provoca congestionarea traseului, ceea ce face mai greu să se orienteze conexiunile eficient.Această congestie poate răni atât aspectul, cât și performanța circuitului.Mai mult decât atât, precizia necesară pentru a lipi pinii QFP crește riscul de a crea poduri nedorite între pini, ceea ce poate face ca circuitul să funcționeze defectuos.

Pachetele BGA rezolvă multe dintre aceste probleme.În loc de pini fragili, BGA -urile folosesc bile de lipit plasate sub cipul care reduce șansa de deteriorare fizică și permite un design PCB mai spațios, mai puțin congestionat.Acest aspect facilitează fabricarea, îmbunătățind totodată fiabilitatea îmbinărilor de lipit.Drept urmare, BGA -urile au devenit standardul industriei.Folosind instrumente și tehnici specializate, tehnologia BGA nu numai că simplifică procesul de fabricație, dar îmbunătățește designul și performanța generală a componentelor electronice.

Beneficiile tehnologiei cu bilă de grilă (BGA)

Tehnologia Ball Grid Array (BGA) a transformat modul în care sunt ambalate circuitele integrate (ICS).Acest lucru duce la îmbunătățiri atât în ​​funcționalitate, cât și la eficiență.Aceste îmbunătățiri nu numai că eficientizează procesul de fabricație, dar beneficiază și performanța dispozitivelor folosind aceste circuite.

Figura 2: tabloul de grilă cu bilă (BGA)

Unul dintre avantajele ambalajelor BGA este utilizarea eficientă a spațiului pe plăci de circuit imprimate (PCB).Pachetele tradiționale plasează conexiuni în jurul marginilor cipului, ocupând mai mult spațiu.Cu toate acestea, pachetele BGA poziționează bilele de lipit sub cip, care eliberează un spațiu valoros pe tablă.

BGA oferă, de asemenea, performanțe termice și electrice superioare.Proiectarea permite planurile de alimentare și sol, reducând inductanța și asigurând semnale electrice mai curate.Acest lucru duce la îmbunătățirea integrității semnalului, care este importantă în aplicațiile de mare viteză.În plus, aspectul pachetelor BGA facilitează o mai bună disipare a căldurii, împiedicând supraîncălzirea în electronice care produc multă căldură în timpul funcționării, cum ar fi procesoare și plăci grafice.

Procesul de asamblare pentru pachetele BGA este, de asemenea, mai simplu.În loc să fie nevoie de a lipi pini minusculi de -a lungul marginii unui cip, bilele de lipit sub un pachet BGA oferă o conexiune mai robustă și mai fiabilă.Acest lucru duce la mai puține defecte în timpul fabricării și contribuie la o eficiență mai mare a producției, în special în mediile de producție în masă.

Un alt beneficiu al tehnologiei BGA este capacitatea sa de a sprijini proiectele mai subțiri de dispozitive.Pachetele BGA sunt mai subțiri decât modelele de cipuri mai vechi, care permit producătorilor să creeze dispozitive mai elegante, mai compacte, fără a sacrifica performanțe.Acest lucru este important în special pentru electronice portabile precum smartphone -uri și laptopuri, unde dimensiunea și greutatea sunt factori critici.

Pe lângă compactitatea lor, pachetele BGA facilitează întreținerea și reparațiile.Plăcile de lipit mai mari de sub cip simplifică procesul de refacere sau actualizare a plăcii, care poate prelungi durata de viață a dispozitivului.Acest lucru este benefic pentru echipamentele de înaltă tehnologie care necesită fiabilitate pe termen lung.

În general, combinația de design de economisire a spațiului, performanță îmbunătățită, fabricare simplificată și reparații mai ușoare a făcut din tehnologia BGA alegerea preferată pentru electronica modernă.Fie în dispozitive de consum sau aplicații industriale, BGA oferă o soluție fiabilă și eficientă pentru cerințele electronice complexe de astăzi.

Înțelegerea pachetului de grilă cu bilă (BGA)

Spre deosebire de metoda mai veche Quad Flat Pack (QFP) care conectează pinii de -a lungul marginilor cipului, BGA folosește partea inferioară a cipului pentru conexiuni.Acest aspect eliberează spațiu și permite o utilizare mai eficientă a plăcii, evitând constrângerile asociate cu dimensiunea și distanța pinului.

Într -un pachet BGA, conexiunile sunt aranjate într -o grilă de sub cip.În loc de ace tradiționale, bile mici de lipit sunt folosite pentru a forma conexiunile.Aceste bile de lipit se potrivesc cu plăcuțele de cupru corespunzătoare pe placa de circuit imprimată (PCB), creând puncte de contact stabile și fiabile atunci când cipul este montat.Această structură nu numai că îmbunătățește durabilitatea conexiunii, dar simplifică procesul de asamblare, deoarece alinierea și lipirea componentelor este mai simplă.

Unul dintre avantajele pachetelor BGA este capacitatea lor de a gestiona mai eficient căldura.Prin reducerea rezistenței termice între cipul de siliciu și PCB, BGA ajută la disiparea căldurii mai eficient.Acest lucru este deosebit de important în electronica de înaltă performanță, unde gestionarea căldurii este importantă pentru menținerea funcționării stabile și extinderea duratei de viață a componentelor.

Un alt beneficiu este conducerea mai scurtă între cip și tablă, datorită aspectului de pe partea inferioară a transportatorului de cipuri.Acest lucru minimizează inductanța de plumb, îmbunătățind integritatea semnalului și performanța generală.Astfel, face ca pachetele BGA să fie opțiunea preferată pentru dispozitivele electronice moderne.

Diferite variante de pachete de grilă cu bilă (BGA)

Figura 3: Pachetul de grilă cu bilă (BGA)

Tehnologia de ambalare a tabloului de grilă (BGA) a evoluat pentru a răspunde nevoilor variate ale electronicelor moderne, de la performanță și costuri la dimensiuni și gestionarea căldurii.Aceste cerințe diverse au dus la crearea mai multor variante BGA.

Array Molded Process Ball Grid Matric (MAPBGA) este proiectat pentru dispozitive care nu necesită performanțe extreme, dar au totuși nevoie de fiabilitate și compactitate.Această variantă este rentabilă, cu o inductanță scăzută, ceea ce face ușor montarea la suprafață.Dimensiunile și durabilitatea sa mică îl fac o alegere practică pentru o gamă largă de electronice mici până la mijloci.

Pentru dispozitive mai solicitante, tabloul de rețea cu bile de plastic (PBGA) oferă caracteristici îmbunătățite.Ca și MAPBGA, oferă o inductanță scăzută și montare ușoară, dar cu straturi de cupru adăugate în substrat pentru a gestiona cerințele de putere mai mari.Acest lucru face ca PBGA să fie o potrivire bună pentru dispozitive de înaltă performanță, care au nevoie de o disipare a puterii mai eficientă, menținând în același timp o fiabilitate fiabilă.

Atunci când gestionarea căldurii este îngrijorare, tabloul de grilă cu bilă de plastic îmbunătățit termic (TEPBGA) excelează.Folosește planuri groase de cupru din substratul său pentru a atrage eficient căldura departe de cip, asigurându -se că componentele sensibile termic funcționează la performanțe maxime.Această variantă este ideală pentru aplicațiile în care gestionarea termică eficientă este o prioritate.

Matricea de grilă cu bile de bandă (TBGA) este proiectată pentru aplicații de înaltă performanță, unde este necesară o gestionare superioară a căldurii, dar spațiul este limitat.Performanța sa termică este excepțională, fără a fi nevoie de o linie de căldură externă, ceea ce o face ideală pentru ansambluri compacte pe dispozitivele de înaltă calitate.

În situațiile în care spațiul este deosebit de constrâns, pachetul pe pachetul (POP) tehnologia oferă o soluție inovatoare.Permite stivuirea mai multor componente, cum ar fi plasarea unui modul de memorie direct deasupra unui procesor, maximizarea funcționalității într -o amprentă foarte mică.Acest lucru face ca pop -ul să fie foarte util în dispozitivele în care spațiul este premium, cum ar fi smartphone -urile sau tabletele.

Pentru dispozitivele ultra-compacte, varianta Microbga este disponibilă în gropi de până la 0,65, 0,75 și 0,8 mm.Dimensiunea sa minusculă îi permite să se încadreze în electronice dens ambalate, ceea ce o face o opțiune preferată pentru dispozitivele extrem de integrate, unde fiecare milimetru contează.

Fiecare dintre aceste variante BGA prezintă adaptabilitatea tehnologiei BGA, oferind soluții personalizate pentru a răspunde cerințelor în continuă schimbare ale industriei electronice.Fie că este vorba de rentabilitate, de gestionare termică sau de optimizare a spațiului, există un pachet BGA potrivit pentru aproape orice aplicație.

Procesul de asamblare a tabloului de bilă (BGA)

Când au fost introduse pachetele de grilă cu bilă (BGA), au existat preocupări cu privire la modul de asamblare a acestora în mod fiabil.Pachetele tradiționale de montare a suprafeței (SMT) aveau plăcuțe accesibile pentru lipire ușoară, dar BGA -urile au prezentat o provocare diferită datorită conexiunilor lor sub pachet.Acest lucru a ridicat îndoieli cu privire la dacă BGA -urile ar putea fi lipite în mod fiabil în timpul producției.Cu toate acestea, aceste preocupări au fost rapid puse în repaus atunci când s -a descoperit că tehnicile standard de lipire de reflow au fost extrem de eficiente la asamblarea BGA -urilor, ceea ce a dus la îmbinări constant fiabile.

Figura 4: Ansamblu tablou de grilă cu bilă

Procesul de lipit BGA se bazează pe un control precis al temperaturii.În timpul lipitului de reflow, întregul ansamblu este încălzit uniform, inclusiv bile de lipit sub pachetul BGA.Aceste bile de lipit sunt pre-acoperite cu cantitatea exactă de lipit necesară pentru conexiune.Pe măsură ce temperatura crește, lipirea se topește și formează conexiunea.Tensiunea de suprafață ajută pachetul BGA să se auto-alinieze cu plăcuțele corespunzătoare de pe placa de circuit.Tensiunea de suprafață acționează ca un ghid, asigurându -se că bilele de lipit rămân pe loc în faza de încălzire.

Pe măsură ce lipitul se răcește, trece printr -o scurtă fază în care rămâne parțial topită.Acest lucru este important pentru a permite fiecărei bile de lipit să se așeze în poziția sa corectă, fără a se contopi cu bile vecine.Aliajul specific utilizat pentru lipit și procesul de răcire controlat asigură formarea corectă a îmbinărilor de lipit și menține separarea.Acest nivel de control ajută la succesul asamblării BGA.

De -a lungul anilor, metodele utilizate pentru asamblarea pachetelor BGA au fost rafinate și standardizate, ceea ce le face o parte integrantă a producției de electronice moderne.Astăzi, aceste procese de asamblare sunt încorporate perfect în liniile de fabricație, iar preocupările inițiale cu privire la fiabilitatea BGA au dispărut în mare parte.Drept urmare, pachetele BGA sunt considerate acum o alegere de încredere și eficientă pentru proiectele electronice de produse, oferind durabilitate și precizie pentru circuite complexe.

Provocări și soluții

Una dintre provocările majore ale dispozitivelor cu grilă cu bilă (BGA) este că conexiunile lipite sunt ascunse sub cip.Acest lucru le face imposibil de inspectat vizual folosind metode optice tradiționale.Acest lucru a ridicat inițial îngrijorări cu privire la fiabilitatea ansamblurilor BGA.Ca răspuns, producătorii și-au reglat bine procesele de lipit, asigurându-se că căldura este aplicată uniform pe tot parcursul ansamblului.Această distribuție uniformă a căldurii este necesară pentru topirea tuturor bilelor de lipit în mod corespunzător și asigurarea conexiunilor solide în fiecare punct din rețeaua BGA.

În timp ce testarea electrică poate confirma dacă dispozitivul funcționează, nu este suficient pentru a garanta fiabilitatea pe termen lung.O conexiune poate părea sunet electric în timpul testelor inițiale, dar dacă îmbinarea de lipit este slabă sau formată în mod necorespunzător, aceasta ar putea eșua în timp.Pentru a aborda acest lucru, inspecția cu raze X a devenit metoda accesibilă pentru verificarea integrității articulațiilor de lipit BGA.Razele X oferă o privire detaliată asupra conexiunilor lipite de sub cip, permițând tehnicienilor să depună probleme potențiale.Cu setările de căldură corecte și metodele de lipit precise, BGA-urile prezintă de obicei articulații de înaltă calitate, sporind fiabilitatea generală a ansamblului.

Retragerea plăcilor echipate cu BGA

Retragerea unei plăci de circuit care folosește BGA poate fi un proces delicat și complex, care necesită adesea instrumente și tehnici specializate.Primul pas în reelaborare implică eliminarea BGA defectuoasă.Acest lucru se face prin aplicarea căldurii localizate direct pe lipitul de sub cip.Stațiile de reelaborare specializate sunt echipate cu încălzitoare cu infraroșu pentru a încălzi cu atenție BGA, termocouple pentru a monitoriza temperatura și un instrument de vid pentru a ridica cipul odată ce lipitul s -a topit.Este important să controlați încălzirea, astfel încât numai BGA să fie afectată, prevenind deteriorarea componentelor din apropiere.

Repararea și reballarea BGA -urilor

După ce un BGA a fost eliminat, acesta poate fi înlocuit cu o componentă nouă, fie, în unele cazuri, renovată.O metodă de reparație comună este reballarea care implică înlocuirea bilelor de lipit pe un BGA care este încă funcțional.Aceasta este o opțiune rentabilă pentru jetoane scumpe, deoarece permite reutilizarea componentei, mai degrabă decât aruncată.Multe companii oferă servicii și echipamente specializate pentru revenirea BGA, contribuind la prelungirea vieții componentelor valoroase.

În ciuda preocupărilor timpurii cu privire la dificultatea de a inspecta articulațiile de lipit BGA, tehnologia a făcut progrese semnificative.Inovații în proiectarea plăcii de circuit tipărit (PCB), tehnici îmbunătățite de lipire, cum ar fi reflow-ul infraroșu și integrarea metodelor fiabile de inspecție a razelor X au contribuit toate la rezolvarea provocărilor inițiale asociate cu BGA.Mai mult, avansările în tehnicile de refacere și reparații au asigurat că BGA -urile pot fi utilizate în mod fiabil într -o gamă largă de aplicații.Aceste îmbunătățiri au crescut calitatea și dependența de produse care încorporează tehnologia BGA.

Concluzie

Adoptarea pachetelor cu bilă de grilă (BGA) în electronice moderne a fost determinată de numeroasele beneficii ale acestora, inclusiv managementul termic superior, complexitatea redusă a asamblării și designul de economisire a spațiului.Depășirea provocărilor inițiale, cum ar fi îmbinările de lipit ascunse și dificultățile de refacere, tehnologia BGA a devenit alegerea preferată în aplicații diverse.De la dispozitive mobile compacte la sisteme de calcul de înaltă performanță, pachetele BGA oferă o soluție fiabilă și eficientă pentru electronica complexă de astăzi.