Kas yra „Ball Grid“ masyvas (BGA)?Privalumai, tipai, surinkimo procesas
2024-09-09 2649

„Ball Grid“ masyvo (BGA) paketai tapo labai populiarūs elektronikoje, ypač ant paviršiaus pritvirtintų integruotų grandinių (SMD ICS), kuriems reikia daug jungčių mažoje erdvėje.Skirtingai nuo senesnių dizainų, kurie jungia jungtis aplink lusto kraštus, BGA jungims naudoja lusto apatinę dalį.Tai leidžia lengviau suprojektuoti spausdintas plokštes (PCB), sumažinant netvarką ir leisdami kompaktiškesnius išdėstymus.Šiame straipsnyje nagrinėjama, kodėl pirmenybė teikiama BGA pakuotėms, jų siūlomos naudos, „V ariat“ „BGA Designs“ jonų ir iššūkių, su kuriais susiduria surinkimo ir pertvarkymo metu.„BGA Technology“ gerina grandinės projektavimą ir gamybą, nesvarbu, ar tai būtų elektronika, ar pramoninės programos.

Katalogas

1 paveikslas: „Ball Grid“ masyvas (BGA)

Kodėl pirmenybė teikiama „Ball Grid“ masyvo (BGA) pakuotėms?

Rutulinio tinklelio masyvas (BGA) yra tam tikros rūšies ant paviršiaus montuojama pakuotė, naudojama integruotoms grandinėms (ICS).Jame yra litavimo rutuliai ant lusto apačios, o ne tradicinių kaiščių, todėl jis yra idealus įrenginiams, kuriems reikalingas didelis jungčių tankis mažoje erdvėje.„Ball Grid“ masyvo (BGA) paketai yra didelis patobulinimas, palyginti su senesne „Quad Flat Pack“ (QFP) dizainu elektronikos gamyboje.QFP su plonais ir sandariai išdėstytais kaiščiais yra pažeidžiami lenkimo ar laužymo.Tai daro remontą sudėtingą ir brangų, ypač grandinėms su daugybe kaiščių.

Atidžiai supakuoti QFP kaiščiai taip pat kelia problemų kuriant spausdintų plokščių (PCB).Siauras tarpas gali sukelti trasos spūstis, todėl sunkiau efektyviai nukreipti jungtis.Ši spūstis gali pakenkti ir grandinės išdėstymui, ir našumui.Be to, tikslumas, reikalingas litavimo QFP kaiščiams, padidina riziką sukurti nepageidaujamus tiltus tarp kaiščių, todėl grandinė gali sutrikti.

BGA paketai išsprendžia daugelį šių problemų.Vietoj trapių kaiščių, „BGA“ naudoja litavimo rutulius, išdėstytus po mikroschemomis, kurie sumažina fizinės žalos tikimybę ir leidžia erdvesniam, mažiau perpildytam PCB dizainui.Šis išdėstymas leidžia lengviau gaminti, kartu pagerinant litavimo jungčių patikimumą.Dėl to BGA tapo pramonės standartu.Naudojant specializuotus įrankius ir metodus, BGA technologija ne tik supaprastina gamybos procesą, bet ir pagerina bendrą elektroninių komponentų dizainą ir našumą.

„Ball Grid Array“ (BGA) technologijos pranašumai

„Ball Grid Array“ (BGA) technologija pakeitė integruotas grandines (ICS).Tai lemia tiek funkcionalumą, tiek efektyvumą.Šie patobulinimai ne tik supaprastina gamybos procesą, bet ir naudingas prietaisų, naudojančių šias grandines, našumą.

2 paveikslas: „Ball Grid“ masyvas (BGA)

Vienas iš „BGA“ pakuočių pranašumų yra efektyvus vietos naudojimas spausdintose grandinės plokštėse (PCB).Tradicinėse pakuotėse jungtys aplink lusto kraštus, užima daugiau vietos.Tačiau „BGA“ pakuotės padeda litavimo rutulius po lustu, o tai išlaisvina vertingą vietą ant lentos.

BGA taip pat siūlo puikų šiluminį ir elektrinį našumą.Projektas leidžia naudoti galios ir žemės plokštumas, mažinant induktyvumą ir užtikrinant švaresnius elektrinius signalus.Tai lemia geresnį signalo vientisumą, kuris yra svarbus greičiui.Be to, „BGA“ paketų išdėstymas palengvina geresnį šilumos išsklaidymą, užkertant kelią elektronikos perkaitimui, kuris eksploatavimo metu sukuria daug šilumos, pavyzdžiui, procesoriai ir vaizdo plokštės.

BGA paketų surinkimo procesas taip pat yra aiškesnis.Vietoj to, kad prireiktų litavimo mažų kaiščių išilgai lusto krašto, litavimo rutuliai po BGA paketu suteikia tvirtesnį ir patikimą ryšį.Dėl to gamybos metu atsiranda mažiau trūkumų ir prisideda prie didesnio gamybos efektyvumo, ypač masinės gamybos aplinkoje.

Kitas BGA technologijos pranašumas yra jos sugebėjimas palaikyti plonesnius įrenginių dizainus.„BGA“ paketai yra plonesni nei senesni lustų dizainai, leidžiantys gamintojams kurti švelnesnius, kompaktiškesnius įrenginius neprarandant našumo.Tai ypač svarbu nešiojamojoje elektronikoje, tokioje kaip išmanieji telefonai ir nešiojamieji kompiuteriai, kur dydis ir svoris yra kritiniai veiksniai.

Be jų kompaktiškumo, „BGA“ paketai palengvina priežiūros ir remonto darbus.Didesni litavimo pagalvėlės, esančios po lustu, supaprastina plokštės pertvarkymo ar atnaujinimo procesą, kuris gali pratęsti įrenginio tarnavimo laiką.Tai naudinga aukštųjų technologijų įrangai, kuriai reikalingas ilgalaikis patikimumas.

Apskritai, dėl erdvės taupymo dizaino, sustiprinto našumo, supaprastintos gamybos ir lengvesnio remonto derinio BGA technologija tapo tinkamiausiu šiuolaikinės elektronikos pasirinkimu.Nesvarbu, ar tai vartotojų, ar pramoninėse programose, BGA siūlo patikimą ir efektyvų sprendimą šiandieniniams sudėtingiems elektroniniams poreikiams.

Suprasti „Ball Grid Array“ (BGA) paketą

Skirtingai nuo senesnio keturių plokščių pakuočių (QFP) metodų, jungiančių kaiščius išilgai lusto kraštų, BGA jungimims naudoja lusto apatinę dalį.Šis išdėstymas išlaisvina erdvę ir leidžia efektyviau naudoti lentą, išvengiant apribojimų, susijusių su kaiščių dydžiu ir tarpais.

BGA pakuotėje jungtys yra išdėstytos tinklelyje po lustu.Vietoj tradicinių kaiščių jungtyse suformuoti maži litavimo rutuliai.Šie litavimo rutuliai sutampa su atitinkamomis vario pagalvėlėmis ant spausdintos grandinės plokštės (PCB), sukurdami stabilius ir patikimus kontaktinius taškus, kai mikroschema montuojama.Ši struktūra ne tik pagerina ryšio patvarumą, bet ir supaprastina surinkimo procesą, nes komponentų suderinimas ir litavimas yra aiškesnis.

Vienas iš BGA paketų pranašumų yra jų sugebėjimas efektyviau valdyti šilumą.Sumažinus šiluminį atsparumą tarp silicio lusto ir PCB, BGA padeda efektyviau išsklaidyti šilumą.Tai ypač svarbu aukštos kokybės elektronikoje, kur šilumos valdymas yra svarbus norint išlaikyti stabilų veikimą ir pratęsti komponentų gyvenimo trukmę.

Kitas pranašumas yra trumpesni laidai tarp lusto ir lentos, nes išdėstyta lusto laikiklio apačioje.Tai sumažina švino induktyvumą, pagerina signalo vientisumą ir bendrą našumą.Taigi, tai daro BGA paketus pageidaujamu šiuolaikinių elektroninių prietaisų parinktimi.

Skirtingi „Ball Grid Array“ (BGA) paketų variantai

3 paveikslas: „Ball Grid“ masyvo (BGA) paketas

„Ball Grid Array“ (BGA) pakavimo technologija vystėsi siekiant patenkinti įvairius šiuolaikinės elektronikos poreikius, pradedant nuo našumo ir kainos iki dydžio ir šilumos valdymo.Šie įvairūs reikalavimai lėmė kelis BGA variantus.

Suformuotas masyvo proceso rutulinio tinklo masyvas (MAPBGA) yra skirtas įrenginiams, kuriems nereikia ekstremalių našumų, tačiau vis tiek reikia patikimumo ir kompaktiškumo.Šis variantas yra ekonomiškas, su mažu induktyvumu, todėl jį lengva pritvirtinti paviršiuje.Dėl mažo dydžio ir ilgaamžiškumo jis yra praktiškas pasirinkimas plačiam žemo ir vidutinio našumo elektronikos asortimentui.

Siekiant reiklesnių įrenginių, plastikinių rutulinių tinklelių masyvas (PBGA) siūlo patobulintas funkcijas.Kaip ir MAPBGA, jis suteikia mažai induktyvumo ir lengvai montavimo, tačiau su pridėtais variniais sluoksniais substrate, kad būtų patenkinti didesni galios reikalavimai.Tai daro „PBGA“ tinkamą vidutinio ir aukšto našumo įrenginiams, kuriems reikalingas efektyvesnis galios išsklaidymas, išlaikant patikimą patikimumą.

Kai reikia valdyti šilumą, išsiskiria termiškai patobulintas plastikinių rutulinių tinklelių masyvas (TEPBGA).Savo substrate naudojamos storos vario plokštumos, kad efektyviai atitrauktų šilumą nuo lusto, užtikrinant, kad termiškai jautrūs komponentai veiktų esant didžiausiam našumui.Šis variantas yra idealus pritaikymui, kai svarbiausias prioritetas yra efektyvus šiluminis valdymas.

„Tape Ball Grid“ masyvas (TBGA) yra skirtas aukšto našumo programoms, kai reikalingas aukštesnis šilumos valdymas, tačiau erdvė yra ribota.Jo šiluminis našumas yra išskirtinis, nereikalaujant išorinio šilumos, todėl jis yra idealus kompaktiškiems mazgams aukščiausios klasės įrenginiuose.

Tais atvejais, kai erdvėje yra ypač suvaržyta, pakuotės paketo (POP) technologija siūlo novatorišką sprendimą.Tai leidžia sukrauti kelis komponentus, tokius kaip atminties modulio įdėjimas tiesiai ant procesoriaus viršaus, maksimaliai padidinti funkcionalumą labai mažame pėdsake.Tai daro POP labai naudingą įrenginiuose, kur erdvė yra aukščiausia, pavyzdžiui, išmanieji telefonai ar planšetiniai kompiuteriai.

Ypač kompaktiškiems įrenginiams „Microbga“ variantas yra prieinamas kaip 0,65, 0,75 ir 0,8 mm.Mažas jo dydis leidžia tilpti į tankiai supakuotą elektroniką, todėl tai yra pageidaujama parinktis labai integruotiems įrenginiams, kur skaičiuojamas kiekvienas milimetras.

Kiekvienas iš šių BGA variantų demonstruoja BGA technologijos pritaikomumą, suteikiantį pritaikytus sprendimus, kad būtų patenkinti nuolat kintantys elektronikos pramonės reikalavimai.Nesvarbu, ar tai ekonominis efektyvumas, šiluminis valdymas, ar erdvės optimizavimas, yra BGA paketas, tinkamas praktiškai bet kuriai programai.

„Ball Grid“ masyvo (BGA) surinkimo procesas

Kai pirmą kartą buvo pristatyti „Ball Grid“ masyvo (BGA) paketai, kilo susirūpinimas, kaip juos patikimai surinkti.Tradicinių paviršiaus montavimo technologijos (SMT) pakuotėse buvo prieinamos trinkelės, skirtos lengvai litavimui, tačiau BGA pateikė kitokį iššūkį, nes jų jungtys buvo po paketu.Tai sukėlė abejonių dėl to, ar BGA gali būti patikimai litami gamybos metu.Tačiau šie rūpesčiai buvo greitai pailsėję, kai buvo nustatyta, kad standartiniai reflavimo litavimo būdai buvo labai veiksmingi surinkus BGA, todėl buvo nuolat patikimos sąnariai.

4 paveikslas: „Ball Grid“ matricos rinkinys

BGA litavimo procesas priklauso nuo tikslios temperatūros valdymo.Atlikų litavimo metu visas mazgas šildomas tolygiai, įskaitant litavimo rutulius po BGA paketu.Šie litavimo rutuliai yra iš anksto padengti su tiksliu litavimo kiekiu, reikalingu jungtimi.Kilus temperatūrai, litavėjas ištirpsta ir sudaro ryšį.Paviršiaus įtempimas padeda BGA pakuotei savarankiškai susieti su atitinkamomis grandinės plokštės trinkelėmis.Paviršiaus įtempimas veikia kaip vadovas, užtikrinantis, kad litavimo rutuliai būtų vietoje šildymo fazės metu.

Liudtuvui atvėsus, jis eina per trumpą fazę, kur jis išlieka iš dalies išlydytas.Tai svarbu, kad kiekvienas litavimo rutulys galėtų įsitvirtinti teisingoje padėtyje, nesikišant į kaimyninius rutulius.Konkretus lydmetalio lydinys ir kontroliuojamas aušinimo procesas užtikrina, kad litavimo jungtys būtų teisingai susidarę ir palaiko atskyrimą.Šis kontrolės lygis padeda BGA surinkimo sėkmei.

Bėgant metams, BGA paketų surinkimo metodai buvo patobulinti ir standartizuoti, todėl jie tapo neatsiejama šiuolaikinės elektronikos gamybos dalimi.Šiandien šie surinkimo procesai yra sklandžiai įtraukiami į gamybos linijas, o pradiniai susirūpinimas dėl BGA patikimumo iš esmės išnyko.Dėl to BGA paketai dabar laikomi patikimu ir veiksmingu pasirinkimu elektroniniams produktų dizainams, siūlančioms patvarumą ir tikslumą sudėtingoms schemoms.

Iššūkiai ir sprendimai

Vienas iš pagrindinių iššūkių, susijusių su „Ball Grid“ masyvo (BGA) įrenginiais, yra tas, kad litavimo jungtys yra paslėptos po lustu.Dėl to jie neįmanoma apžiūrėti vizualiai naudojant tradicinius optinius metodus.Iš pradžių tai kelia susirūpinimą dėl BGA rinkinių patikimumo.Reaguodami į tai, gamintojai tiksliai suderino litavimo procesus, užtikrindami, kad šiluma tolygiai būtų naudojama visoje surinkime.Šis vienodas šilumos pasiskirstymas reikalingas tinkamai lydymui visiems litavimo rutuliams ir pritvirtinti kietas jungtis kiekviename BGA tinklelio taške.

Nors elektros bandymai gali patvirtinti, ar įrenginys veikia, to nepakanka, kad būtų užtikrintas ilgalaikis patikimumas.Pradinių bandymų metu ryšys gali atrodyti elektra patikimas, tačiau jei lydmetalio jungtis yra silpna arba netinkamai suformuota, laikui bėgant jis gali sugesti.Norėdami tai išspręsti, rentgeno spindulių patikrinimas tapo pagrindiniu BGA litavimo jungčių vientisumo patikrinimo metodu.Rentgeno spinduliai išsamiai apžvelgia litavimo jungtis po lustu, leisdami technikams pastebėti visas galimas problemas.Taikant teisingus šilumos parametrus ir tikslius litavimo metodus, BGA paprastai pasižymi aukštos kokybės jungtimis, padidindamos bendrą mazgo patikimumą.

Perdirbimo BGA įrengtos plokštės

Perdirbant BGA naudojimą grandinės plokštę, gali būti subtilus ir sudėtingas procesas, dažnai reikalaujant specializuotų įrankių ir metodų.Pirmasis pertvarkymo žingsnis apima sugedusio BGA pašalinimą.Tai atliekama tepant lokalią šilumą tiesiai ant litavimo po lustu.Specializuotose pertvarkymo stotyse yra infraraudonųjų spindulių šildytuvai, skirti atsargiai pašildyti BGA, termoelementams, kad būtų galima stebėti temperatūrą, ir vakuuminio įrankį, kad lustas pakeltų lustą, kai lydmetalis ištirps.Svarbu kontroliuoti šildymą, kad paveiktų tik BGA, užkirsti kelią netoliese esančių komponentų pažeidimams.

BGAS taisymas ir pertvarkymas

Pašalinus BGA, ją galima pakeisti nauju komponentu arba kai kuriais atvejais atnaujinti.Bendras taisymo būdas yra perrašymas, apimantis litavimo rutulių pakeitimą BGA, kuris vis dar veikia.Tai yra ekonomiškai efektyvi brangių lustų pasirinkimas, nes tai leidžia pakartotinai naudoti komponentą, o ne išmesti.Daugelis kompanijų siūlo specialias BGA pertvarkymo paslaugas ir įrangą, padedančią pratęsti vertingų komponentų tarnavimo laiką.

Nepaisant išankstinio susirūpinimo dėl sunkumų apžiūrint BGA lydmetalio sąnarius, ši technologija padarė didelę pažangą.Inovacijos spausdintos grandinės lentos (PCB) projektavimo, patobulintos litavimo būdai, tokie kaip infraraudonųjų spindulių refluw, ir patikimų rentgeno tikrinimo metodų integracija prisidėjo prie pradinių iššūkių, susijusių su BGA, išsprendimą.Be to, pakartotinio darbo ir remonto metodų pažanga užtikrino, kad BGA būtų galima patikimai naudoti įvairiose programose.Šie patobulinimai padidino produktų, apimančių BGA technologiją, kokybę ir patikimumą.

Išvada

„Ball Grid Array“ (BGA) paketų priėmimą šiuolaikinėje elektronikoje paskatino jų daugybė privalumų, įskaitant puikų šiluminį valdymą, sumažėjusį surinkimo sudėtingumą ir erdvės taupymo dizainą.Įveikiant pradinius iššūkius, tokius kaip paslėptos lydmetalio sąnariai ir pertvarkymo sunkumai, BGA technologija tapo tinkamiausiu pasirinkimu įvairiose programose.Nuo kompaktinių mobiliųjų įrenginių iki aukšto našumo skaičiavimo sistemų, BGA paketai yra patikimas ir efektyvus šiandienos sudėtingos elektronikos sprendimas.