PCB Tasarımı ve Montajı için BGA Paket Tipleri

A top ızgara dizisi (BGA) BGA (Batarya Grating), bileşenin kenarındaki bağlantı uçları yerine, bileşenin altındaki lehim topları ızgarası aracılığıyla karta bağlanan yüzeye monte bir pakettir. Bu düzenleme, iyi elektriksel ve termal performansla küçük bir alanda birçok bağlantıya olanak tanır; bu nedenle BGA'lar modern işlemcilerde, belleklerde ve karmaşık entegre devrelerde baskın konumdadır. Plastik, seramik, bant, ince aralıklı, çip ölçekli, flip-chip ve daha fazlası gibi çeşitli türleri vardır ve her birinin kendine özgü avantajları ve dezavantajları bulunur. Bu kılavuz, başlıca BGA türlerini, temel özelliklerini ve bunların montaj, inceleme ve kart tasarımı için ne anlama geldiğini açıklamaktadır.

BGA Paketi Nedir?

BGA (Battery Gate Assembly) devrelerinde bağlantılar, paketin alt kısmında lehim topları dizisi şeklinde yer alır. Devre kartı yeniden lehimlendiğinde, bu toplar erir ve eşleşen pedlere bağlanarak elektriksel ve mekanik bağlantıyı oluşturur.

Bu formatın var olma nedeni

Giriş/çıkış sayısı arttıkça, kablo uçları yalnızca çevre boyunca sığdığı için, kablo uçlu paketlerde yer kalmaz. Toplardan oluşan bir ızgara tüm alt yüzeyi kullanır, bu nedenle BGA, aynı alanda çok daha fazla bağlantı sunar; bu da elektriksel performansı artıran daha kısa yollar ve ısıyı uzaklaştırmak için geniş bir termal temas alanı sağlar. Dezavantajı ise bağlantı noktalarının gizli olmasıdır; bu da montaj ve inceleme süreçlerini tamamen etkiler.

BGA'ların kullanıldığı yerlerde

İşlemciler, bellek, FPGA'lar ve diğer yüksek giriş/çıkış kapasiteli cihazların neredeyse tamamı BGA'dır. Bunlarla güvenle çalışmak, modern teknolojinin bir parçasıdır. PCB MontajıÖzellikle yoğun, yüksek performanslı kartlarda.

BGA Paket Çeşitleri (PBGA, CBGA, FBGA, FCBGA)

“BGA” etiketi, esas olarak alt tabaka malzemesi ve yonganın nasıl takıldığı bakımından farklılık gösteren, birbiriyle ilişkili bir paket ailesini kapsar.

En büyük farklılıklar, alt tabaka (plastik, seramik veya bant), yonganın ters çevrilmiş çip montajına sahip olup olmaması (en yüksek performans için FCBGA) ve parçanın bilyelere sahip olup olmamasıdır; LGA'da lehimleme noktaları bulunur ve lehimini kartın macunundan alır. PoP, kart alanından tasarruf etmek için cihazları üst üste istifleyen bir paketleme stratejisidir. Doğru tip genellikle kullanmanız gereken yongaya bağlıdır, serbest bir seçim değildir.

BGA ve Kurşunlu Paketler (QFP ve QFN) Karşılaştırması

BGA'ların QFP ve QFN gibi kurşunlu paketlere göre nerede konumlandığını görmek faydalı olur.

BGA'lar giriş/çıkış yoğunluğu, elektriksel ve termal performans açısından üstünlük sağlar; bu nedenle yüksek pin sayısı ve yüksek hızlı cihazlar Bunları kullanın. Dezavantajları ise muayene (görsel yerine röntgen), yeniden işleme (demir yerine sıcak hava ve yeniden bilyeleme) ve genellikle daha karmaşık bir devre kartıdır. Daha düşük pin sayıları için kurşunlu paket daha basit olabilir; seçim genellikle parçaya göre yapılır. Her iki durumda da, bir devre kartının kapladığı alanı ve katmanları planlamak önemlidir. Tasarım yorumu Seçilen paketin üretilebilirliğini korur.

BGA Atış ve Top Sayısı

Topların merkezden merkeze mesafesi olan "pitch", bir BGA'nın imalatını ve montajını en çok etkileyen özelliktir.

Adım aralığı küçüldükçe, bilyeler arasında bir iz yönlendirmek artık mümkün olmadığından, devre kartının daha fazla katmana, daha küçük geçiş deliklerine ve genellikle ped içi geçiş deliklerine ihtiyacı olur. Bu nedenle, ince adım aralıklı BGA'lar, tasarımı yüksek hızlı ve yüksek yoğunluklu üretimde kullanılan HDI tekniklerine doğru iter. Daha yüksek bilye sayıları bunu daha da karmaşık hale getirir, çünkü her bilye için bir çıkış yolu gerekir.

BGA Topunun Bileşimi ve Nem Hassasiyeti

BGA'larla ilgili iki önemli gerçek, bunların nasıl ele alındığını ve lehimlendiğini etkiler.

• Bilye alaşımı. Modern BGA'lar, lehimleme tepe sıcaklığını belirleyen kurşunsuz (kalay-gümüş-bakır) bilyeler kullanır; eski model parçalarda ise kurşunlu bilyeler kullanılabilir.
• Nem duyarlılığı (MSL). BGA'lar neme karşı hassastır: emilen nem, yeniden akış sırasında buhara dönüşebilir ve pakete zarar verebilir ("patlama etkisi"), bu nedenle parçalar MSL ile derecelendirilir ve maruz kalacaklarsa montajdan önce fırınlanır.

MSL kullanımına saygı göstermek, parçaları kuru tutmak ve gerektiğinde fırınlamak temel ancak kritik bir adımdır. Bu adımı atlamak, sürecin geri kalanının ne kadar iyi olursa olsun, lehimleme sırasında paketlerin çatlamasına neden olabilir; bu nedenle kontrollü bir montaj akışına dahil edilmiştir.

BGA'lar Nasıl Birleştirilir?

Otomatik bir hatta BGA yerleştirmek rutin bir işlemdir, ancak birkaç şeyin doğru gitmesine bağlıdır.

• Şablon ve macun. Doğru tasarlanmış bir şablon, her bir pedin üzerine doğru miktarda macun bırakır.
• Yerleştirme. Parça, pedlerinin üzerine yerleştirilir; bir sonraki nokta nedeniyle mükemmel hizalamaya gerek yoktur.
• Yeniden akış profili. Kontrollü bir profil, topları eritir; ardından yüzey gerilimi paketi hizaya getirir ("kendiliğinden merkezleme").
• Termal denge. Profil, topların her birinin aynı anda ısınmasını sağlayacak şekilde tahtanın kütlesine uygun olmalıdır.

Kendiliğinden merkezleme, BGA'nın en güzel özelliklerinden biridir; erimiş toplar paketi yerine çeker. Ancak bu, yalnızca iyi bir macun tabakası ve karta uygun bir profil ile çalışır; bu da termal olarak yoğun kartlarda daha zordur. metal çekirdekli düzeneklerProfilin ilk seferde doğru ayarlanması, BGA montajının güvenilir olmasını sağlar.

BGA Lehim Bağlantılarının Nasıl Kontrol Edildiği (X-ışını)

Her bir bağlantı noktası paketin altında gizli olduğundan, bir BGA'yı gözle değerlendiremezsiniz. Birincil inceleme aracı röntgendir.

Çarpılma ve düzlemsellik sık karşılaşılan sorunlardır: Eğer paket veya levha lehimleme sırasında bükülürse, köşe veya merkez bilyeler pedlerine temas etmeyebilir ve bu da açıklıklara veya başın yastık içine girmesi gibi kusurlara yol açabilir. X-ışını bu gizli sorunları ortaya çıkarır ve kritik levhalarda bu, bir seçenek değil, gerekli bir adımdır. Görsel inceleme yalnızca dış sıranın kenarlarını doğrulayabilir, bağlantıların kendilerini değil.

BGA Paketleri için PCB Tasarımı

Bir BGA'nın güvenilirliği, tek bir parça yerleştirilmeden önce, büyük ölçüde devre kartı tasarımında belirlenir.

Kaçış yolları ve geçiş noktaları

Her topun çıkış yolu olması gerekir. Daha büyük aralıklarda, toplar arasındaki bir deliğe giden kısa bir "köpek kemiği" izi işe yarar. Daha ince aralıklarda yer yoktur, bu nedenle doğrudan pedin içine yerleştirilmiş, doldurulmuş ve kapatılmış bir delik (via-in-pad) gerekli hale gelir ki bu da HDI imalatını gerektirir.

Ped ve şablon tasarımı

Lehimleme maskesiyle tanımlanmış veya tanımlanmamış ped tipi ve şablon açıklığı, bağlantı şeklini ve güvenilirliğini etkiler ve paketleme ve montaj yönergelerine uygun olmalıdır. Bunlar, imalat öncesi tasarım incelemesinin kontrol ettiği detaylardır.

Yığınlama ve imalat

İnce aralıklı, yüksek bilye sayısına sahip BGA'lar, katman sayısını, mikrovia yapılarını ve kayıt toleranslarını belirler; bunların tümü kararlaştırma sırasında alınır. PCB üretimiDevre kartını ve BGA çıkışını birlikte tasarlamak, yönlendirilmesi veya güvenilir bir şekilde lehimlenmesi mümkün olmayan bir parçanın oluşmasını önler.

BGA Yeniden İşleme ve Yeniden Lehimleme

BGA'lar çıkarılıp değiştirilebilir, ancak bu işlem uzmanlık gerektirir.

• Kaldırma. Sıcak hava veya kızılötesi lehimleme istasyonu, gizli bilyeleri yeniden lehimleyerek paketin doğrudan yukarı kaldırılabilmesini sağlar.
• Yeniden bilyeleme. Bir BGA'yı yeniden kullanmak için, şablon ve ön şekillendirme yöntemiyle yeni toplar uygulanarak dizilim yeniden oluşturulur.
• Doğrulama. Yeniden şekillendirilen bağlantı yerleri görünmez oldukları için röntgenle kontrol edilir.

Yeniden lehimleme, pahalı veya eski cihazlar için yaygın bir uygulamadır, ancak doğru ekipman ve kontrollü bir profil gerektirir. Çoğu üretimde, iyi lehim macunu, profil ve tasarımla orijinal montajın doğru yapılması, BGA'ların yeniden işlenmesinden çok daha tercih edilebilir bir durumdur ve bu tutarlılık en önemli faktördür. yüksek hacimli montaj.

BGA Montajı İçin Fiyat Teklifi Alın

BGA'lar plastik, seramik, ince aralıklı, çip ölçekli, flip-chip, LGA ve PoP gibi birçok çeşitte bulunur, ancak hepsinin ortak noktası, dikkatli tasarım, kontrollü lehimleme profili ve X-ışını incelemesi gerektiren gizli, bilye tabanlı bağlantılardır. Çipinizin gerektirdiği türü seçin, çıkış yolunu aralığa uyacak şekilde tasarlayın ve X-ışını ile doğrulayın. Daha fazla bilgi edinebilirsiniz. Highleap Electronics hakkında ve BGA montaj yeteneğimiz.

Sıkça Sorulan Sorular

BGA paketi nedir?

Bir bilyalı ızgara dizisi (ball grid array), kenarındaki bağlantı uçları yerine alt tarafındaki lehim bilyaları ızgarası aracılığıyla karta bağlanan bir yüzeye monte paket türüdür. Bu, iyi elektriksel ve termal performansla birlikte birçok bağlantıyı küçük bir alana sığdırır; bu nedenle işlemciler, bellekler ve karmaşık entegre devreler (IC'ler) bunu kullanır.

BGA'nın başlıca türleri nelerdir?

Plastik (PBGA), seramik (CBGA), bant (TBGA), ince aralıklı (FBGA), çip ölçekli (uBGA/CSP), flip-chip (FCBGA), pedleri olan (toplar yerine) ve paket üstü paket (PoP) gibi çeşitli yonga tipleri mevcuttur. Bunlar esas olarak alt tabaka malzemesi ve yonganın nasıl bağlandığı bakımından farklılık gösterir.

BGA ve LGA arasındaki fark nedir?

BGA paketleri lehim topları önceden takılı olarak gelirken, LGA paketlerinde düz yüzeyler bulunur ve lehim topları yoktur; lehim, montaj sırasında kart üzerine basılan macundan alınır. Bunun dışında her ikisi de ızgara dizili, alttan bağlantılı paketlerdir ve benzer yönlendirme ve inceleme hususlarını paylaşırlar.

BGA'ların röntgen muayenesine neden ihtiyaç duyulur?

Lehim bağlantıları paketin altında bulunduğundan ve görülemediğinden, bunları doğrulamanın tek yolu röntgendir. Özellikle paket veya devre kartı deformasyonundan kaynaklanan boşlukları, köprülemeleri, baş-yastık deformasyonlarını ve açık bağlantıları ortaya çıkarır. Kritik devre kartlarında röntgen, isteğe bağlı değil, zorunlu bir inceleme adımıdır.

Hangi ses perdesi ince ses perdesi olarak kabul edilir ve bunun önemi nedir?

Yaklaşık 0.5 mm ve altındaki aralıklar ince aralık olarak adlandırılır. Bunlar önemlidir çünkü artık bilyeler arasında bir iz yönlendiremezsiniz, bu nedenle devre kartının daha fazla katmana, mikroviaya ve ped içi viaya ihtiyacı vardır ve bu da onu HDI üretimine doğru iter. Daha büyük aralıklar (1.0 ila 1.27 mm) standart tekniklerle yönlendirilir.

Via-in-pad nedir ve ne zaman gereklidir?

Via-in-pad yöntemi, BGA pedinin içine doğrudan bir via yerleştirir; via doldurulup kapatılır, böylece lehimlenebilir. Topun yanındaki bir viaya giden bir dog-bone kaçış izi için yer olmadığı ince aralıklı bağlantılarda gereklidir. HDI üretimi gerektirir ve maliyeti artırır, ancak yoğun yönlendirmeye olanak tanır.

BGA (biyogaz tüpü) sökülüp tekrar kullanılabilir mi?

Evet, sıcak hava veya kızılötesi rezistansla lehimin çıkarılması ve yeniden kullanımdan önce yeni lehim toplarının uygulanması için yeniden lehimleme işlemi, ardından da X-ışını doğrulaması yapılır. Bu, maliyetli veya eski parçalar için yaygındır, ancak uygun ekipman ve kontrollü bir profil gerektirir. Üretim için, BGA'ların yeniden işlenmesindense doğru bir ilk geçiş montajı tercih edilir.

Kurşunlu paket yerine BGA paketini ne zaman kullanmalıyım?

Yüksek giriş/çıkış sayısına sahip veya tam alt yüzey ızgarasının daha iyi elektriksel ve termal performansına ihtiyaç duyan parçalar için BGA kullanın; işlemciler ve FPGA'lar bu nedenle BGA kullanır. Daha düşük pin sayıları için, QFP veya QFN gibi kurşunlu paketler montajı, elle yeniden işlenmesi ve denetimi daha kolay olabilir. Kullanacağınız çip genellikle belirleyici faktördür.