Le Ball Grid Array (BGA) est un boîtier de montage en surface commun dérivé de la technologie Pin Grid Array (PGA). Il utilise une grille de billes ou de fils de soudure pour conduire les signaux électriques de la carte de circuit intégré. Les boîtiers BGA sont populaires dans les conceptions de circuits imprimés modernes car ils offrent plusieurs avantages par rapport aux autres types de boîtiers IC.
Le BGA, également appelé Ball Grid Array, est une technologie de montage en surface (CMS) utilisée pour le conditionnement des circuits intégrés. Les boîtiers BGA permettent le montage permanent de composants tels que les microprocesseurs. Un boîtier BGA offre un nombre de broches d'interconnexion supérieur à celui des boîtiers DIP ou FBP.
Au lieu de broches comme le PGA, le BGA utilise des billes de soudure qui sont placées sur la carte de circuit imprimé (PCB). En utilisant des fils imprimés conducteurs, le PCB supporte et connecte les composants électroniques.
Il existe différentes exigences pour différents équipements et types d'assemblage. C'est pourquoi il existe de nombreuses variantes différentes et utiles du réseau de grilles à billes, qui sont produites afin de répondre aux exigences nécessaires. Il existe plusieurs types de boîtiers BGA couramment utilisés dans la conception de circuits imprimés :
Micro BGA : De petite taille, les micro BGA sont idéaux pour les petits produits de haute technologie. Leur nombre de broches est réduit, ce qui en fait un composant essentiel des dispositifs de stockage de grande capacité. Trois pas sont couramment utilisés : 0.8 mm, 0.65 mm et 0.75 mm.
Boîtier PBGA (Plastic BGA) : Le PBGA est un composant performant de moyenne à haute intensité, facile à monter en surface, à faible inductance et économique. Il conserve néanmoins une grande fiabilité. Ce boîtier PBGA comporte des couches de cuivre supplémentaires qui améliorent la dissipation de puissance.
Boîtier TBGA (Tape BGA) : Ce type de boîtier est utilisé dans les solutions de milieu et haut de gamme pour les applications exigeant des performances thermiques élevées sans dissipateur externe. Son seul inconvénient est son coût, toujours supérieur à celui du boîtier PBGA.
Boîtier BGA plastique à amélioration thermique (TEPBGA) : Le boîtier MAPBGA est utilisé dans les dispositifs de performances faibles à moyennes nécessitant un boîtier à faible inductance et facile à monter en surface. Il offre une solution économique, compacte et très fiable.
Boîtier MAPBGA (Molded Array Process BGA) : Ce boîtier utilise des matériaux de qualité semi-conducteurs, ce qui lui confère une grande robustesse pour les processus de longue durée et une conception flexible. Il est principalement destiné aux composants à faible inductance et à une capacité SMT accrue, à des processus thermiques améliorés.
Boîtier sur boîtier (PoP) : Le boîtier POP (Ball Grid Array) est utile dans les applications où l’espace est une ressource précieuse. Il permet d’empiler un module mémoire sur le composant de base.
Utilisation efficace de l'espace sur le circuit imprimé grâce au boîtier BGA : L'utilisation du boîtier BGA permet de réduire le nombre de composants utilisés sur le circuit imprimé et l'encombrement. Ce type de boîtier peut également être utilisé dans des circuits imprimés personnalisés, ce qui permet d'optimiser l'espace disponible.
Excellentes performances à haute vitesse : dans les boîtiers BGA, les billes de soudure sont placées très près les unes des autres, ce qui assure une liaison étroite entre les composants, renforce les interconnexions et réduit les distorsions du signal lors d’un fonctionnement à haute vitesse. Le système offre ainsi des performances électriques supérieures à haute vitesse.
Moins de dommages aux composants : contrairement aux PGA, les billes de soudure des BGA sont fondues par le processus de chauffage, ce qui leur permet d’adhérer à la carte de circuit imprimé. Cela contribue à réduire les risques d’endommagement des composants.
Réduction des coûts d'assemblage des PCB : une utilisation efficace de l'espace sur le PCB, des fonctionnalités améliorées, une vitesse de fabrication rapide et un risque de dommages réduit, tous ces éléments contribuent à réduire les coûts d'assemblage des PCB lors de l'utilisation d'un boîtier BGA.
Construction fiable : Les broches utilisées dans les boîtiers PGA sont fines et fragiles. Elles s’abîment ou se tordent facilement. Ce problème ne se pose pas avec les boîtiers BGA. Dans ces derniers, les pastilles de soudure sont reliées à des billes de soudure, ce qui confère au système une plus grande fiabilité.
Extrêmement coûteux : un BGA est un petit support sur lequel le fabricant place une puce de circuit intégré. Du fait de leur taille minuscule, l’inspection visuelle des joints de soudure est difficile. Cependant, ce problème peut être résolu grâce à des microscopes spéciaux et des appareils à rayons X.
Inspection difficile : Dans les BGA, les billes de soudure sont placées très près les unes des autres, ce qui permet une liaison étroite entre les composants, renforce les interconnexions et réduit les distorsions du signal lors d’un fonctionnement à haute vitesse. Le système offre ainsi des performances électriques supérieures à haute vitesse.
Sensibilité aux contraintes : En raison des contraintes de flexion exercées par les cartes de circuits imprimés, les BGA sont sensibles aux contraintes qui entraînent des problèmes de fiabilité.
Plus les pièces BGA avec lesquelles vous travaillez sont complexes, plus vous devrez planifier à l'avance afin d'acheminer avec succès chaque broche vers son réseau associé. Les BGA à grand nombre de broches avec leurs broches sur un pas de 0.5 mm nécessiteront une planification minutieuse pour concevoir des modèles de routage d'évacuation pour tous leurs réseaux. Cela prendra beaucoup de prévoyance dans le placement des composants bien avant de vous lancer dans le routage de vos traces.
Comme toujours, commencez par la planification de votre placement avec les composants fixes tels que les connecteurs, les commutateurs et les autres périphériques IO. Vous voudrez également garder à l'esprit les considérations thermiques de la carte pour vous assurer que vos BGA fonctionnant à chaud auront le flux d'air dont ils ont besoin pour rester au frais. Les puces de processeur et de mémoire doivent être suffisamment proches de leurs connecteurs hors carte pour ne pas avoir à exécuter de longues longueurs de trace sur toute la carte. Dans le même temps, vous devez prévoir suffisamment d'espace pour que toutes les parties du chemin du signal s'adaptent parfaitement sans que leurs traces n'aient à trop s'éloigner pour les atteindre.
Lorsque vous commencez votre placement, n'oubliez pas de laisser suffisamment de place à vos pièces BGA pour tout leur routage autour d'elles. Ces pièces doivent être associées à de nombreux condensateurs de dérivation et doivent être placées directement à côté des broches auxquelles elles sont connectées. Ensuite, les composants qui font partie des trajets du signal doivent être placés séquentiellement entre la source et la charge des signaux. Cela peut nécessiter de modifier de grandes parties de votre placement afin d'adapter ces parties, alors soyez prêt pour un travail interactif pour finaliser le placement.
Reballage BGA : ce procédé consiste à remplacer toutes les billes de soudure usagées d'un assemblage BGA par des billes neuves. Les ingénieurs utilisent ce procédé sur les cartes mères de PC, les consoles de jeux ou les ordinateurs portables présentant des problèmes de carte graphique.
Soudage BGA : Les fabricants réalisent le soudage BGA en appliquant le procédé de refusion de la soudure à l’aide d’un four de refusion. Les billes de soudure BGA fondent dans le four lors du processus de soudage.
Retouche BGA : Le processus de retouche BGA consiste à chauffer un composant électronique dans une station de retouche BGA dédiée. Celle-ci est équipée d'un dispositif de mise sous vide qui optimise le fonctionnement du boîtier. Elle comprend également un brûleur infrarouge et un thermocouple qui contrôle la température.
La méthode d'inspection la plus avancée pour les BGA est l'inspection par rayons X. Les rayons X fonctionnent en émettant de l'énergie de rayons X à partir d'un tube à rayons X sur la carte. Les rayons X traversent la carte à des quantités différentes, avec plus de rayons X piégés dans des zones denses telles que les joints de soudure.
Le test électrique des BGA est un autre processus d'inspection qui teste les propriétés électriques de la carte. Ceci est différent des tests mécaniques, qui sont un processus destructif qui soumet le BGA à des tests de choc et de cisaillement pour évaluer la qualité des joints de soudure sous contrainte.
L'inspection optique, également appelée inspection visuelle, est l'utilisation de la technologie optique pour visualiser un BGA et ses connexions. Cette technique utilisait historiquement l'œil nu ou des microscopes, qui donnaient des résultats limités. Cependant, l'introduction de l'endoscope s'est avérée particulièrement intéressante pour cette technique d'inspection.
Placez le boîtier BGA sur un tampon conducteur et utilisez une pâte à souder sur la surface de celui-ci.
En utilisant le fil à souder et le fer à souder, nous devons retirer soigneusement la boule du BGA. Utilisez le fer à souder pour chauffer le fil absorbant et faire fondre la boule d'étain avant de passer la ligne de lavage sur la surface du BGA.
Nettoyez immédiatement la surface du BGA avec de l'alcool industriel. Utilisez le mouvement de friction pour retirer l'aide à la soudure sur la surface du BGA.
En utilisant le microscope pour examiner les tampons propres, les tampons endommagés et les boules d'étain non retirées.
Utilisez de l'eau déminéralisée et une brosse pour frotter soigneusement la surface du BGA.
Laissez le BGA sécher à l'air et revérifiez la surface du BGA.
Les boîtiers BGA seront de plus en plus populaires sur les marchés des produits électriques et électroniques à l'avenir. Les PCB BGA sont utilisés dans une variété d'appareils électroniques, y compris les ordinateurs, les téléphones portables et les consoles de jeu, en raison de leur nombre élevé de broches et de leur profil bas. Le nombre élevé de broches permet d'établir plus de connexions entre l'appareil et le PCB, tandis que le profil bas permet une conception plus compacte.
Si vous avez des questions ou souhaitez obtenir plus d'informations sur la fabrication de circuits imprimés BGA, n'hésitez pas à nous contacter , nous serons ravis de vous aider.
