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PCB BGA – La guida definitiva del pacchetto più indispensabile

PCB BGA

Su PCB BGA, il tuo circuito integrato ha molti pin? Forse anche più di 100 pin? In tal caso, dovresti cercare un pacchetto conveniente e robusto per i tuoi circuiti integrati. Tuttavia, indovina un po ‘, non è necessario fare ricerche in giro, non sai cosa dovresti fare!

I pacchetti QFP erano più soggetti a danni, anche in condizioni controllate, in quanto avevano perni molto stretti e sottili. Inoltre, se la sua saldatura non fosse adeguatamente supervisionata, si tradurrebbe in cattive connessioni. Potresti anche incontrare un’alta densità di pin in alcune aree che portano alla congestione.

Tuttavia, state tranquilli, il pacchetto Ball Grid Array SMT è quello che dovreste cercare. È la soluzione a questi problemi e l’affidabilità dei giunti saldati migliorerà notevolmente. In questa guida, wne menzionerà tutti i diversi dettagli che devi sapere sui pacchetti BGA SMT.

PCB con BGA

1.1 Cos’è un PCB BGA?

Un array di griglia a sfera è un supporto di chip – tecnologia a montaggio superficiale – utilizzato nei circuiti integrati. Se si desidera montare il microprocessore in modo permanente, è necessario utilizzare i ball grid array (BGA). BGA ti fornirà più pin di interconnessione rispetto a quelli che ottieni dal pacchetto flat

Verrà utilizzata l’intera area inferiore del dispositivo anziché solo il perimetro. Inoltre, i cavi sono anche di dimensioni più piccole, offrendo maggiori prestazioni ad alte velocità. I tradizionali pacchetti PIN Grid Array (PGA) hanno portato allo sviluppo di pacchetti BGA. PGA è un pacchetto che ha spilli disposti in uno schema a griglia su una faccia, coprendolo coprendolo completamente o parzialmente. Durante il funzionamento, i pin inviano segnali elettrici tra il circuito stampato (PCB) e il circuito integrato (IC).

Ora passiamo a come BGA è diverso da PGA. In BGA, dovrai sostituire i perni con dei pad sulla superficie inferiore della confezione. All’inizio, lo farai attaccando piccole palle di saldatura. È possibile posizionare queste sfere di saldatura manualmente o utilizzando dispositivi automatici. La Figura 1 mostra un primo piano del circuito integrato dell’array di griglie a sfera.

Generalmente, i pad di rame collegano tra loro il circuito integrato BGA e un circuito stampato (PCB). Il modello di questi pad completa le sfere di saldatura. Nelle tecnologie più innovative, le sfere di saldatura possono essere posizionate sia sul pacchetto BGA che sul PCB. Se hai intenzione di sviluppare moduli multi-chip, puoi utilizzare le sfere di saldatura per unire diversi pacchetti. La Figura 2 illustra l’impronta di BGA IC su un circuito stampato.

PCB BGA
PCB BGA

1.2Vantaggi del PCB BGA

Con PCB BGA, otterrai i seguenti vantaggi:

1.   Il pacchetto BGA elimina il problema dello sviluppo di piccoli pacchetti per circuiti integrati con molti pin. Tradizionalmente, i pacchetti a montaggio superficiale dual-in-line e pin grid array avevano pochissimo spazio tra i pin. Hanno fornito un enorme svantaggio per il processo di saldatura con più pin. Tuttavia, non dovrai preoccuparti di saldare accidentalmente due pin con i pacchetti BGA.

2.   Ancora una volta, rispetto ai pacchetti con gambe, il pacchetto BGA ha una resistenza termica inferiore quando viene posizionato sul PCB. Ciò consente al calore prodotto dal circuito integrato nella confezione di condurre facilmente attraverso il PCB. Riesci a indovinare come sia una buona cosa? Naturalmente, salverà il tuo chip dal surriscaldamento.

3.   Sai quale proprietà causa la distorsione dei segnali indesiderati nei circuiti elettronici ad alta velocità? L’induttanza indesiderata in un conduttore elettrico è responsabile di questo fenomeno. Tuttavia, i BGA hanno pochissima distanza tra il PCB e il pacchetto, il che a sua volta porta a una minore induttanza del piombo. Pertanto, otterrai prestazioni elettriche di prima classe con dispositivi bloccati.   

4.   Con i BGA, è possibile utilizzare efficacemente lo spazio del circuito stampato. Sarai in grado di effettuare connessioni proprio sotto il dispositivo a montaggio superficiale (SMD). Le connessioni non sono più limitate alla sola periferia del pacchetto SMD.

5.   Un altro vantaggio che verrà fornito con BGA è lo spessore ridotto del pacchetto. Ottimo. È possibile fabbricare facilmente i PCB in piccoli dispositivi elettronici, come gli smartphone.

6.   Ultimo ma non meno importante, otterrai una maggiore rielaborabilità grazie alle dimensioni del pad più grandi.

Nozioni di base sulla saldatura BGA

2.1 Temperatura di saldatura PCB BGA

È molto importante scegliere con cura la temperatura di saldatura e la composizione della lega di saldatura. Sarebbe utile se ti assicurassi che la saldatura del tuo pacchetto PCB BGA non si sciolga completamente. Deve rimanere mezzo liquido, permettendo a ogni palla di giacere separatamente dalle altre palle.

2.2 Kit di saldatura BGA e saldatrice

Fortunatamente, i kit di saldatura BGA o le saldatrici sono ampiamente disponibili sul mercato. Puoi anche acquistarli online. Di solito, le saldatrici sono dotate delle seguenti caratteristiche principali:

Rielaborare BGA e altri SMD.

Saldare, scollegare, montare e rimuovere manualmente il pacchetto BGA.

Integrato con piastra riscaldante a infrarossi e riscaldatori ad aria calda.

Facile da usare. Avrà un’interfaccia touchscreen. 

Utilizzato per controllare con precisione la temperatura

 e protezione di emergenza.

La Figura 3 illustra una stazione di saldatura o rilavorazione BGA.

saldatura automatizzata

Nel prossimo capitolo, wne spiegherà in dettaglio il processo di saldatura BGA.

Processo di saldatura BGA

Inizialmente, uno dei maggiori problemi di BGA era se sarebbe stato in grado di offrire una procedura di saldatura affidabile. Non è necessario confondersi con il termine saldatura; è solo un’altra parola per saldatura. Inoltre, poiché BGA ha cuscinetti piuttosto che perni sulla superficie inferiore del dispositivo, è fondamentale assicurarsi che venga adottata la corretta procedura di saldatura.   

Fortunatamente, i metodi di saldatura BGA hanno dimostrato di essere più affidabili dei tradizionali pacchetti quad flat. Tutto ciò che devi assicurarti è che il metodo sia impostato correttamente. Questo, a sua volta, significa che anche l’assemblaggio BGA sarà più affidabile. Pertanto, i BGA sono stati ampiamente utilizzati sia nell’assemblaggio di prototipi di PCB che nell’assemblaggio di PCB di produzione di massa.

3.1 Dimensione della sfera di saldatura BGA e altezza di collasso

Scegli con cura la dimensione delle sfere di saldatura durante l’esecuzione della saldatura BGA. Dovrai mettere una quantità di saldatura misurata con molta attenzione. Inoltre, la saldatura si scioglierà quando le sfere di saldatura vengono riscaldate. Una volta fusa, la tensione superficiale consentirà alla saldatura fusa di allineare correttamente il pacchetto con il PCB. La saldatura si raffredderà e si solidificherà. Pertanto, il tuo PCB BGA sarà tutto pronto. La Figura 4 mostra le mani di un esperto che tenta di riparare le sfere di saldatura di BGA.

pulire

3.2 Assemblaggio PCB BGA

All’inizio, l’assemblaggio PCB BGA era una delle principali paure. Gli ingegneri non erano sicuri che l’assemblaggio PCB BGA sarebbe stato in grado di raggiungere il livello di affidabilità dei metodi SMT tradizionali. Tuttavia, i BGA si sono dimostrati più affidabili.  Pertanto, i BGA sono stati ampiamente utilizzati in entrambi i prototipi di distinta base (BOM) di un PCB montati su una scheda. Assemblaggio PCB e assemblaggio PCB produzione di massa.

Sarà necessario utilizzare i metodi di rifusione per saldare un pacchetto BGA. Forse ti starai chiedendo perché. La ragione principale alla base di ciò è che è necessario assicurarsi che la saldatura si sciolga sotto i moduli BGA stessi. A tale scopo, l’intero assemblaggio richiede di raggiungere la temperatura di fusione. Infine, solo i metodi di rifusione possono raggiungere questo scopo.

Ora, molti dispositivi utilizzano i pacchetti BGA come pacchetti BGA PCB standard. Pertanto, le tecniche di assemblaggio dei pacchetti PCB BGA sono ora più affidabili. I produttori possono gestirli abbastanza comodamente. Allo stesso modo, i dispositivi BGA non dovrebbero portare a timori quando vengono utilizzati in un progetto.

Pacchetto BGA

4.1 Cos’è un pacchetto BGA?

Come abbiamo già descritto nel primo capitolo, il pacchetto BGA non utilizza i lati di IC per le connessioni. Utilizza la superficie inferiore del circuito integrato e quindi fornisce più spazio per le connessioni. Inoltre, BGA utilizza cuscinetti di rame per le connessioni piuttosto che i pin.

I pad di rame hanno sfere di saldatura che hanno un set completo di pad di rame su un PCB. Pertanto, possono essere facilmente montati sul PCB. È interessante notare qui che i pad sono disposti in uno schema a griglia sotto l’IC. Pertanto, è questa disposizione specifica che dà il nome a Ball Grid Array.

4.2 Dimensioni della confezione BGA

Generalmente, i pacchetti PCB BGA hanno una dimensione del passo minima di 0,3 mm. Inoltre, la lunghezza tra due pacchetti BGA è solitamente di circa 0,2 mm. Inoltre, la distanza minima dalla linea del circuito è di circa 0,2 mm. Queste sono le dimensioni generali; se stai cercando dimensioni diverse, puoi contattare i produttori. La Figura 5 mostra un piccolo pacchetto BGA su un dito. Puoi indovinare le sue dimensioni.

PCB BGA

4.3 Tipi di pacchetti BGA

Esistono sei diversi tipi di pacchetto BGA. Wne esaminerà ciascuno di essi in questa sezione.

    1.  Moulded Array Process Ball Grid Array (MAPBGA): È un pacchetto BGA che fornisce bassa induttanza e semplice montaggio superficiale. È possibile utilizzarlo per dispositivi a basse prestazioni a prestazioni medie. È altamente affidabile, economico e ha un ingombro ridotto. 

    2.   Plastic Ball Grid Array (PBGA): Ancora una volta, questo pacchetto BGA offre bassa induttanza, semplice montaggio superficiale, alta affidabilità ed è economico. Inoltre, il suo substrato ha più strati di rame che consentono la gestione di più livelli di dissipazione del calore. È possibile utilizzarlo per dispositivi da prestazioni medie a alte prestazioni.

    3.   TePBGA (Thermally Enhanced Plastic Ball Grid Array): Proprio come il suo nome, questo pacchetto BGA può gestire grandi livelli di dissipazione del calore. Il suo substrato ha piani di rame solidi.

    4.   Tape Ball Grid Array (TBGA): È possibile utilizzare questo pacchetto BGA come soluzione per applicazioni di fascia medio-alta. Non sarà necessario utilizzare alcun dissipatore di calore esterno in quanto fornirà prestazioni termiche eccezionali.

    5.   Pacchetto su confezione (PoP): Vuoi risparmiare spazio sul tuo PCB? In tal caso, è necessario utilizzare questo pacchetto BGA. Ti permetterà di mettere un dispositivo di memoria su un dispositivo di base.

Micro BGA: Questo pacchetto BGA è piuttosto piccolo rispetto ai pacchetti BGA standard. Attualmente, vedrai le dimensioni del passo di 0,65, 0,75 e 0,8 mm dominare nel settore.

Progettazione pcb BGA

Potresti incontrare alcune sfide durante la progettazione di BGA PCB. In questo capitolo, wne descriverà le due strategie che sicuramente ti aiuteranno.

5.1 Definire le vie di uscita appropriate

È possibile che si verifichino problemi nella creazione di percorsi di uscita appropriati che non causano errori di assemblaggio o problemi simili. Per un piano di routing fan-out corretto, è necessario esaminare molte specifiche del PCB, come il numero di pin I/O, il pad e le dimensioni del via, la spaziatura della larghezza di traccia e quanti strati sono necessari per ventilare il BGA. Nella Figura 6 vengono illustrati i percorsi di uscita in un BGA.

PCB BGA

5.2 Determinazione dei livelli necessari

Come designer, non sarà facile per te decidere il numero di strati di un layout PCB. PCB con più numero di strati sarà costoso. D’altra parte, potrebbe essere necessario aumentare il numero di strati per ridurre il livello di rumore.

Prima di tutto, è necessario determinare la dimensione della via, lo spazio e la larghezza di traccia del progetto PCB. Quindi, è anche necessario determinare la quantità di tracce a canale singolo. Successivamente, è necessario decidere il numero di livelli necessari. Per un minor numero di livelli, il punto chiave è ridurre l’applicazione dei pin I/O.

Alla fine, wne sarebbe d’accordo sul fatto che non è facile progettare un BGA. Dovrai seguire alcune regole di progettazione. Come principiante, potresti trovare difficile progettare, ma Altium Designer ti renderà sicuramente facile.

Riparazione di Ball Grid Array

È possibile sostituire BGA con uno nuovo. È possibile riparare o rinnovare il BGA dopo averlo rimosso. Sarà utile se il tuo chip è costoso. Il processo di riparazione BGA è anche chiamato ribellione BGA. In questo processo, le sfere di saldatura vengono sostituite. Nel mercato, è possibile acquistare le piccole palle di saldatura già pronte. Sono appositamente progettati per questo scopo. 

6.1 Ispezione BGA

I dispositivi BGA hanno un grosso problema che non è possibile visualizzare i giunti saldati con metodi ottici. Non è possibile controllare le connessioni testandone solo le prestazioni elettriche. Esiste la possibilità che la connessione sia saldata in modo inadeguato e con il tempo si deteriori. Pertanto, esiste un solo metodo affidabile di ispezione, i.ne. Ispezione a raggi-X.

L’ispezione a raggi-X vedrà attraverso le connessioni saldate sotto il dispositivo. Tuttavia, il lavoro ha dimostrato che i pacchetti BGA si saldano senza alcun problema se una saldatrice è configurata correttamente. Sarebbe utile se il tuo profilo di calore fosse impostato correttamente. La Figura 7 mostra un chip BGA saldato.

Saldatura SMD

6.2 Rilavorazione BGA

Ormai, puoi prevedere che anche la rielaborazione dei BGA PCB non è un compito facile. Tuttavia, con l’attrezzatura giusta, puoi farlo perfettamente. Nella procedura di rilavorazione BGA PCB, viene utilizzata una stazione di rilavorazione specifica per fornire il calore necessario per la rimozione di BGA. Ciò include una termocoppia per controllare la temperatura, un attrezzo con un riscaldatore a infrarossi e un dispositivo di aspirazione per il sollevamento di pacchi.

Devi procedere con grande cura e assicurarti di riscaldare e rimuovere solo BGA. Inoltre, i dispositivi vicini dovrebbero essere influenzati il meno possibile. Altrimenti, si bruceranno. Nella Figura 8 viene visualizzata una stazione di rilavorazione BGA.

Assemblaggio SMD

Conclusione

In questo articolo, wne hanno spiegato in dettaglio sui BGA PCB. Come possono essere la tecnologia di montaggio superficiale perfetta per i tuoi circuiti integrati. Quali problemi potresti incontrare e come affrontarli. Non è necessario visitare nessun altro sito Web per alcun dettaglio.

Tuttavia, se hai ancora confusione, contattaci all’indirizzo [email protected]. Il nostro team di ingegneri sarà più che felice di rispondere alle vostre domande.

Hommer Zhao
Ciao, sono Hommer, il fondatore di WellPCB. Finora abbiamo più di 4.000 clienti in tutto il mondo. Per qualsiasi domanda puoi sentirti libero di contattarmi. Grazie in anticipo.

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