PCB BGA : le guide ultime de l'emballage et de la conception le plus indispensable

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.

Qu'est-ce que le BGA dans le PCB

BGA est également connu sous le nom de Ball Grid Array, qui est un type de technologie de montage en surface (SMT) utilisé pour conditionner les circuits intégrés. Les packages BGA sont utilisés pour monter en permanence des périphériques tels que des microprocesseurs. Un BGA peut fournir plus de broches d'interconnexion que ce qui peut être mis sur un boîtier double en ligne ou plat.

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.

Types de BGA dans les PCB

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 : Les micro BGA sont petits, ce qui les rend idéaux pour les petits produits de haute technologie. De plus, ses broches sont peu nombreuses et c'est le composant principal des périphériques de stockage élevés. Ici, trois pas prévalent : 0.8, 0.65 et 0.75 mm.

• BGA en plastique (PBGA): Les PBGA sont des dispositifs utiles de performances moyennes à élevées, qui nécessitent une facilité de montage en surface, une faible inductance et un faible coût. Cependant, il conserve toujours des niveaux de fiabilité élevés. Ce boîtier PBGA comporte des couches de cuivre supplémentaires qui sont utiles pour améliorer la capacité de dissipation de puissance.

• Bande BGA (TBGA): Le package TBGA est utilisé dans les solutions milieu et haut de gamme pour les applications nécessitant des performances thermiques élevées sans dissipateur thermique externe. Le seul inconvénient de TBGA est que cela coûte toujours plus cher que PBGA.

• BGA en plastique thermiquement amélioré (TEPBGA): Le boîtier MAPBGA est utilisé dans les appareils de faible à moyenne performance qui nécessitent un boîtier à faible inductance, facile à monter en surface. Il offre une option à faible coût avec un faible encombrement et un haut niveau de fiabilité.

• Processus de matrice moulé BGA (MAPBGA) : Le boîtier MAPBGA utilise des matériaux de qualité semi-conducteur, ce qui le rend robuste pour les processus à long terme et les contraintes de conception flexibles. Il s'agit principalement d'une capacité SMT améliorée, de processus thermiques améliorés et de dispositifs à faible inductance.

• Colis sur Colis (PoP): Le package POP ball grid array est utile dans les applications où l'espace est une véritable prime. Cela permet d'empiler un paquet de mémoire sur le dessus de votre appareil de base.

Les avantages du circuit imprimé BGA

• Utilisation efficace de l'espace PCB dans le package BGA : En utilisant le package BGA, nous pourrions utiliser moins de composants PCB et une empreinte plus petite dans les PCB, et un tel package peut également être utilisé dans des PCB personnalisés, ce qui pourrait rendre l'espace PCB plus efficace.

• Excellentes performances à haute vitesse : Dans BGA, les billes de soudure sont placées à proximité les unes des autres, ce qui permet une liaison étroite entre les composants, renforce les interconnexions et réduit les distorsions du signal lors des travaux à grande vitesse. Cela signifie que le système offre des performances électriques supérieures à des vitesses élevées.

• Moins de dommages aux composants : Contrairement au PGA, les billes de soudure du BGA sont fondues par le processus de chauffage, ce qui leur permet d'adhérer au circuit imprimé. Cela aide à réduire les risques d'endommagement des composants.

• Réduction du coût d'assemblage des circuits imprimés : Utilisation efficace de l'espace PCB, fonctionnalités améliorées, vitesse de fabrication rapide et moins de risques de dommages, tout cela contribuerait certainement à réduire le Assemblage de PCB Coût lorsque nous utilisons le package BGA.

• Fabrication fiable : Les broches utilisées dans les boîtiers PGA sont fines et fragiles. Ainsi, ces broches sont facilement endommagées ou pliées. Cependant, cela ne se produit pas avec les packages BGA. Dans BGA, les pastilles de soudure sont connectées à des billes de soudure qui rendent le système plus fiable.

Les inconvénients de l'utilisation de Ball Grid Arrays

• Excessivement cher : Un BGA n'est rien d'autre qu'un petit morceau de matériau sur lequel le fabricant place une puce de circuit intégré. Comme les BGA sont de petite taille, il est difficile d'inspecter les joints de soudure par observation visuelle. Cependant, ce problème peut être résolu à l'aide de microscopes spéciaux et d'appareils à rayons X.

• Difficile à inspecter : Dans BGA, les billes de soudure sont placées à proximité les unes des autres, ce qui permet une liaison étroite entre les composants, renforce les interconnexions et réduit les distorsions du signal lors des travaux à grande vitesse. Cela signifie que le système offre des performances électriques supérieures à des vitesses élevées.

• Sujet au stress : En raison de la contrainte de flexion des circuits imprimés, les BGA sont sujets à des contraintes qui entraînent des problèmes de fiabilité.

Conseils de disposition des circuits imprimés BGA

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.

Comment fonctionne l'assemblage BGA

• Reballage BGA : Ce processus consiste à remplacer toutes les anciennes boules soudées d'un assemblage de réseau de grille par de nouvelles boules. Les ingénieurs utilisent ce processus sur les cartes mères de PC, les consoles de jeu ou les ordinateurs portables qui ont des problèmes avec leurs cartes VGA.

• Soudure BGA : Les fabricants s'engagent dans le soudage BGA en appliquant le processus de refusion à l'aide d'un four de refusion. Les billes de soudure BGA fondent dans le four de refusion pendant le processus de soudure BGA.

• Reprise BGA : Le processus de reprise BGA implique qu'un composant électronique soit chauffé dans une station de reprise BGA dédiée. Et il dispose d'un dispositif à vide qui dynamise l'emballage. Il dispose également d'un brûleur infrarouge et d'un thermocouple qui contrôle la température.

Comment tester la carte d'assemblage BGA

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.

Comment nettoyer le paquet BGA

• 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.

Conclusion

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 avez besoin de plus d'informations sur la fabrication de circuits imprimés bga, n'hésitez pas à CONTACTEZ-NOUS, Nous serons heureux de pouvoir vous aider.