Qu'est-ce que le tableau de grille à balle (BGA)?Avantages, types, processus d'assemblage
2024-09-09 2633

Les packages Ball Grid Back (BGA) sont devenus très populaires en électronique, en particulier pour les circuits intégrés montés en surface (SMD ICS) qui ont besoin de nombreuses connexions dans un petit espace.Contrairement aux conceptions plus anciennes, qui placent des connexions autour des bords de la puce, BGA utilise le dessous de la puce pour les connexions.Cela facilite la conception de circuits imprimés (PCB) en réduisant l'encombrement et en permettant des dispositions plus compactes.Cet article explore pourquoi les forfaits BGA sont préférés, les avantages qu'ils offrent, les ions V ariat des conceptions BGA et les défis rencontrés lors de l'assemblage et du remaniement.Que ce soit dans l'électronique grand public ou les applications industrielles, la technologie BGA améliore la conception et la fabrication de circuits.

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Figure 1: tableau de grille à billes (BGA)

Pourquoi les forfaits de bille de grille (BGA) sont préférés?

Un réseau de grille à billes (BGA) est un type d'emballage de montage de surface utilisé pour les circuits intégrés (ICS).Il présente des boules de soudure sur le dessous de la puce au lieu des broches traditionnelles qui le rendent idéal pour les appareils qui ont besoin d'une densité de connexion élevée dans un petit espace.Les packages Ball Grid Back (BGA) représentent une amélioration majeure par rapport à l'ancien Pack Flat Pack (QFP) dans la fabrication d'électronique.Les QFP, avec leurs épingles minces et étroitement espacées, sont vulnérables à la flexion ou à la rupture.Cela rend les réparations difficiles et coûteuses, en particulier pour les circuits avec de nombreuses épingles.

Les épingles étroitement emballées sur QFPS posent également des problèmes lors de la conception de circuits imprimés (PCB).L'espacement étroit peut provoquer une congestion des traces, ce qui rend plus difficile l'itinéraire des connexions efficacement.Cette congestion peut nuire à la fois à la disposition et aux performances du circuit.De plus, la précision requise pour souder des broches QFP augmente le risque de créer des ponts indésirables entre les broches, ce qui a potentiellement dysolé le circuit.

Les packages BGA résolvent bon nombre de ces problèmes.Au lieu de broches fragiles, les BGAS utilisent des boules de soudure placées sous la puce qui réduisent les risques de dommages physiques et permet une conception de PCB plus spacieuse et moins congestionnée.Cette disposition facilite la fabrication, tout en améliorant la fiabilité des joints de soudure.En conséquence, les BGAS sont devenus la norme de l'industrie.En utilisant des outils et techniques spécialisés, la technologie BGA simplifie non seulement le processus de fabrication, mais améliore également la conception globale et les performances des composants électroniques.

Avantages de la technologie Ball Grid Array (BGA)

La technologie Ball Grid Array (BGA) a transformé la façon dont les circuits intégrés (ICS) sont emballés.Cela conduit à des améliorations dans la fonctionnalité et l'efficacité.Ces améliorations rationalisent non seulement le processus de fabrication, mais bénéficient également des performances des appareils à l'aide de ces circuits.

Figure 2: Tableau de grille à billes (BGA)

L'un des avantages de l'emballage BGA est son utilisation efficace de l'espace sur les circuits imprimés (PCB).Les forfaits traditionnels placent des connexions autour des bords de la puce, en prenant plus de place.Les forfaits BGA positionnent cependant les boules de soudure sous la puce, ce qui libère un espace précieux sur la planche.

Les BGAS offrent également des performances thermiques et électriques supérieures.La conception permet les plans de puissance et de sol, réduisant l'inductance et assurant des signaux électriques plus propres.Cela conduit à une meilleure intégrité du signal, ce qui est important dans les applications à grande vitesse.De plus, la disposition des forfaits BGA facilite une meilleure dissipation de chaleur, empêchant la surchauffe dans l'électronique qui produisent beaucoup de chaleur pendant le fonctionnement, telles que les processeurs et les cartes graphiques.

Le processus d'assemblage pour les packages BGA est également plus simple.Au lieu d'avoir besoin de souder de minuscules épingles le long du bord d'une puce, les boules de soudure sous un package BGA offrent une connexion plus robuste et fiable.Il en résulte moins de défauts pendant la fabrication et contribue à une efficacité de production plus élevée, en particulier dans les environnements de production de masse.

Un autre avantage de la technologie BGA est sa capacité à prendre en charge les conceptions d'appareils plus minces.Les forfaits BGA sont plus fins que les conceptions de puces plus anciennes qui permet aux fabricants de créer des appareils plus élégants et plus compacts sans sacrifier les performances.Ceci est particulièrement important pour l'électronique portable comme les smartphones et les ordinateurs portables, où la taille et le poids sont des facteurs critiques.

En plus de leur compacité, les forfaits BGA facilitent l'entretien et les réparations.Les plateaux de soudure plus grands sous la puce simplifient le processus de retravaille ou de mise à jour de la carte, ce qui peut prolonger la durée de vie de l'appareil.Ceci est bénéfique pour les équipements de haute technologie qui nécessitent une fiabilité à long terme.

Dans l'ensemble, la combinaison de la conception d'économie d'espace, des performances améliorées, de la fabrication simplifiée et des réparations plus faciles a fait de la technologie BGA le choix préféré de l'électronique moderne.Que ce soit dans les appareils de consommation ou les applications industrielles, les BGAS offrent une solution fiable et efficace pour les demandes électroniques complexes d'aujourd'hui.

Comprendre le package de bille de grille (BGA)

Contrairement à l'ancienne méthode Pack Flat (QFP) qui connecte les broches le long des bords de la puce, BGA utilise le dessous de la puce pour les connexions.Cette disposition libère l'espace et permet une utilisation plus efficace de la carte, en évitant les contraintes associées à la taille de la broche et à l'espacement.

Dans un ensemble BGA, les connexions sont disposées en grille sous la puce.Au lieu des épingles traditionnelles, de petites boules de soudure sont utilisées pour former les connexions.Ces boules de soudure correspondent aux cuivres en cuivre correspondants sur la carte de circuit imprimé (PCB), créant des points de contact stables et fiables lorsque la puce est montée.Cette structure améliore non seulement la durabilité des connexions, mais simplifie également le processus d'assemblage, car l'alignement et la soudure des composants sont plus simples.

L'un des avantages des forfaits BGA est leur capacité à gérer la chaleur plus efficacement.En réduisant la résistance thermique entre la puce de silicium et le PCB, les BGAS aident à dissiper la chaleur plus efficacement.Ceci est particulièrement important dans l'électronique haute performance, où la gestion de la chaleur est importante pour maintenir un fonctionnement stable et prolonger la durée de vie des composants.

Un autre avantage est les pistes plus courtes entre la puce et la planche, grâce à la disposition sur le dessous du transporteur de puces.Cela minimise l'inductance du plomb, améliorant l'intégrité du signal et les performances globales.Ainsi, il fait des packages BGA l'option préférée pour les appareils électroniques modernes.

Différentes variantes de packages de tableau de grille à billes (BGA)

Figure 3: Ball Grid Array (BGA)

La technologie d'emballage Ball Grid Array (BGA) a évolué pour répondre aux besoins variés de l'électronique moderne, des performances et du coût à la taille et à la gestion de la chaleur.Ces diverses exigences ont conduit à la création de plusieurs variantes BGA.

Le tableau de la grille à billes de processus moulé (MAPBGA) est conçu pour les appareils qui ne nécessitent pas de performances extrêmes mais qui ont toujours besoin de fiabilité et de compacité.Cette variante est rentable, avec une faible inductance, ce qui facilite le montage de surface.Sa petite taille et sa durabilité en font un choix pratique pour une large gamme d'électronique de faible et moyenne performance.

Pour des appareils plus exigeants, le tableau de grille à billes en plastique (PBGA) propose des fonctionnalités améliorées.Comme le MAPBGA, il fournit une faible inductance et un montage facile, mais avec des couches de cuivre ajoutées dans le substrat pour gérer les besoins en puissance plus élevés.Cela fait de PBGA un bon ajustement pour les dispositifs moyens à hautes performances qui nécessitent une dissipation de puissance plus efficace tout en maintenant une fiabilité fiable.

Lorsque la gestion de la chaleur est préoccupante, le réseau de grille à billes en plastique amélioré thermique (TEPBGA) excelle.Il utilise des plans de cuivre épais dans son substrat pour éloigner efficacement la chaleur de la puce, garantissant que les composants thermiquement sensibles fonctionnent à des performances de pointe.Cette variante est idéale pour les applications où la gestion thermique efficace est une priorité absolue.

Le réseau de grille à billes de bande (TBGA) est conçu pour les applications hautes performances où une gestion de chaleur supérieure est requise mais l'espace est limité.Ses performances thermiques sont exceptionnelles sans avoir besoin d'un dissipateur thermique externe, ce qui le rend idéal pour les assemblages compacts dans des dispositifs haut de gamme.

Dans les situations où l'espace est particulièrement contraint, la technologie du package sur package (POP) offre une solution innovante.Il permet d'empiler plusieurs composants, tels que la mise en place d'un module de mémoire directement sur un processeur, maximisant les fonctionnalités dans une très petite empreinte.Cela rend la pop très utile dans les appareils où l'espace est à une hauteur, comme les smartphones ou les tablettes.

Pour les dispositifs ultra-compacts, la variante microbga est disponible en hauts aussi petits que 0,65, 0,75 et 0,8 mm.Sa petite taille lui permet de s'adapter à l'électronique densément emballée, ce qui en fait une option préférée pour les appareils hautement intégrés où chaque millimètre compte.

Chacune de ces variantes BGA présente l'adaptabilité de la technologie BGA, fournissant des solutions sur mesure pour répondre aux demandes en constante évolution de l'industrie électronique.Qu'il s'agisse de rentabilité, de gestion thermique ou d'optimisation de l'espace, il existe un package BGA adapté à pratiquement toutes les applications.

Processus d'assemblage du tableau de la grille à billes (BGA)

Lorsque les packages Ball Grid Array (BGA) ont été introduits pour la première fois, il y avait des inquiétudes sur la façon de les assembler de manière fiable.Les packages traditionnels de technologie de montage de surface (SMT) avaient des coussinets accessibles pour une soudage facile, mais BGAS a présenté un défi différent en raison de leurs connexions sous le package.Cela a soulevé des doutes quant à savoir si les BGAS pouvaient être soudés de manière fiable pendant la production.Cependant, ces préoccupations ont été rapidement reposées lorsqu'il a été découvert que les techniques de soudage de reflux standard étaient très efficaces pour assembler des BGAS, ce qui a entraîné des articulations constamment fiables.

Figure 4: Assemblage du tableau de la grille à billes

Le processus de soudage BGA repose sur un contrôle précis de la température.Pendant le soudage de reflux, l'ensemble entier est chauffé uniformément, y compris les boules de soudure sous le package BGA.Ces boules de soudure sont précoées avec la quantité exacte de soudure requise pour la connexion.À mesure que la température augmente, la soudure fond et forme la connexion.La tension en surface aide le package BGA à s'auto-aligner avec les coussinets correspondants sur la carte de circuit imprimé.La tension en surface agit comme un guide, garantissant que les boules de soudure restent en place pendant la phase de chauffage.

À mesure que la soudure se refroidit, elle passe par une brève phase où elle reste partiellement fondée.Ceci est important pour permettre à chaque boule de soudure de s'installer dans sa position correcte sans fusionner avec des balles voisines.L'alliage spécifique utilisé pour la soudure et le processus de refroidissement contrôlé garantissent que les joints de soudure se forment correctement et maintiennent la séparation.Ce niveau de contrôle aide au succès de l'assemblage BGA.

Au fil des ans, les méthodes utilisées pour assembler les packages BGA ont été raffinées et standardisées, ce qui en fait une partie intégrante de la fabrication d'électronique moderne.Aujourd'hui, ces processus d'assemblage sont intégrés de manière transparente dans les lignes de fabrication, et les préoccupations initiales concernant la fiabilité des BGAS ont largement disparu.En conséquence, les forfaits BGA sont désormais considérés comme un choix fiable et efficace pour les conceptions de produits électroniques, offrant une durabilité et une précision pour les circuits complexes.

Défis et solutions

L'un des principaux défis avec les appareils Ball Grid Array (BGA) est que les connexions soudées sont cachées sous la puce.Cela les rend impossibles à inspecter visuellement en utilisant des méthodes optiques traditionnelles.Cela a initialement soulevé des préoccupations concernant la fiabilité des assemblées BGA.En réponse, les fabricants ont affiné leurs processus de soudure, garantissant que la chaleur est appliquée uniformément à travers l'assemblage.Cette distribution de chaleur uniforme est nécessaire pour fondre correctement toutes les boules de soudure et fixer des connexions solides à chaque point de la grille BGA.

Bien que les tests électriques puissent confirmer si le dispositif fonctionne, il ne suffit pas de garantir la fiabilité à long terme.Une connexion peut sembler électriquement saine lors des tests initiaux, mais si le joint de soudure est faible ou mal formé, il pourrait échouer au fil du temps.Pour y remédier, l'inspection des rayons X est devenue la méthode incontournable pour vérifier l'intégrité des joints de soudure BGA.Les rayons X fournissent un aperçu détaillé des connexions soudées sous la puce, permettant aux techniciens de repérer tout problème potentiel.Avec les réglages de chaleur corrects et les méthodes de soudage précises, les BGA présentent généralement des joints de haute qualité, améliorant la fiabilité globale de l'assemblage.

Reménager des tableaux équipés de BGA

Le retravailleur d'une carte de circuit imprimé qui utilise des BGAS peut être un processus délicat et complexe, nécessitant souvent des outils et techniques spécialisés.La première étape du remaniement consiste à retirer le BGA défectueux.Cela se fait en appliquant une chaleur localisée directement sur la soudure sous la puce.Les stations de reprise spécialisées sont équipées de radiateurs infrarouges pour chauffer soigneusement le BGA, des thermocouples pour surveiller la température et un outil d'aspirateur pour soulever la puce une fois que la soudure a fondu.Il est important de contrôler le chauffage afin que seul le BGA soit affecté, empêchant les dommages aux composants voisins.

Réparation et reballage de BGAS

Une fois qu'un BGA a été supprimé, il peut être remplacé par un nouveau composant ou, dans certains cas, rénové.Une méthode de réparation commune consiste à relier la reballe qui implique de remplacer les boules de soudure sur un BGA qui est toujours fonctionnel.Il s'agit d'une option rentable pour les puces coûteuses, car elle permet de réutiliser le composant plutôt que de rejeter.De nombreuses entreprises offrent des services et des équipements spécialisés pour la reballe BGA, contribuant à prolonger la vie de composants précieux.

Malgré les préoccupations précoces concernant la difficulté d'inspecter les joints de soudure BGA, la technologie a fait des progrès importants.Les innovations dans la conception de la carte de circuit imprimé (PCB), des techniques de soudage améliorées telles que la reflux infrarouge et l'intégration de méthodes d'inspection des rayons X fiables ont toutes contribué à résoudre les défis initiaux associés aux BGAS.En outre, les progrès des techniques de reprise et de réparation ont permis que les BGAS puissent être utilisés de manière fiable dans un large éventail d'applications.Ces améliorations ont augmenté la qualité et la fiabilité des produits qui intègrent la technologie BGA.

Conclusion

L'adoption des forfaits Ball Grid Array (BGA) dans l'électronique moderne a été motivée par leurs nombreux avantages, notamment une gestion thermique supérieure, une complexité d'assemblage réduite et une conception d'économie d'espace.Surmonter les défis initiaux tels que les joints de soudure cachés et les difficultés de retravaille, la technologie BGA est devenue le choix préféré dans diverses applications.Des appareils mobiles compacts aux systèmes informatiques hautes performances, les packages BGA offrent une solution fiable et efficace pour l'électronique complexe d'aujourd'hui.