Mi az a gömbrács tömb (BGA)?Előnyök, típusok, összeszerelési folyamat
2024-09-09 2612

A gömbrácsos tömb (BGA) csomagok nagyon népszerűvé váltak az elektronikában, különösen a felületre szerelt integrált áramkörök (SMD ICS) esetében, amelyeknek sok csatlakozásra van szükségük egy kis térben.A régebbi mintákkal ellentétben, amelyek a chip széle körül kapcsolódnak, a BGA a chip alsó részét használja a kapcsolatokhoz.Ez megkönnyíti a nyomtatott áramköri táblák (PCB -k) megtervezését a rendetlenség csökkentésével és a kompakt elrendezések lehetővé tételével.Ez a cikk azt vizsgálja, hogy miért részesülnek előnyben a BGA csomagok, az általuk kínált előnyök, a BGA Designs V ariat -ionjai, valamint a összeszerelés és az átdolgozás során felmerülő kihívások.Akár a fogyasztói elektronikában, akár az ipari alkalmazásokban, a BGA technológia javítja az áramköri tervezést és a gyártást.

Katalógus

1. ábra: golyó rács tömb (BGA)

Miért részesülnek előnyben a golyósrács tömb (BGA) csomagok?

A gömbrácsos tömb (BGA) egy olyan típusú felszíni csomagolás, amelyet az integrált áramkörökhöz (ICS) használnak.Forrasztógolyókat tartalmaz a chip alján, a hagyományos csapok helyett, amely ideális olyan eszközökhöz, amelyek kis térben magas csatlakozási sűrűségre szorulnak.A gömbrácsos tömb (BGA) csomagok jelentős javulást jelentenek a régebbi Quad Flat Pack (QFP) tervezéshez képest az elektronikai gyártásban.A QFP -k, vékony és szorosan elhelyezett csapokkal, kiszolgáltatottak a hajlításhoz vagy a töréshez.Ez a javításokat kihívást jelent és drága, különösen a sok tűvel ellátott áramkörök esetében.

A QFP -k szorosan csomagolt csapjai szintén problémákat okoznak a nyomtatott áramköri táblák (PCB) tervezése során.A keskeny távolság a pálya torlódását okozhatja, ami megnehezíti a kapcsolatok hatékony irányítását.Ez a torlódás árthat mind az áramkör elrendezéséről, mind pedig a teljesítményről.Ezenkívül a QFP -csapok forrasztásához szükséges pontosság növeli a nemkívánatos hidak létrehozásának kockázatát a csapok között, ami potenciálisan az áramkört hibáztatja.

A BGA csomagok sok ilyen problémát megoldanak.A törékeny csapok helyett a BGA -k a forgács alatt elhelyezett forrasztógolyókat használnak, amelyek csökkentik a fizikai károk esélyét, és lehetővé teszik a tágabb, kevésbé zsúfolt PCB -kialakítást.Ez az elrendezés megkönnyíti a gyártást, miközben javítja a forrasztási ízületek megbízhatóságát.Ennek eredményeként a BGA -k az iparági szabvány lett.A speciális eszközök és technikák felhasználásával a BGA technológia nemcsak egyszerűsíti a gyártási folyamatot, hanem javítja az elektronikus alkatrészek általános tervezését és teljesítményét is.

A gömbrács tömb (BGA) technológia előnyei

A gömbrácsos tömb (BGA) technológia átalakította az integrált áramkörök (ICS) csomagolását.Ez mind a funkcionalitás, mind a hatékonyság javulásához vezet.Ezek a fejlesztések nemcsak a gyártási folyamatot korszerűsítik, hanem az eszközök teljesítményének is előnyösek az ezen áramkörök felhasználásával.

2. ábra: golyósrács tömb (BGA)

A BGA csomagolás egyik előnye, hogy a nyomtatott áramköri táblákon (PCB -k) a hely hatékony felhasználása.A hagyományos csomagok csatlakoznak a chip szélei körül, és több helyet foglalnak el.A BGA csomagok azonban a forrasztógolyókat a chip alá helyezik, amely felszabadítja az értékes helyet a táblán.

A BGA -k kiváló hő- és elektromos teljesítményt is kínálnak.A kialakítás lehetővé teszi az energia- és földi síkokat, csökkentve az induktivitást és biztosítva a tisztább elektromos jeleket.Ez jobb jel integritáshoz vezet, ami fontos a nagysebességű alkalmazásokban.Ráadásul a BGA -csomagok elrendezése megkönnyíti a jobb hőeloszlásokat, megakadályozva az elektronika túlmelegedését, amely sok hőt termel a működés közben, például a processzorok és a grafikus kártyák.

A BGA csomagok összeszerelési folyamata szintén egyértelműbb.Ahelyett, hogy apró csapokat forrasztana egy chip szélén, a BGA csomag alatt a forrasztógolyók robusztusabb és megbízhatóbb csatlakozást biztosítanak.Ez kevesebb hibát eredményez a gyártás során, és hozzájárul a magasabb termelési hatékonysághoz, különösen a tömegtermelési környezetben.

A BGA technológia másik előnye, hogy képes támogatni a karcsúbb eszközterveket.A BGA -csomagok vékonyabbak, mint a régebbi chip -tervek, amelyek lehetővé teszik a gyártók számára, hogy a teljesítmény feláldozása nélkül karcsúbb, kompaktabb eszközöket hozzanak létre.Ez különösen fontos a hordozható elektronika, például az okostelefonok és a laptopok számára, ahol a méret és a súly kritikus tényezők.

Kompaktitásuk mellett a BGA csomagok megkönnyítik a karbantartást és a javítást.A chip alatt lévő nagyobb forrasztott párnák egyszerűsítik a tábla átdolgozásának vagy frissítésének folyamatát, amely meghosszabbíthatja az eszköz élettartamát.Ez előnyös a csúcstechnológiájú berendezéseknél, amelyek hosszú távú megbízhatóságot igényelnek.

Összességében az űrmegtakarító tervezés, a továbbfejlesztett teljesítmény, az egyszerűsített gyártás és a könnyebb javítások kombinációja miatt a BGA technológia a modern elektronika előnyben részesített választásává vált.Akár fogyasztói, akár ipari alkalmazásokban, a BGA megbízható és hatékony megoldást kínál a mai összetett elektronikus igényekhez.

A gömbrács tömb (BGA) csomag megértése

Ellentétben a régebbi Quad Flat Pack (QFP) módszerrel, amely összeköti a csapokat a chip széle mentén, a BGA a chip alját használja a csatlakozásokhoz.Ez az elrendezés felszabadítja a helyet és lehetővé teszi a tábla hatékonyabb felhasználását, elkerülve a PIN -kód méretével és a távolsággal kapcsolatos korlátozásokat.

A BGA csomagban a csatlakozások a chip alatt lévő rácsban vannak elrendezve.A hagyományos csapok helyett kis forrasztógolyókat használnak a csatlakozások kialakításához.Ezek a forrasztógolyók a nyomtatott áramköri lapon (PCB) megfelelő rézpárnákkal illeszkednek, stabil és megbízható érintkezési pontokat hozva létre, amikor a chip fel van szerelve.Ez a struktúra nemcsak javítja a kapcsolat tartósságát, hanem egyszerűsíti az összeszerelési folyamatot, mivel az alkatrészek igazítása és forrasztása egyértelműbb.

A BGA -csomagok egyik előnye az, hogy képesek hatékonyabban kezelni a hő kezelését.A szilícium chip és a PCB közötti termikus ellenállás csökkentésével a BGA -k hatékonyabban eloszlatják a hőt.Ez különösen fontos a nagyteljesítményű elektronikában, ahol a hő kezelése fontos a stabil működés fenntartása és az alkatrészek élettartamának kiterjesztése szempontjából.

Egy másik előnye a rövidebb vezetők a chip és a tábla között, köszönhetően a chip hordozó alsó részén.Ez minimalizálja az ólom induktivitását, javítja a jel integritását és az általános teljesítményt.Így a BGA csomagok a modern elektronikus eszközök számára előnyben részesített lehetőséget jelentenek.

Különböző variánsok a gömbrácsos tömb (BGA) csomagokról

3. ábra: Ball rács tömb (BGA) csomag

A Ball Grid Array (BGA) csomagolási technológia fejlődött a modern elektronika változatos igényeinek kielégítésére, a teljesítménytől és a költségektől a méretig és a hőgazdálkodásig.Ezek a változatos követelmények több BGA -változat létrehozásához vezettek.

Az öntött tömb eljárás gömbrácsos tömbjét (MAPBGA) olyan eszközökre tervezték, amelyek nem igényelnek szélsőséges teljesítményt, de mégis megbízhatóságot és tömörséget igényelnek.Ez a változat költséghatékony, alacsony induktivitással, megkönnyítve a felszíni szerelést.Kis mérete és tartóssága miatt gyakorlati választássá teszi az alacsony vagy közepes teljesítményű elektronika széles skáláját.

A igényesebb eszközökhöz a műanyag golyó rács tömb (PBGA) továbbfejlesztett funkciókat kínál.A MAPBGA -hoz hasonlóan alacsony induktivitást és egyszerű szerelést biztosít, de a szubsztrátumban hozzáadott rézrétegekkel kezelhető a magasabb energiaigények kezelése érdekében.Ez teszi a PBGA-t jó és jó és nagy teljesítményű eszközök számára, amelyek hatékonyabb energiaeloszlást igényelnek, miközben megőrzik a megbízható megbízhatóságot.

Amikor a hő kezelése aggodalomra ad okot, a termikusan továbbfejlesztett műanyag gömbrács tömb (TEPBGA) kiemelkedik.Vastag réz síkokat használ a szubsztrátján belül, hogy hatékonyan lehúzza a hőt a chipből, biztosítva, hogy a termikusan érzékeny alkatrészek működjenek a csúcsteljesítménynél.Ez a változat ideális olyan alkalmazásokhoz, ahol a hatékony hőkezelés a legfontosabb prioritás.

A szalaggömb rács tömbjét (TBGA) nagy teljesítményű alkalmazásokhoz tervezték, ahol kiváló hőkezelésre van szükség, de a hely korlátozott.Termikus teljesítménye kivételes, anélkül, hogy külső hűtőbordát igényelne, így ideális a kompakt szerelvényekhez csúcskategóriás eszközökben.

Azokban a helyzetekben, amikor a hely különösen korlátozott, a csomag (POP) technológián lévő csomag innovatív megoldást kínál.Ez lehetővé teszi több alkatrész egymásra rakását, például a memória modul közvetlenül a processzor tetejére helyezését, a funkcionalitás maximalizálását egy nagyon kis lábnyomon belül.Ez nagyon hasznossá teszi a POP -t olyan eszközökön, ahol a hely prémiumban van, például okostelefonok vagy táblagépek.

Az ultra-kompakt eszközöknél a mikrobga változat 0,65, 0,75 és 0,8 mm-es pályákon kapható.Kicsi mérete lehetővé teszi, hogy beilleszkedjen a sűrűn csomagolt elektronikába, ezáltal előnyben részesített lehetőség a nagyon integrált eszközök számára, ahol minden milliméter számít.

Ezen BGA-variánsok mindegyike bemutatja a BGA technológia alkalmazkodóképességét, testreszabott megoldásokat kínálva az elektronikai ipar folyamatosan változó igényeinek.Függetlenül attól, hogy költséghatékonyság, hőgazdálkodás vagy tér optimalizálása van, létezik egy BGA csomag gyakorlatilag bármilyen alkalmazáshoz.

Golyóhálós tömb (BGA) összeszerelési folyamat

Amikor a gömbrácsos tömb (BGA) csomagokat először vezették be, aggodalmak merültek fel a megbízható összeszereléssel kapcsolatban.A hagyományos felületre szerelt technológiák (SMT) csomagjai hozzáférhető párnákkal rendelkeztek a könnyű forrasztáshoz, de a BGA -k más kihívást jelentettek, mivel csatlakozásaik a csomag alatt vannak.Ez felvetette a kétségeket abban, hogy a BGA -k megbízhatóan forraszthatók -e a termelés során.Ezeket az aggodalmakat azonban gyorsan pihentették, amikor felfedezték, hogy a standard reflow forrasztási technikák rendkívül hatékonyak voltak a BGA összeállításában, ami következetesen megbízható ízületeket eredményez.

4. ábra: A gömbrács tömb szerelvény

A BGA forrasztási eljárása a pontos hőmérséklet -szabályozásra támaszkodik.A Reflow forrasztás során az egész szerelvényt egyenletesen melegítik, beleértve a BGA csomag alatti forrasztógolyókat is.Ezeket a forrasztógolyókat előre bevonják a csatlakozáshoz szükséges pontos forrasztási mennyiséggel.Ahogy a hőmérséklet emelkedik, a forrasztás megolvad és képezi a csatlakozást.A felületi feszültség segíti a BGA csomag önmagát az áramköri táblán lévő megfelelő párnákhoz.A felületi feszültség útmutatóként működik, biztosítva, hogy a forrasztógolyók a fűtési szakaszban maradjanak a helyükön.

Ahogy a forrasztás lehűl, egy rövid szakaszon megy keresztül, ahol részben olvadt.Ez fontos, hogy az egyes forrasztógolyók a szomszédos golyókkal egyesüljenek anélkül, hogy az egyes forrasztógolyók megfelelő helyzetbe kerülnek.A forrasztáshoz és a szabályozott hűtési folyamathoz használt specifikus ötvözet biztosítja, hogy a forrasztási ízületek helyesen alakuljanak ki és tartsák fenn az elválasztást.Ez a kontroll szintje elősegíti a BGA összeszerelés sikerét.

Az évek során a BGA csomagok összeszerelésére szolgáló módszereket finomították és szabványosították, így a modern elektronikai gyártás szerves részévé vált.Manapság ezeket a összeszerelési folyamatokat zökkenőmentesen beépítik a gyártási vonalakba, és a BGA -k megbízhatóságával kapcsolatos kezdeti aggodalmak nagyrészt eltűntek.Ennek eredményeként a BGA csomagokat most megbízható és hatékony választásnak tekintik az elektronikus terméktervek számára, tartósságot és pontosságot kínálva a komplex áramkörök számára.

Kihívások és megoldások

A gömbrácsos tömb (BGA) készülékek egyik legnagyobb kihívása az, hogy a forrasztott csatlakozások a chip alatt vannak elrejtve.Ez lehetetlenné teszi őket a hagyományos optikai módszerekkel történő vizuális ellenőrzéshez.Ez kezdetben aggodalmát fejezte ki a BGA -közgyűlések megbízhatóságával kapcsolatban.Erre válaszul a gyártók finomították forrasztási folyamatukat, biztosítva, hogy a hőt egyenletesen alkalmazzák a szerelvényen.Erre az egységes hőeloszlásra van szükség az összes forrasztógolyó megfelelő olvadásához és a BGA rács minden pontján a szilárd csatlakozások rögzítéséhez.

Míg az elektromos tesztelés megerősítheti, hogy az eszköz működik-e, nem elegendő a hosszú távú megbízhatóság garantálásához.A kapcsolat a kezdeti tesztek során elektromosan hangosnak tűnhet, de ha a forrasztási ízület gyenge vagy helytelenül képződik, akkor az idő múlásával meghibásodhat.Ennek kezelése érdekében a röntgen-ellenőrzés a BGA forrasztási ízületek integritásának ellenőrzésére szolgáló módszerré vált.A röntgensugár részletes áttekintést nyújt a chip alatti forrasztott kapcsolatokról, lehetővé téve a technikusok számára, hogy észrevegyék a lehetséges problémákat.A megfelelő hőbeállításokkal és pontos forrasztási módszerekkel a BGA-k általában kiváló minőségű ízületeket mutatnak, javítva a szerelvény általános megbízhatóságát.

A BGA-val felszerelt táblák átdolgozása

A BGAS -t használó áramköri lap átdolgozása finom és összetett folyamat lehet, gyakran speciális eszközöket és technikákat igényel.Az átdolgozás első lépése a hibás BGA eltávolítását jelenti.Ezt úgy végezzük, hogy a lokalizált hőt közvetlenül a forrasztó alatti forrasztóra alkalmazzák.A speciális átdolgozó állomások infravörös melegítőkkel vannak felszerelve, hogy gondosan melegítsék a BGA -t, a hőelemeket a hőmérséklet megfigyelésére, és egy vákuumszerszám a chip felemelésére, miután a forrasztó megolvadt.Fontos a fűtés szabályozása, hogy csak a BGA -t érintse, megakadályozva a közeli alkatrészek károsodását.

A BGA -k javítása és újjáépítése

A BGA eltávolítása után vagy kicserélhető egy új elemre, vagy bizonyos esetekben felújítható.Egy általános javítási módszer a reballing, amely magában foglalja a forrasztógolyók cseréjét egy továbbra is funkcionális BGA -n.Ez egy költséghatékony lehetőség a drága chipek számára, mivel lehetővé teszi az összetevő újrafelhasználását, nem pedig eldobást.Számos vállalat speciális szolgáltatásokat és berendezéseket kínál a BGA újjáépítéséhez, segítve az értékes alkatrészek életének meghosszabbítását.

Annak ellenére, hogy korai aggodalmak vannak a BGA forrasztási ízületek ellenőrzésének nehézségei miatt, a technológia jelentős lépéseket tett.Az innovációk a nyomtatott áramköri lap (PCB) tervezésében, a továbbfejlesztett forrasztási technikák, például az infravörös visszaverődés és a megbízható röntgenfelügyeleti módszerek integrációja hozzájárultak a BGA-kkal kapcsolatos kezdeti kihívások megoldásához.Ezenkívül az átdolgozási és javítási technikák fejlődése biztosította, hogy a BGA -k megbízhatóan felhasználhatók sokféle alkalmazásban.Ezek a fejlesztések növelték a BGA technológiát tartalmazó termékek minőségét és megbízhatóságát.

Következtetés

A Ball Grid tömb (BGA) csomagok elfogadását a modern elektronikában számos előnye vezeti, ideértve a kiváló hőgazdálkodást, a csökkentett összeszerelési bonyolultságot és az űrmegtakarító kialakítást.A kezdeti kihívások leküzdése, mint például a rejtett forrasztási illesztések és a nehézségek átdolgozása, a BGA technológia vált a választás változó alkalmazásokban.A kompakt mobil eszközöktől a nagyteljesítményű számítástechnikai rendszerekig a BGA csomagok megbízható és hatékony megoldást kínálnak a mai komplex elektronikához.