Mikä on palloverkon taulukko (BGA)?Edut, tyypit, kokoonpanoprosessi
2024-09-09 2641

Ball Grid Array (BGA) -paketeista on tullut erittäin suosittuja elektroniikassa, etenkin pintaan asennetuissa integroiduissa piireissä (SMD ICS), jotka tarvitsevat monia yhteyksiä pienessä tilassa.Toisin kuin vanhemmat mallit, jotka sijoittavat yhteydet sirun reunojen ympärille, BGA käyttää sirun alaosaa yhteyksiin.Tämä helpottaa tulostettujen piirilevyjen suunnittelusta vähentämällä sotkua ja sallimalla pienempiä asetteluja.Tässä artikkelissa selvitetään, miksi BGA -paketit ovat parempia, niiden tarjoamia etuja, BGA -malleiden V ariat -ioneja sekä kokoonpanon ja uudelleenjärjestelyn aikana kohtaamia haasteita.BGA -tekniikka parantaa kulutuselektroniikka- tai teollisuussovelluksissa piirin suunnittelua ja valmistusta.

Luettelo

Kuva 1: Palloverkkoaryhmä (BGA)

Miksi Ball Grid Array (BGA) -paketit ovat parempia?

Palloverkkoaryhmä (BGA) on eräänlainen pinta-asennuspakkaus, jota käytetään integroiduissa piireissä (ICS).Siinä on juotospallot sirun alapuolella perinteisten nastajen sijasta, mikä tekee siitä ihanteellisen laitteille, jotka tarvitsevat suurta kytkentätiheyttä pienessä tilassa.Ball Grid Array (BGA) -paketit edustavat suurta parannusta verrattuna vanhemman Quad Flat Pack (QFP) -mallin verrattuna elektroniikan valmistuksessa.QFP: t ovat ohuilla ja tiiviisti etäisyydellä olevilla tapillaan alttiina taivuttamiselle tai murtumiselle.Se tekee korjauksista haastavia ja kalliita, etenkin monien tapien piirien kohdalla.

Tiivisesti pakatut QFP: n pakatut tapit aiheuttavat myös ongelmia painettujen piirilevyjen (PCB) suunnittelun aikana.Kapea etäisyys voi aiheuttaa radan ruuhkia, mikä vaikeuttaa yhteyksien reititystä tehokkaasti.Tämä ruuhka voi vahingoittaa sekä asettelua että piirin suorituskykyä.Lisäksi QFP -nastajen juottamiseen tarvittava tarkkuus lisää ei -toivottujen siltojen luomisen riskiä nastajen väliin aiheuttaen piirin toimintahäiriöihin.

BGA -paketit ratkaisevat monet näistä asioista.Hauraiden tapien sijasta BGA: t käyttävät sirun alle sijoitettuja juotospalloja, jotka vähentävät fyysisten vaurioiden mahdollisuutta ja mahdollistaa tilavamman, vähemmän ruuhkaisen piirilevyjen suunnittelun.Tämä asettelu helpottaa valmistusta, samalla kun se parantaa juotosliitojen luotettavuutta.Seurauksena on, että BGA: sta on tullut alan standardi.Erikoistuneiden työkalujen ja tekniikoiden avulla BGA -tekniikka ei vain yksinkertaista valmistusprosessia, vaan myös parantaa elektronisten komponenttien yleistä suunnittelua ja suorituskykyä.

Ball Grid Array (BGA) -teknologian edut

Ball Grid Array (BGA) -tekniikka on muuttanut integroidut piirit (ICS) pakattu.Tämä johtaa parannuksiin sekä toiminnallisuudessa että tehokkuudessa.Nämä parannukset eivät vain virtaviivaista valmistusprosessia, vaan hyödyttävät myös laitteiden suorituskykyä näitä piirejä käyttämällä.

Kuva 2: Palloverkon taulukko (BGA)

Yksi BGA -pakkauksen eduista on sen tehokas tilan käyttö painetuilla piirilevyillä (PCB).Perinteiset paketit Aseta yhteydet sirun reunojen ympärille ottaen enemmän tilaa.BGA -paketit kuitenkin asettavat sirun alle, mikä vapauttaa arvokkaan tilan pöydälle.

BGA: t tarjoavat myös erinomaisen lämpö- ja sähkösuorituskyvyn.Suunnittelu mahdollistaa voima- ja maa -tasot, vähentää induktanssia ja varmistaa puhdistusaineiden sähkösignaalit.Tämä johtaa parantuneeseen signaalin eheyteen, mikä on tärkeää nopeassa sovelluksessa.Lisäksi BGA -pakettien asettelu helpottaa parempaa lämmön hajoamista, estäen ylikuumenemisen elektroniikassa, joka tuottaa paljon lämpöä toiminnan aikana, kuten prosessorit ja näytönohjaimet.

BGA -pakettien kokoonpanoprosessi on myös selkeämpi.Sen sijaan, että tarvitsisi juottaa pieniä tapit sirun reunaa pitkin, BGA -paketin alla olevat juotospallot tarjoavat vankemman ja luotettavamman yhteyden.Tämä johtaa vähemmän vikoihin valmistuksen aikana ja lisää tuotantotehokkuutta, etenkin massatuotantoympäristöissä.

Toinen BGA -tekniikan etu on sen kyky tukea ohuempia laitteen malleja.BGA -paketit ovat ohuempia kuin vanhemmat sirumallit, joiden avulla valmistajat voivat luoda tyylikkäitä, pienempiä laitteita uhraamatta suorituskykyä.Tämä on erityisen tärkeää kannettaville elektroniikoille, kuten älypuhelimille ja kannettaville tietokoneille, joissa koko ja paino ovat kriittisiä tekijöitä.

Kompaktiansa lisäksi BGA -paketit helpottavat huoltoa ja korjauksia.Sirun alla olevat suuret juotostyynyt yksinkertaistavat levyn uudelleenmuokkausta tai päivittämistä koskevaa prosessia, joka voi pidentää laitteen käyttöikää.Tämä on hyödyllistä korkean teknologian laitteille, jotka vaativat pitkäaikaista luotettavuutta.

Kaiken kaikkiaan tilaa säästävän suunnittelun, parannetun suorituskyvyn, yksinkertaistetun valmistuksen ja helpomman korjauksen yhdistelmä on tehnyt BGA-tekniikasta suositun valinnan nykyaikaiselle elektroniikalle.BGA: t tarjoavat luotettavan ja tehokkaan ratkaisun nykypäivän monimutkaisiin elektronisiin vaatimuksiin.

Ymmärtäminen Ball Grid Array (BGA) -paketin ymmärtäminen

Toisin kuin vanhempi Quad Flat Pack (QFP) -menetelmä, joka yhdistää nastat sirun reunoja pitkin, BGA käyttää sirun alaosaa yhteyksiin.Tämä asettelu vapauttaa tilaa ja mahdollistaa levyn tehokkaamman käytön, välttäen PIN -koon ja etäisyyteen liittyviä rajoituksia.

BGA -pakkauksessa liitännät on järjestetty ruudukkoon sirun alla.Perinteisten nastajen sijasta pieniä juotospalloja käytetään yhteyksien muodostamiseen.Nämä juotospallot vastaavat vastaavia kuparin tyynyjä tulostetulla piirilevyllä (PCB), jolloin siru asennetaan vakaalla ja luotettavilla kosketuspisteillä.Tämä rakenne ei vain paranna yhteyden kestävyyttä, vaan myös yksinkertaistaa kokoonpanoprosessia, koska komponenttien kohdistaminen ja juottaminen on selkeämpää.

Yksi BGA -pakettien eduista on niiden kyky hallita lämpöä tehokkaammin.Vähentämällä piisirun ja PCB: n välistä lämpövastusta, BGA: t auttavat häviämään lämpöä tehokkaammin.Tämä on erityisen tärkeää korkean suorituskyvyn elektroniikassa, jossa lämmön hallinta on tärkeää vakaan toiminnan ylläpitämiselle ja komponenttien elinkaaren pidentämiseksi.

Toinen etu on sirun ja levyn lyhyemmät johdot sirun kantolaitteen alapuolella olevan asettelun ansiosta.Tämä minimoi lyijyn induktanssin, parantaen signaalin eheyttä ja yleistä suorituskykyä.Siten se tekee BGA -paketeista suositun vaihtoehdon nykyaikaisille elektronisille laitteille.

Erilaiset pallolevyjen (BGA) pakettien variantit

Kuva 3: Ball Grid Array (BGA) -paketti

Ball Grid Array (BGA) -pakkaustekniikka on kehittynyt vastaamaan nykyaikaisen elektroniikan monipuolisia tarpeita suorituskyvystä ja kustannuksista kooon ja lämmönhallintaan.Nämä monipuoliset vaatimukset ovat johtaneet useiden BGA -varianttien luomiseen.

Valettu ryhmäprosessipalloverkkoaryhmä (MAPBGA) on suunniteltu laitteille, jotka eivät vaadi äärimmäistä suorituskykyä, mutta tarvitsevat silti luotettavuutta ja kompaktiisuutta.Tämä variantti on kustannustehokas, alhaisella induktanssilla, mikä on helppo asentaa.Sen pieni koko ja kestävyys tekevät siitä käytännöllisen valinnan laajalle valikoimasta matala- ja puolivälissä suoritettua elektroniikkaa.

Vaativammille laitteille muovipalloverkon taulukko (PBGA) tarjoaa parannettuja ominaisuuksia.Kuten MAPBGA, se tarjoaa alhaisen induktanssin ja helpon asennuksen, mutta lisäämällä substraatin kuparikerroksia korkeampien tehovaatimusten käsittelemiseksi.Tämä tekee PBGA: sta sopivan keskitason tai korkean suorituskyvyn laitteisiin, jotka tarvitsevat tehokkaampaa tehon hajoamista säilyttäen samalla luotettavan luotettavuuden.

Lämpöä hallinnassa on huolestuttavaa, termisesti parantunut muovipalloverkkoaryhmä (TEPBGA) on erinomainen.Se käyttää substraatinsa paksuja kuparitasoja vetääkseen lämpöä tehokkaasti sirusta varmistaen, että termisesti herkät komponentit toimivat huipun suorituskyvyssä.Tämä variantti on ihanteellinen sovelluksiin, joissa tehokas lämpöhallinta on ensisijainen tavoite.

Nauhapalloruudukko (TBGA) on suunniteltu korkean suorituskyvyn sovelluksiin, joissa vaaditaan erinomaista lämmönhallintaa, mutta tilaa on rajoitettu.Sen lämpötehokkuus on poikkeuksellinen ilman ulkoisen jäähdytyselementin tarvetta, joten se on ihanteellinen kompakteille kokoonpanoille huippuluokan laitteissa.

Tilanteissa, joissa tilaa on erityisen rajoitettu, pakettipaketti (POP) -teknologia tarjoaa innovatiivisen ratkaisun.Se mahdollistaa useiden komponenttien pinoamisen, kuten muistimoduulin sijoittamisen suoraan prosessorin päälle, maksimoimalla toiminnot hyvin pienessä jalanjäljessä.Tämä tekee POP: sta erittäin hyödyllisen laitteissa, joissa avaruus on premium, kuten älypuhelimia tai tabletteja.

Erittäin kompakteille laitteille mikrobga-variantti on saatavana niin pieninä kuin 0,65, 0,75 ja 0,8 mm.Sen pieni koko antaa sen mahtua tiheästi pakattuun elektroniikkaan, mikä tekee siitä edullisen vaihtoehdon erittäin integroiduille laitteille, joissa jokainen millimetri laskee.

Jokainen näistä BGA-muunnelmista esittelee BGA-tekniikan sopeutumiskykyä tarjoamalla räätälöityjä ratkaisuja vastaamaan elektroniikkateollisuuden jatkuvasti muuttuvia vaatimuksia.Olipa kyse kustannustehokkuudesta, lämmönhallinnasta tai avaruuden optimoinnista, on olemassa BGA-paketti, joka sopii käytännöllisesti katsoen.

Palloverkon taulukko (BGA) kokoonpanoprosessi

Kun palloverkon taulukko (BGA) -paketit otettiin ensimmäisen kerran käyttöön, oli huolta siitä, kuinka ne kootavat luotettavasti.Perinteisissä pintaasennustekniikan (SMT) paketeissa oli saatavilla olevia tyynyjä helppoa juottamista varten, mutta BGA: t esittivät erilaisen haasteen, koska niiden yhteydet olivat paketin alla.Tämä herätti epäilyksiä siitä, voisiko BGA: t luotettavasti juottaa tuotannon aikana.Nämä huolenaiheet kuitenkin asetettiin nopeasti lepoon, kun havaittiin, että tavanomaiset reflw -juotostekniikat olivat erittäin tehokkaita BGA: n kokoamisessa, mikä johti jatkuvasti luotettaviin niveliin.

Kuva 4: Palloverkkoaryhmäkokoonpano

BGA -juotosprosessi riippuu tarkasta lämpötilanhallinnasta.Palautuksen juottamisen aikana koko kokoonpano lämmitetään tasaisesti, mukaan lukien BGA -paketin alla olevat juotospallot.Nämä juotospallot on esiasennettu tarkka juotosmäärä, jota vaaditaan yhteyteen.Lämpötilan noustessa juotos sulaa ja muodostaa yhteyden.Pintajännitys auttaa BGA-pakkausta itsetutkimusta vastaavien tyynyjen kanssa piirilevyssä.Pintajännitys toimii oppaana varmistaen, että juotospallot pysyvät paikoillaan lämmitysvaiheen aikana.

Kun juote jäähtyy, se käy läpi lyhyen vaiheen, jossa se pysyy osittain sulana.Tämä on tärkeää, kun sallitaan jokaisen juotospallo asettua oikeaan asentoonsa sulautumatta naapurimaiden palloihin.Juotos- ja hallitussa jäähdytysprosessissa käytetty erityinen seos varmistaa, että juotosliitokset muodostuvat oikein ja ylläpitävät erottelua.Tämä hallintataso auttaa BGA -kokoonpanon onnistumisessa.

Vuosien mittaan BGA -pakettien kokoamiseen käytetyt menetelmät on hienostunut ja standardisoitu, mikä tekee niistä olennainen osa modernin elektroniikan valmistusta.Nykyään nämä kokoontumisprosessit sisällytetään saumattomasti valmistuslinjoihin, ja BGA: n luotettavuuden alkuperäiset huolet ovat suurelta osin kadonneet.Seurauksena on, että BGA -paketteja pidetään nyt luotettavana ja tehokkaana valintana elektronisille tuotesuunnuksille, jotka tarjoavat kestävyyden ja tarkkuuden monimutkaisille piirille.

Haasteet ja ratkaisut

Yksi suurimmista haasteista Ball Grid Array (BGA) -laitteilla on, että juotetut yhteydet on piilotettu sirun alle.Se tekee niistä mahdotonta tarkistaa visuaalisesti perinteisten optisten menetelmien avulla.Tämä herätti aluksi huolta BGA -kokoonpanojen luotettavuudesta.Vastauksena valmistajat ovat hienosäätäneet juotosprosessinsa varmistaen, että lämpöä levitetään tasaisesti kokoonpanon yli.Tätä yhtenäistä lämmönjakaumaa tarvitaan kaikkien juotepallojen sulamiseen oikein ja kiinteiden liitännäisten kiinnittämiseen jokaisessa BGA -ruudukon kohdassa.

Vaikka sähkötestaus voi vahvistaa, toimiiko laite, se ei riitä takaamaan pitkäaikainen luotettavuus.Yhteys saattaa tuntua sähköisesti ääneltä alkuperäisten testien aikana, mutta jos juotosliitokset ovat heikko tai väärin muodostettu, se voi epäonnistua ajan myötä.Tämän ratkaisemiseksi röntgentarkastuksesta on tullut menetelmä BGA-juotosliitoksen eheyden tarkistamiseksi.Röntgenkuvat tarjoavat yksityiskohtaisen kuvan sirun alla olevista juotetuista yhteyksistä, jolloin teknikot voivat havaita mahdolliset ongelmat.Oikeilla lämpöasetuksilla ja tarkalla juotosmenetelmällä BGA: lla on tyypillisesti korkealaatuisia niveliä, mikä parantaa kokoonpanon yleistä luotettavuutta.

BGA: n varustetun laudan muokkaaminen

BGA: ta käyttävän piirilevyn uudelleenmuokkaaminen voi olla herkkä ja monimutkainen prosessi, joka vaatii usein erikoistuneita työkaluja ja tekniikoita.Ensimmäinen askel uudelleenkäyttöön sisältyy viallisen BGA: n poistaminen.Tämä tehdään levittämällä paikallista lämpöä suoraan sirun alla olevaan juoteeseen.Erikoistuneet uudelleenjärjestelyasemat on varustettu infrapunalämmittimillä BGA: n, lämpöparien huolellisesti lämmittämiseksi lämpötilan seuraamiseksi, ja tyhjiötyökalua sirun nostamiseksi, kun juote on sulanut.Lämmitys on tärkeää hallita siten, että vain BGA vaikuttaa, mikä estää lähellä olevien komponenttien vaurioita.

BGA: n korjaus ja uudelleenpallointi

Kun BGA on poistettu, se voidaan joko korvata uudella komponentilla tai joissain tapauksissa kunnostettu.Yleinen korjausmenetelmä on uudelleenpallointi, joka sisältää edelleen toiminnallisen BGA: n juotospallojen vaihtamisen.Tämä on kustannustehokas vaihtoehto kalliille siruille, koska se sallii komponentin uudelleenkäytön eikä hylätä.Monet yritykset tarjoavat erikoistuneita palveluita ja laitteita BGA -uudelleenpalloitukseen, mikä auttaa pidentämään arvokkaiden komponenttien käyttöikää.

Huolimatta varhaisista huolenaiheista BGA -juotosliitoksen tarkistamisen vaikeuksista, tekniikka on edistynyt merkittävästi.Tulostetun piirilevyn (PCB) suunnittelun innovaatiot, parannettuja juotostekniikoita, kuten infrapunasäikettä, ja luotettavien röntgentarkastusmenetelmien integrointi ovat kaikki vaikuttaneet BGA: iin liittyvien alkuperäisten haasteiden ratkaisemiseen.Lisäksi uusinta- ja korjaustekniikoiden etenemistä on varmistanut, että BGA: ta voidaan luotettavasti käyttää monissa sovelluksissa.Nämä parannukset lisäsivät tuotteiden laatua ja luotettavuutta, jotka sisältävät BGA -tekniikkaa.

Johtopäätös

Ball Grid Array (BGA) -pakettien käyttöönotto nykyaikaisessa elektroniikassa on ohjannut niiden lukuisat edut, mukaan lukien erinomainen lämmönhallinta, vähentynyt kokoonpanon monimutkaisuus ja tilaa säästävä muotoilu.Alkuperäisten haasteiden, kuten piilotetun juotosliitoksen ja uusintavaikeuksien, voittamisesta BGA -tekniikasta on tullut suositeltava valinta erilaisissa sovelluksissa.BGA-paketit tarjoavat kompakteista mobiililaitteista korkean suorituskyvyn laskentajärjestelmiin luotettavan ja tehokkaan ratkaisun nykypäivän monimutkaiselle elektroniikalle.