Hvað er Ball Grid Array (BGA)?Ávinningur, gerðir, samsetningarferli
2024-09-09 2656

Pakkar Ball Grid Array (BGA) hafa orðið mjög vinsælir í rafeindatækni, sérstaklega fyrir yfirborðsfestar samþættar hringrásir (SMD IC) sem þurfa margar tengingar í litlu rými.Ólíkt eldri hönnun, sem setur tengingar umhverfis brúnir flísarinnar, notar BGA neðri hluta flísarinnar fyrir tengingar.Þetta gerir það auðveldara að hanna prentaðar hringrásarborð (PCB) með því að draga úr ringulreið og leyfa meira samsett skipulag.Þessi grein kannar hvers vegna BGA pakkar eru ákjósanlegir, ávinningurinn sem þeir bjóða, V ariat jónir af BGA hönnun og þær áskoranir sem blasa við við samsetningu og endurgerð.Hvort sem það er í neytenda rafeindatækni eða iðnaðarforritum, bætir BGA tækni hönnun og framleiðslu hringrásar.

Vörulisti

Mynd 1: Ball Grid Array (BGA)

Hvers vegna pakkar í boltanum (BGA) eru ákjósanlegir?

Kúlunet (BGA) er tegund af yfirborðsfestingarumbúðum sem notaðar eru fyrir samþættar hringrásir (ICS).Það er með lóðmálmum á neðri hluta flísarinnar í stað hefðbundinna pinna sem gerir það tilvalið fyrir tæki sem þurfa mikla tengingu í litlu rými.Pakkar Ball Grid Array (BGA) tákna mikla framför miðað við eldri Quad Flat Pack (QFP) hönnun í rafeindatækni.QFP, með þunna og þéttan dreifða pinna, eru viðkvæmir fyrir beygju eða brotum.Það gerir viðgerðir krefjandi og dýrt, sérstaklega fyrir hringrás með mörgum prjónum.

Nálega pakkar pinnar á QFP eru einnig vandamál við hönnun prentaðra hringrásar (PCB).Þröngt bil getur valdið þrengslum á brautum, sem gerir það erfiðara að beina tengingum á skilvirkan hátt.Þessi þrengsla getur skaðað bæði skipulag og afköst hringrásarinnar.Ennfremur eykur nákvæmni sem þarf til að lóða QFP pinna hættuna á að skapa óæskilegar brýr milli pinna, sem hugsanlega valda hringrásinni.

BGA pakkar leysa mörg þessara mála.Í stað brothættra prjóna nota BGA lóðmálmur sem eru settir undir flísina sem dregur úr líkum á líkamlegu tjóni og gerir ráð fyrir rúmgóðari, minna þéttri PCB hönnun.Þetta skipulag gerir það auðveldara að framleiða, en jafnframt bæta áreiðanleika lóða liða.Fyrir vikið hafa BGA orðið iðnaðarstaðlarnir.Með því að nota sérhæfð verkfæri og tækni einfaldar BGA tækni ekki aðeins framleiðsluferlið heldur eykur einnig heildarhönnun og afköst rafrænna íhluta.

Ávinningur af Ball Grid Array (BGA) tækni

Ball Grid Array (BGA) tækni hefur umbreytt því hvernig samþættar hringrásir (ICS) eru pakkaðar.Það leiðir til endurbóta bæði virkni og skilvirkni.Þessar endurbætur hagræða ekki aðeins framleiðsluferlinu heldur einnig gagnast afköst tækjanna með þessum hringrásum.

Mynd 2: Ball Grid Array (BGA)

Einn af kostum BGA umbúða er skilvirk notkun þess á plássi á prentuðum hringrásum (PCB).Hefðbundnir pakkar setja tengingar umhverfis brúnir flísarinnar og taka meira pláss.BGA pakkar staðsetja þó lóðmálmurnar undir flísinni, sem frelsar dýrmætt pláss á töflunni.

BGA býður einnig upp á yfirburða hitauppstreymi og rafmagnsafköst.Hönnunin gerir ráð fyrir orku- og jarðplugvélum, dregur úr hvatningu og tryggir rafmerki hreinna.Þetta leiðir til bættrar heiðarleika merkja, sem er mikilvægt í háhraða forritum.Auk þess auðveldar skipulag BGA pakka betri hitaleiðni og kemur í veg fyrir ofhitnun í rafeindatækni sem framleiðir mikinn hita við notkun, svo sem örgjörva og skjákort.

Samsetningarferlið fyrir BGA pakka er einnig einfaldara.Í stað þess að þurfa að lóða pínulitla pinna meðfram brún flísarinnar, veita lóðmálmurnar undir BGA pakka öflugri og áreiðanlegri tengingu.Þetta hefur í för með sér færri galla meðan á framleiðslu stendur og stuðlar að meiri framleiðslugetu, sérstaklega í fjöldaframleiðsluumhverfi.

Annar ávinningur af BGA tækni er geta þess til að styðja við grannari tæki.BGA pakkar eru þynnri en eldri flísarhönnun sem gerir framleiðendum kleift að búa til sléttari, samningur tæki án þess að fórna afköstum.Þetta er sérstaklega mikilvægt fyrir flytjanlega rafeindatækni eins og snjallsíma og fartölvur, þar sem stærð og þyngd eru mikilvægir þættir.

Til viðbótar við þéttleika þeirra gera BGA pakkar viðhald og viðgerðir auðveldari.Stærri lóðmálmur undir flísinni einfalda ferlið við að vinna að því eða uppfæra borðið, sem getur lengt líftíma tækisins.Þetta er gagnlegt fyrir hátæknibúnað sem krefst langtíma áreiðanleika.

Á heildina litið hefur samsetning rýmissparnaðarhönnunar, aukin afköst, einfölduð framleiðslu og auðveldari viðgerðir gert BGA tækni að ákjósanlegu vali fyrir nútíma rafeindatækni.Hvort sem það er í neytendatækjum eða iðnaðarforritum, býður BGA upp á áreiðanlegar og skilvirkar lausnir fyrir flóknar rafrænar kröfur í dag.

Skilningur á Ball Grid Array (BGA) pakkanum

Ólíkt eldri Quad Flat Pack (QFP) aðferðinni sem tengir prjóna meðfram brúnum flísarinnar notar BGA neðri hluta flísarinnar fyrir tengingar.Þetta skipulag losnar við pláss og gerir kleift að nota meira skilvirkari notkun borðsins og forðast þvingunina sem tengist stærð pinna og bil.

Í BGA pakka er tengingum raðað í rist undir flísinni.Í stað hefðbundinna pinna eru litlar lóðmálar notaðar til að mynda tengingarnar.Þessar lóðmálmur passa saman við samsvarandi koparpúða á prentuðu hringrásinni (PCB) og búa til stöðugar og áreiðanlegar snertipunktar þegar flísinn er festur.Þessi uppbygging bætir ekki aðeins endingu tenginga heldur einfaldar samsetningarferlið þar sem að samræma og lóða íhlutina er einfaldari.

Einn af kostum BGA pakka er geta þeirra til að stjórna hita á skilvirkari hátt.Með því að draga úr hitauppstreymi milli kísilflísarinnar og PCB hjálpar BGA að dreifa hita á skilvirkari hátt.Þetta er sérstaklega mikilvægt í afkastamikilli rafeindatækni, þar sem stjórnun hita er mikilvægt til að viðhalda stöðugum rekstri og lengja líftíma íhlutanna.

Annar ávinningur er styttri leiðir milli flísar og stjórnar, þökk sé skipulagi á neðri hluta flísafyrirtækisins.Þetta lágmarkar blýleiðni, bætir heilleika merkja og heildarárangur.Þannig gerir það BGA pakka að valinn valkost fyrir nútíma rafeindatæki.

Mismunandi afbrigði af Ball Grid Array (BGA) pakka

Mynd 3: Ball Grid Array (BGA) pakki

Pökkunartækni Ball Grid Array (BGA) hefur þróast til að takast á við fjölbreyttar þarfir nútíma rafeindatækni, allt frá frammistöðu og kostnaði til stærð og hitastjórnun.Þessar fjölbreyttu kröfur hafa leitt til þess að nokkur BGA afbrigði voru gerð.

Mótað fylki Process Ball Grid Array (MAPBGA) er hannað fyrir tæki sem þurfa ekki mikinn afköst en þurfa samt áreiðanleika og þéttleika.Þetta afbrigði er hagkvæm, með litla hvatningu, sem gerir það auðvelt að yfirborðsfesting.Lítil stærð og ending þess gerir það að verklegu vali fyrir breitt svið lágt til miðjan frammistöðu rafeindatækni.

Fyrir meira krefjandi tæki býður plastkúlukerfið (PBGA) upp á aukna eiginleika.Eins og MAPBGA, þá veitir það litla hvatningu og auðvelda festingu, en með bætt koparlögum í undirlaginu til að takast á við hærri aflþörf.Þetta gerir PBGA að passa vel fyrir miðjan til afkastamikil tæki sem þurfa skilvirkari afldreifingu en viðhalda áreiðanlegri áreiðanleika.

Þegar stjórnun hita er áhyggjuefni er hitauppstreymi plastkúlukúlan (TEPBGA) framúrskarandi.Það notar þykkar kopar flugvélar innan undirlagsins til að draga hita á skilvirkan hátt frá flísinni og tryggja að hitauppstreymi íhlutir starfa við hámarksárangur.Þetta afbrigði er tilvalið fyrir forrit þar sem árangursrík hitastjórnun er forgangsverkefni.

Spólukúlukerfið (TBGA) er hannað fyrir afkastamikil forrit þar sem nauðsynleg er hitastjórnun en pláss er takmarkað.Varmaárangur þess er óvenjulegur án þess að þurfa utanaðkomandi hitakipp, sem gerir það tilvalið fyrir samsetningar samsetningar í hágæða tæki.

Í aðstæðum þar sem pláss er sérstaklega þvingað býður pakki á pakka (POP) tækni nýstárlegri lausn.Það gerir kleift að stafla mörgum íhlutum, svo sem að setja minniseining beint ofan á örgjörva, hámarka virkni innan mjög lítið fótspor.Þetta gerir Pop mjög gagnlegt í tækjum þar sem pláss er á hámarki, eins og snjallsímar eða spjaldtölvur.

Fyrir öfgafullt tæki er MicrobGa afbrigðið fáanlegt á vellinum allt að 0,65, 0,75 og 0,8mm.Örlítil stærð þess gerir það kleift að passa í þéttar rafeindatækni, sem gerir það að ákjósanlegum valkosti fyrir mjög samþætta tæki þar sem hvert millimetra telur.

Hvert þessara BGA afbrigða sýnir aðlögunarhæfni BGA tækni og veitir sérsniðnar lausnir til að mæta síbreytilegum kröfum rafeindatækniiðnaðarins.Hvort sem það er hagkvæmni, hitastjórnun eða hagræðing í geimnum, þá er BGA pakki sem hentar nánast hvaða forriti sem er.

Ferli Ball Grid Array (BGA)

Þegar pakkar Ball Grid Array (BGA) voru fyrst kynntir voru áhyggjur af því hvernig hægt væri að setja þá saman á áreiðanlegan hátt.Hefðbundnir pakka fyrir yfirborðsfestingartækni (SMT) voru með aðgengilega púða til að auðvelda lóðun, en BGAS kynntu aðra áskorun vegna þess að tengingar þeirra voru undir pakkanum.Þetta vakti efasemdir um hvort hægt væri að lóða BGA áreiðanlega við framleiðslu.Samt sem áður voru þessar áhyggjur fljótt settar til hvíldar þegar það kom í ljós að venjulegar endurflokkunaraðferðir voru mjög árangursríkar við að setja saman BGA, sem leiddi til stöðugt áreiðanlegra liða.

Mynd 4: Fylkisþing kúlulaga

BGA lóðunarferlið treystir á nákvæma hitastýringu.Við endurflæðingu lóðun er öll samsetningin hituð jafnt, þar með talin lóðmálmur undir BGA pakkanum.Þessar lóðmálmur eru fyrirfram húðaðar með nákvæmu magni af lóðmálmi sem þarf fyrir tenginguna.Þegar hitastigið hækkar bráðnar lóðmálið og myndar tenginguna.Yfirborðsspenna hjálpar BGA-pakkanum að vera í samhengi við samsvarandi púða á hringrásinni.Yfirborðsspenna virkar sem leiðarvísir og tryggir að lóðmálmurnar haldist á sínum stað á upphitunarstiginu.

Þegar lóðmálmur kólnar fer það í gegnum stuttan áfanga þar sem það er að hluta til bráðið.Þetta er mikilvægt til að leyfa hverri lóðmálmu að setjast í rétta stöðu án þess að sameinast nærliggjandi kúlum.Sértæku málmblöndunin sem notuð er fyrir lóðmálmur og stjórnað kælingarferli tryggja lóðmálminn myndast rétt og viðhalda aðskilnaði.Þetta stjórnunarstig hjálpar til við árangur BGA samsetningar.

Í gegnum árin hafa aðferðirnar sem notaðar voru til að setja saman BGA -pakka verið betrumbættar og stöðluð, sem gerir þær að órjúfanlegum hluta nútíma rafeindatækni.Í dag eru þessir samsetningarferlar felldir óaðfinnanlega í framleiðslulínur og fyrstu áhyggjur af áreiðanleika BGA hafa að mestu horfið.Fyrir vikið eru BGA pakkar nú taldir áreiðanlegur og árangursríkur kostur fyrir rafræna vöruhönnun, sem býður upp á endingu og nákvæmni fyrir flóknar rafrásir.

Áskoranir og lausnir

Eitt helsta áskorunin með Ball Grid Array (BGA) tæki er að lóðaðar tengingar eru falnar undir flísinni.Það gerir þeim ómögulegt að skoða sjónrænt með hefðbundnum sjónaðferðum.Þetta vakti upphaflega áhyggjur af áreiðanleika BGA þinganna.Sem svar hafa framleiðendur fínstillt lóða ferla sína og tryggt að hita sé beitt jafnt yfir samsetninguna.Þessa samræmdu hitadreifingu er þörf til að bræða allar lóðmálmur á réttan hátt og festa fastar tengingar á hverjum stað innan BGA ristarinnar.

Þó að rafmagnsprófun geti staðfest hvort tækið virki, þá er það ekki nóg til að tryggja langtíma áreiðanleika.Tenging kann að virðast rafhljóð við fyrstu prófanir, en ef lóðmálmur er veikur eða óviðeigandi myndaður gæti það mistekist með tímanum.Til að takast á við þetta hefur röntgengeislun orðið aðferð til að sannreyna heiðarleika BGA lóðmáls.Röntgengeislar veita ítarlega yfirlit yfir lóðaða tengingarnar undir flísinni, sem gerir tæknimönnum kleift að koma auga á hugsanleg mál.Með réttum hitastillingum og nákvæmum lóðunaraðferðum sýna BGA venjulega hágæða samskeyti og auka heildar áreiðanleika samsetningarinnar.

Endurgerða BGA-búnir stjórnir

Að vinna að hringrásarborði sem notar BGA getur verið viðkvæmt og flókið ferli og þarf oft sérhæfð tæki og tækni.Fyrsta skrefið í endurvinnslu felur í sér að fjarlægja gallaða BGA.Þetta er gert með því að beita staðbundnum hita beint á lóðmálmur undir flísinni.Sérhæfðar endurvinnustöðvar eru búnar innrauða hitara til að hita BGA vandlega, hitauppstreymi til að fylgjast með hitastiginu, og tómarúmstól til að lyfta flísinni þegar lóðmálmurinn hefur bráðnað.Það er mikilvægt að stjórna upphituninni þannig að aðeins BGA hefur áhrif og kemur í veg fyrir skemmdir á íhlutum í grenndinni.

Viðgerð og áreynslu BGAS

Eftir að BGA hefur verið fjarlægð er annað hvort hægt að skipta um það með nýjum íhlut eða í sumum tilvikum endurnýjuð.Algeng viðgerðaraðferð er áreynslu sem felur í sér að skipta um lóðmálmur á BGA sem er enn virk.Þetta er hagkvæm valkostur fyrir dýr flís, þar sem það gerir kleift að endurnýta íhlutinn frekar en fargaðan.Mörg fyrirtæki bjóða upp á sérhæfða þjónustu og búnað fyrir BGA áreynslu og hjálpa til við að lengja líf verðmæta íhluta.

Þrátt fyrir snemma áhyggjur af erfiðleikunum við að skoða BGA lóðmálmur hefur tæknin náð verulegum skrefum.Nýjungar í prentuðu hringrásarborðinu (PCB) hönnun, bættum lóðatækni eins og innrauða endurskoðun og samþætting áreiðanlegra röntgengeislunaraðferða hefur öll stuðlað að því að leysa fyrstu áskoranirnar sem tengjast BGA.Ennfremur hafa framfarir í endurgerðum og viðgerðaraðferðum tryggt að hægt sé að nota BGA áreiðanlega í fjölmörgum forritum.Þessar endurbætur juku gæði og áreiðanleika vara sem innihalda BGA tækni.

Niðurstaða

Samþykkt Ball Grid Array (BGA) pakka í nútíma rafeindatækni hefur verið knúin áfram af fjölmörgum ávinningi þeirra, þar með talið yfirburða hitastjórnun, minnkað flækjustig samsetningar og geimsparandi hönnun.Að vinna bug á fyrstu áskorunum eins og falnum lóðmálum og endurgerðarörðugleikum, BGA tækni hefur orðið ákjósanlegt val í fjölbreyttum forritum.Frá samningur farsíma til afkastamikils tölvukerfa, BGA pakkar bjóða upp á áreiðanlega og skilvirka lausn fyrir flókna rafeindatækni í dag.