Spiegazione della saldatura degli imballaggi BGA e dell'ispezione a raggi X

Mentre i dispositivi elettronici continuano a ridursi di dimensioni mentre crescono nella complessità funzionale,i progressi nella tecnologia di integrazione a scala molto ampia (VLSI) hanno posto crescenti richieste sul numero di interfacce input/output (I/O) e sulle dimensioni dei componentiGli imballaggi a griglia a sfere (BGA) sono emersi come la soluzione ideale per affrontare queste sfide, offrendo interconnessioni ad alta densità e vantaggi di miniaturizzazione.

I circuiti integrati BGA, che vanno da pochi perni a oltre cinquecento, sono diventati onnipresenti nei prodotti moderni, tra cui dispositivi mobili, personal computer e varie apparecchiature di comunicazione.Questo articolo esplora approfonditamente la tecnologia di imballaggio BGA, coprendo i suoi concetti fondamentali, caratteristiche, tipi, processi di saldatura e tecniche di ispezione a raggi X.

Imballaggi BGA e PoP: concetti spiegati

The Ball Grid Array (BGA) is a surface-mount device (SMD) packaging technology that uses an array of solder balls on the package underside to establish electrical connections with printed circuit boards (PCBs)Queste sfere di saldatura si collegano al chip attraverso cablaggi metallici, consentendo la trasmissione del segnale tra il chip e il PCB.

Esistono due strutture di pacchetti BGA comuni:

• BGA di legame di filo:In questa configurazione, il chip si collega al substrato attraverso fili metallici fini, che poi si dirigono verso la serie di sfere di saldatura tramite tracce di metallo sul substrato.
• Flip Chip BGA:Questo disegno monta il chip direttamente a testa in giù sul substrato, collegando attraverso sfere di saldatura senza legame del filo.miglioramento della velocità di trasmissione del segnale.

Rispetto ai tradizionali pacchetti a doppia linea (DIP) o piatti, BGA offre più connessioni I/O e distanze più brevi tra chip e sfera di saldatura, offrendo prestazioni superiori nelle applicazioni ad alta frequenza.

Tecnologia del pacchetto su pacchetto (PoP)

Il pacchetto su pacchetto (PoP) rappresenta una tecnologia di impilazione che integra più chip o componenti all'interno di un unico pacchetto.con una lunghezza massima di 20 mm o piùQuesto approccio riduce significativamente i requisiti di spazio per PCB riducendo al minimo i problemi di integrità del segnale, migliorando così le prestazioni complessive della scheda.

Vantaggi del PoP:

• Dimensioni ridotte dei componenti
• Bassi costi complessivi
• Complessità dei circuiti semplificati

Tra tutti i tipi di imballaggio, il BGA rimane la scelta più popolare dell'industria per dispositivi ad alto I/O.

Caratteristiche chiave degli imballaggi BGA

La diffusione degli imballaggi BGA deriva dalle sue caratteristiche notevoli:

• Conto di pin elevato:Accomoda numerosi pin di I/O per progetti di circuiti complessi
• Nessun problema di piegatura degli spilli:Le connessioni a sfera di saldatura eliminano i tradizionali problemi di deformazione dei perni
• Alta densità di interconnessione:L'impostazione stretta delle sfere di saldatura consente una maggiore miniaturizzazione
• Spazio ridotto per la tavola:Occupa meno superficie rispetto ad altri pacchetti con un numero di I/O equivalente
• Induttanza bassa:I percorsi di connessione più brevi migliorano la qualità del segnale
• Proprietà di autoallineamento:La tensione superficiale delle sfere di saldatura fuse corregge automaticamente il posizionamento durante il riversamento
• Bassa resistenza termica:Migliora la dissipazione del calore per prevenire il surriscaldamento

Varietà di confezioni BGA

Il mercato offre diversi tipi di pacchetti BGA, tra cui:

• BGA (PBGA) di plastica:Caratteristiche: incapsulazione in plastica, substrati laminati vetro-epossidici e tracce di rame incise con sfere di saldatura preformate
• BGA ad alte prestazioni termiche (HLPBGA):Incorpora coperchi metallici per una maggiore dissipazione del calore con disegni a basso profilo
• Nastro BGA (TBGA):Utilizza substrati flessibili con eccellenti proprietà elettriche e meccaniche
• BGA ad alte prestazioni (H-PBGA):Disegnati per applicazioni ad alta potenza con gestione termica superiore

Processi di saldatura BGA

L'assemblaggio BGA utilizza tecniche di saldatura a reflow. Durante l'assemblaggio del PCB, i componenti BGA vengono saldaturi in forni a reflow dove le sfere di saldatura si fondono per formare connessioni elettriche.

Considerazioni critiche per la saldatura:

• Un riscaldamento sufficiente garantisce la fusione completa di tutte le sfere di saldatura per collegamenti affidabili
• La tensione superficiale mantiene l'allineamento del pacchetto fino alla solidificazione della saldatura
• La composizione precisa della lega di saldatura e il controllo della temperatura impediscono la fusione della palla mantenendo la separazione

Ispezione congiunta della saldatura BGA

L'ispezione ottica convenzionale non è in grado di valutare le giunzioni di saldatura BGA nascoste sotto i componenti.poiché verifica solo la conducibilità al momento della prova senza prevedere la longevità delle articolazioni.

Ispezione a raggi X:

La tecnologia a raggi X consente l'esame non distruttivo delle connessioni di saldatura nascoste.offrendo varie metodologie di prova tra cui manuale, ispezione ottica automatizzata (AOI) e ispezione a raggi X automatizzata.

Procedure di rielaborazione BGA

I componenti BGA difettosi devono essere accuratamente rimossi mediante riscaldamento localizzato per sciogliere i giunti di saldatura sottostanti.con una lunghezza massima di 20 mm o piùUn controllo termico preciso protegge i componenti adiacenti durante i processi di rielaborazione.

Conclusioni

I componenti BGA sono stati ampiamente adottati nell'industria elettronica sia per la produzione di massa che per le applicazioni di prototipazione.L'imballaggio BGA gestisce efficacemente la complessità del layout, offrendo al contempo maggiori conteggi di I/O in spazi ridotti, disegni elettronici compatti.