Introduction de BGA

BGA est l’abréviation de Ball Grid Array Structure.Il s'agit de l'un des moyens les plus courants d'interconnecter des circuits intégrés (CI) et des cartes imprimées à l'aide d'une méthode d'emballage sur carte de support organique.

La technologie du boîtier BGA est améliorée à partir du réseau de grilles de broches, est une surface à un agencement de grille de la manière recouverte (ou partiellement recouverte) de broches du procédé d'emballage, dans le fonctionnement des signaux électroniques du circuit intégré peuvent être transmis à l'imprimé. circuit imprimé où il se trouve (circuit imprimé, ci-après dénommé PCB).

Les packages BGA offrent plus de broches que les autres packages tels que les packages doubles en ligne ou les packages plats à quatre broches latérales.La totalité de la surface inférieure du dispositif peut être utilisée comme broches au lieu de simplement la périphérie, et a une longueur de fil moyenne plus courte que les types de boîtiers périphériques limités pour de meilleures performances à haute vitesse.Le soudage des boîtiers BGA nécessite un contrôle précis et est généralement effectué par des équipements d'usine dotés de processus automatisés ;Les packages BGA ne conviennent pas au montage sur emplacement.

Classement BGA

Les packages BGA se présentent sous diverses formes, formant une famille de packages qui diffèrent non seulement par la taille et le nombre d'E/S, mais également par la structure physique et les matériaux du package.Une forme spécifique de BGA peut avoir différentes tailles, mais doit utiliser la même construction physique et les mêmes matériaux.Ce qui suit se concentrera sur l’analyse de trois packages BGA spécifiques, chacun avec une forme de construction différente.

1, BGA en plastique : le boîtier PBGA (Plastic Ball Grid Array Package) est la forme la plus courante de boîtier BGA en production aujourd'hui.Ses avantages intéressants sont :

* substrat en fibre de verre et résine BT, d'environ 0,4 mm d'épaisseur

*Les puces sont soudées directement au substrat

*La puce est connectée au substrat par des fils.

*Le moulage en plastique encapsule la majeure partie de la puce, de la connexion filaire et de la surface du substrat.

Des billes de soudure (généralement un matériau eutectique) sont soudées sur la plage inférieure du substrat.Cependant, un paramètre qui n'est pas universel est la surface couverte par le moulage par rapport à la surface totale du substrat.Pour certains plastisols, le plastique moulé recouvre presque entièrement la totalité du substrat, à l'inverse, certains sont strictement limités à une petite zone au centre.Cela aura également un impact sur la chaleur appliquée aux joints de soudure.

2, BGA en céramique (CBGA) : pour tout boîtier IC en céramique, le matériau le plus basique du BGA en céramique est un substrat multicouche de circuit d'interconnexion en métal précieux.Ce type de scellage d'emballage pour la conduction thermique à travers l'emballage a le plus grand impact.Le « couvercle » de l'emballage peut être constitué de divers matériaux et il existe généralement un espace vide sous le « couvercle ».Cet espace empêchera la chaleur des joints de soudure inférieurs du corps du boîtier.

3, 'Enhanced' BGA : 'Enhanced' BGA est un terme relativement nouveau qui n'a pas encore été défini avec précision.Habituellement, le mot « amélioration » désigne l’ajout d’un matériau dans la structure pour améliorer ses performances.Dans la plupart des cas, le matériau ajouté est métallique et sert à améliorer la dissipation thermique du circuit intégré en fonctionnement normal.Ceci est important car l'un des avantages des BGA est qu'ils fournissent un grand nombre d'E/S pour le circuit intégré, et comme ce type de puce génère généralement une quantité importante de chaleur dans une très petite zone, le boîtier doit être conçu pour dissiper la chaleur.Un boîtier amélioré spécial, appelé dans cet article « Super BGA » (SBGA), est construit avec une cavité en cuivre inversée au sommet du boîtier pour améliorer la dissipation de la chaleur vers l'environnement.Un substrat mince et flexible est soudé à la surface inférieure de la puce de cuivre comme tampon pour fixer plusieurs rangées de billes de soudure le long de la périphérie (c'est-à-dire qu'il n'y a pas de répartition des billes de soudure au centre, voir JEDEC).Des fils internes relient le substrat à la puce et la puce est moulée par le bas.Le tableau 1 répertorie les paramètres physiques du package BGA.PLCC84 est inclus dans le tableau comme référence pour les caractéristiques et les performances.Il est intéressant de noter qu’à l’exception de la métrique IO, toutes les autres métriques du PLCC sont des valeurs intermédiaires.

Avantages et inconvénients du BGA.

1,Avantages BGA

Haute densité

La technologie de packaging BGA est une solution au défi consistant à devoir réduire la taille du boîtier lors de la production de circuits intégrés comportant des centaines de broches.La production de boîtiers à montage en surface (circuits intégrés à petit contour ; SOIC) dans des réseaux à grille épinglée et des boîtiers doubles en ligne a conduit à des difficultés dans le processus de soudure car de plus en plus de broches doivent être ajoutées et l'espace entre elles doit être réduit.Cela entraîne des difficultés dans le processus de soudage.À mesure que les broches du boîtier se rapprochent les unes des autres, le risque de pontage accidentel avec les broches voisines lors du soudage augmente, ce qui ne pose pas de problème avec la technologie de boîtier BGA dans le soudage mis en œuvre en usine.

Conductivité thermique

Un autre avantage de la technologie de packaging BGA par rapport aux autres technologies de packaging avec broches séparées (par exemple, la technologie de packaging contenant des broches) est la faible impédance thermique entre le boîtier et le PCB.Cela permet à la chaleur générée par les circuits intégrés à l'intérieur du boîtier d'être plus facilement transférée au PCB, empêchant ainsi la surchauffe de la puce.

Broches à faible inductance

Des conducteurs plus courts signifient également moins d'inductance indésirable, une caractéristique qui peut conduire à une distorsion indésirable du signal dans les circuits électroniques à grande vitesse. La technologie de boîtier BGA, avec une très courte distance entre le boîtier et le PCB, possède des broches à faible inductance, qui offrent des caractéristiques électroniques supérieures. par rapport aux appareils à broches.

Inconvénients du BGA

Contact non extensible

L'un des inconvénients des boîtiers BGA est que les billes de soudure ne sont pas capables de s'étirer comme de longues broches, elles n'ont donc pas de rigidité matérielle dans leurs propriétés physiques.Tous les dispositifs montés en surface peuvent casser les joints de soudure en raison de la flexion (contrainte thermique) ou de l'étirement et des vibrations (contrainte mécanique) en raison de la différence de coefficient de dilatation thermique entre le substrat PCB et le boîtier BGA.

Le problème de la dilatation thermique peut être résolu en faisant correspondre les caractéristiques thermiques similaires du PCB et du boîtier, et les dispositifs BGA généralement plastifiés peuvent correspondre plus étroitement aux caractéristiques thermiques du PCB que les dispositifs BGA en céramique.

L'adoption généralisée d'alliages de soudure sans plomb conformes à RoHS dans les lignes de production démontre une fois de plus les défis auxquels les boîtiers BGA doivent faire face, tels que les problèmes de « tête dans l'oreiller » et de « cratérisation des tampons » lors de la refusion. processus, par rapport aux problèmes de « cratérisation des tampons » auxquels sont confrontés les packages BGA.Comparés aux boîtiers BGA avec soudure au plomb, certains boîtiers BGA sont moins fiables dans des environnements extrêmes tels que des températures élevées, des chocs thermiques élevés et une force G élevée en raison de la faible ductilité des soudures conformes RoHS.

Les problèmes de contraintes mécaniques peuvent être résolus en reliant l'appareil à la carte via un processus appelé « sous-remplissage », dans lequel un mélange époxy est injecté sous l'appareil après qu'il ait été soudé au PCB, liant efficacement le dispositif BGA au PCB.Plusieurs matériaux de sous-remplissage sont disponibles pour offrir différentes propriétés pour différentes applications et exigences de transfert thermique.Un autre avantage du sous-remplissage est qu’il limite la croissance des moustaches d’étain.

Une autre solution pour résoudre les joints non ductiles consiste à placer un « revêtement ductile » à l'intérieur du boîtier qui permet aux billes de soudure situées au fond de se déplacer vers leur position réelle par rapport au boîtier.Cette technique est devenue l’une des normes pour les DRAM packagées BGA.

D'autres techniques utilisées pour augmenter la fiabilité du boîtier au niveau du PCB incluent les PCB à faible ductilité pour les BGA en céramique (CBGA), les cartes intermédiaires (interposeurs) introduites entre le boîtier et le PCB, ou les dispositifs de reconditionnement.

Difficulté d'inspection

Lorsque le boîtier est soudé en position, il devient difficile de trouver des défauts de soudure.Afin de détecter le fond de l'emballage soudé, l'industrie a développé des machines à rayons X, des tomodensitomètres industriels, des microscopes spéciaux, des endoscopes et d'autres équipements pour surmonter ce problème.Si un morceau du boîtier BGA colle à l'échec de la soudure, vous pouvez le retirer dans la « station de reprise » (communément appelée station de reprise), qui est équipée de lampes infrarouges (ou de souffleurs d'air chaud), comme ainsi que la disponibilité de thermocouples et d'appareils à vide pour aspirer les colis.'dé-étamage' (ou rebillage) et réinstallé sur la carte.

En raison du coût de l'inspection visuelle des BGA par rayons X, des méthodes de test de circuit sont souvent utilisées à la place.Une méthode de test de balayage des limites commune peut être effectuée via la connexion d'interface IEEE 1149.1 JTAG.

Difficultés à développer des circuits

Il n'est pas pratique de souder le dispositif BGA à un point fixe pendant la phase de développement.Au lieu de cela, un emplacement est généralement utilisé en premier, bien que celui-ci soit plus instable.Il existe deux types courants d'emplacements : le type le plus fiable est doté de broches à ressort qui s'insèrent sous les billes de soudure, mais il n'est pas permis d'utiliser un périphérique BGA où les billes de soudure ont été retirées, car les broches à ressort ne peuvent pas être longues. assez.

Le type peu fiable est un type appelé « emplacement ZIF » (Zero Insertion Force), qui possède une pince à ressort pour maintenir la bille de soudure.Mais ce n’est pas facile à réaliser, surtout si les boules sont trop petites.

Coûts d'équipement

Pour souder de manière fiable des appareils BGA, un équipement coûteux est nécessaire.Le soudage manuel des appareils BGA est très difficile et peu fiable et n'est généralement utilisé que pour un petit nombre de petits appareils.Cependant, comme de plus en plus de circuits intégrés sont disponibles uniquement en boîtiers sans plomb (par exemple boîtier quad-flat sans plomb) ou en boîtiers BGA, diverses méthodes de bricolage (usage intensif) ont été développées qui peuvent être utilisées avec des sources de chauffage peu coûteuses, telles que la chaleur. pistolets, fours domestiques et plaques chauffantes à fond plat.

Démontage BGA

1, faites un bon travail de protection des composants

2, dans le circuit intégré à démonter au-dessus de la quantité appropriée de flux, essayez de souffler dans le fond du circuit intégré, ce qui aidera la puce sous les joints de soudure à fondre uniformément.

3, ajustez la température du pistolet à vent et le vent, ne soufflez pas au milieu du circuit intégré, le temps de chauffage ne peut pas être trop long

4, la rencontre des puces BGA, les tampons de puces et les cartes ont un surplus d'étain, il devrait y avoir une quantité suffisante de pâte à souder pour l'enlever.