Mảng bóng bóng (BGA) là gì?Lợi ích, loại, quy trình lắp ráp
2024-09-09 2623

Các gói mảng bóng (BGA) đã trở nên rất phổ biến trong các thiết bị điện tử, đặc biệt là đối với các mạch tích hợp gắn trên bề mặt (SMD IC) cần nhiều kết nối trong một không gian nhỏ.Không giống như các thiết kế cũ hơn, đặt các kết nối xung quanh các cạnh của chip, BGA sử dụng mặt dưới của chip cho các kết nối.Điều này giúp thiết kế các bảng mạch in (PCB) dễ dàng hơn bằng cách giảm sự lộn xộn và cho phép các bố cục nhỏ gọn hơn.Bài viết này tìm hiểu lý do tại sao các gói BGA được ưa thích, những lợi ích mà họ cung cấp, các ion V ariat của các thiết kế BGA và các thách thức phải đối mặt trong quá trình lắp ráp & làm lại.Cho dù trong điện tử tiêu dùng hoặc ứng dụng công nghiệp, công nghệ BGA sẽ cải thiện thiết kế & sản xuất mạch.

Danh mục

Hình 1: Mảng lưới bóng (BGA)

Tại sao các gói mảng bóng (BGA) được ưa thích?

Một mảng lưới bóng (BGA) là một loại bao bì gắn trên bề mặt được sử dụng cho các mạch tích hợp (ICS).Nó có các quả bóng hàn ở mặt dưới của chip thay vì các chân truyền thống làm cho nó lý tưởng cho các thiết bị cần mật độ kết nối cao trong một không gian nhỏ.Các gói Array Grid Array (BGA) đại diện cho một cải tiến lớn so với thiết kế gói Quad Flat Pack (QFP) cũ hơn trong sản xuất điện tử.QFP, với những chiếc ghim mỏng và chặt chẽ của chúng, dễ bị uốn cong hoặc phá vỡ.Nó làm cho việc sửa chữa đầy thách thức và tốn kém, đặc biệt là đối với các mạch có nhiều chân.

Các chân đóng gói chặt chẽ trên QFP cũng đặt ra các vấn đề trong quá trình thiết kế các bảng mạch in (PCB).Khoảng cách hẹp có thể gây tắc nghẽn theo dõi, khiến việc định tuyến các kết nối hiệu quả hơn.Sự tắc nghẽn này có thể làm tổn thương cả bố cục và hiệu suất của mạch.Hơn nữa, độ chính xác cần thiết để hàn các chân QFP làm tăng nguy cơ tạo ra các cầu nối không mong muốn giữa các chân, có khả năng khiến mạch bị trục trặc.

Gói BGA giải quyết nhiều vấn đề này.Thay vì ghim mỏng manh, BGA sử dụng các quả bóng hàn được đặt bên dưới chip làm giảm khả năng gây sát thương vật lý và cho phép thiết kế PCB rộng rãi, ít tắc nghẽn hơn.Bố cục này giúp dễ dàng sản xuất hơn, đồng thời cải thiện độ tin cậy của các khớp hàn.Do đó, BGA đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp.Sử dụng các công cụ & kỹ thuật chuyên dụng, công nghệ BGA không chỉ đơn giản hóa quy trình sản xuất mà còn tăng cường thiết kế tổng thể và hiệu suất của các thành phần điện tử.

Lợi ích của công nghệ Array Grid Array (BGA)

Công nghệ Array Grid Array (BGA) đã chuyển đổi cách các mạch tích hợp (ICS) được đóng gói.Điều đó dẫn đến những cải tiến về cả chức năng và hiệu quả.Những cải tiến này không chỉ hợp lý hóa quy trình sản xuất mà còn có lợi cho hiệu suất của các thiết bị bằng các mạch này.

Hình 2: Mảng lưới bóng (BGA)

Một trong những ưu điểm của bao bì BGA là việc sử dụng không gian hiệu quả trên các bảng mạch in (PCB).Các gói truyền thống đặt kết nối xung quanh các cạnh của chip, chiếm nhiều phòng hơn.Tuy nhiên, các gói BGA định vị các quả bóng hàn bên dưới chip, giải phóng không gian có giá trị trên bảng.

BGA cũng cung cấp hiệu suất nhiệt & điện vượt trội.Thiết kế cho phép các mặt phẳng điện & mặt đất, giảm độ tự cảm và đảm bảo tín hiệu điện sạch hơn.Điều này dẫn đến tính toàn vẹn tín hiệu được cải thiện, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng tốc độ cao.Thêm vào đó, bố cục các gói BGA tạo điều kiện cho sự phân tán nhiệt tốt hơn, ngăn ngừa quá nhiệt trong các thiết bị điện tử tạo ra nhiều nhiệt trong quá trình hoạt động, chẳng hạn như bộ xử lý & card đồ họa.

Quá trình lắp ráp cho các gói BGA cũng đơn giản hơn.Thay vì cần hàn các chân nhỏ dọc theo mép chip, các quả bóng hàn dưới gói BGA cung cấp kết nối mạnh mẽ và đáng tin cậy hơn.Điều này dẫn đến ít khiếm khuyết hơn trong quá trình sản xuất và góp phần vào hiệu quả sản xuất cao hơn, đặc biệt là trong môi trường sản xuất hàng loạt.

Một lợi ích khác của công nghệ BGA là khả năng hỗ trợ các thiết kế thiết bị mỏng hơn.Các gói BGA mỏng hơn so với các thiết kế chip cũ hơn cho phép các nhà sản xuất tạo ra các thiết bị nhỏ gọn hơn, nhỏ gọn hơn mà không phải hy sinh hiệu suất.Điều này đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị điện tử di động như điện thoại thông minh & máy tính xách tay, trong đó kích thước và trọng lượng là những yếu tố quan trọng.

Ngoài sự nhỏ gọn của họ, các gói BGA giúp bảo trì & sửa chữa dễ dàng hơn.Các miếng hàn lớn hơn bên dưới chip đơn giản hóa quá trình làm lại hoặc cập nhật bảng, có thể kéo dài tuổi thọ của thiết bị.Điều này có lợi cho các thiết bị công nghệ cao đòi hỏi độ tin cậy lâu dài.

Nhìn chung, sự kết hợp của thiết kế tiết kiệm không gian, hiệu suất nâng cao, sản xuất đơn giản hóa và sửa chữa dễ dàng hơn đã khiến công nghệ BGA trở thành lựa chọn ưa thích cho các thiết bị điện tử hiện đại.Cho dù trong các thiết bị tiêu dùng hoặc ứng dụng công nghiệp, BGA cung cấp một giải pháp đáng tin cậy và hiệu quả cho các nhu cầu điện tử phức tạp ngày nay.

Hiểu gói mảng bóng (BGA)

Không giống như phương thức Gói phẳng Quad (QFP) cũ hơn kết nối các chân dọc theo các cạnh của chip, BGA sử dụng mặt dưới của chip cho các kết nối.Bố cục này giải phóng không gian lên và cho phép sử dụng bảng hiệu quả hơn, tránh các ràng buộc liên quan đến kích thước pin và khoảng cách.

Trong gói BGA, các kết nối được sắp xếp trong một lưới bên dưới chip.Thay vì ghim truyền thống, những quả bóng hàn nhỏ được sử dụng để tạo thành các kết nối.Những quả bóng hàn này khớp với các miếng đệm đồng tương ứng trên bảng mạch in (PCB), tạo ra các điểm tiếp xúc ổn định và đáng tin cậy khi chip được gắn.Cấu trúc này không chỉ cải thiện độ bền của kết nối mà còn đơn giản hóa quá trình lắp ráp, vì việc căn chỉnh và hàn các thành phần là đơn giản hơn.

Một trong những lợi thế của các gói BGA là khả năng quản lý nhiệt hiệu quả hơn.Bằng cách giảm điện trở nhiệt giữa chip silicon & PCB, BGA giúp tiêu tan nhiệt hiệu quả hơn.Điều này đặc biệt quan trọng trong các thiết bị điện tử hiệu suất cao, trong đó việc quản lý nhiệt rất quan trọng để duy trì hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ của các thành phần.

Một lợi ích khác là sự dẫn dắt ngắn hơn giữa chip và bảng, nhờ bố cục ở mặt dưới của hãng vận chuyển chip.Điều này giảm thiểu độ tự cảm chì, cải thiện tính toàn vẹn tín hiệu và hiệu suất tổng thể.Do đó, nó làm cho các gói BGA trở thành tùy chọn ưa thích cho các thiết bị điện tử hiện đại.

Các biến thể khác nhau của gói mảng bóng (BGA)

Hình 3: Gói Array Grid Array (BGA)

Công nghệ đóng gói Array Array Array (BGA) đã phát triển để giải quyết các nhu cầu khác nhau của thiết bị điện tử hiện đại, từ hiệu suất & chi phí đến quản lý kích thước và nhiệt.Những yêu cầu đa dạng này đã dẫn đến việc tạo ra một số biến thể BGA.

Array Array Process Grid Array (MAPBGA) được thiết kế cho các thiết bị không yêu cầu hiệu suất cực cao nhưng vẫn cần độ tin cậy & nhỏ gọn.Biến thể này có hiệu quả về chi phí, với độ tự cảm thấp, giúp dễ dàng gắn trên bề mặt.Kích thước nhỏ và độ bền của nó làm cho nó trở thành một lựa chọn thiết thực cho một loạt các thiết bị điện tử hiệu suất thấp đến trung bình.

Đối với các thiết bị đòi hỏi khắt khe hơn, Array Grid Grid Array (PBGA) cung cấp các tính năng nâng cao.Giống như MAPBGA, nó cung cấp độ tự cảm thấp và dễ dàng gắn, nhưng với các lớp đồng được thêm vào trong chất nền để xử lý các yêu cầu công suất cao hơn.Điều này làm cho PBGA phù hợp với các thiết bị từ trung bình đến hiệu suất cao cần tiêu tan năng lượng hiệu quả hơn trong khi vẫn duy trì độ tin cậy đáng tin cậy.

Khi quản lý nhiệt là lo ngại, mảng lưới nhựa nhựa tăng cường nhiệt (TEPBGA) vượt trội.Nó sử dụng các mặt phẳng đồng dày trong chất nền của nó để lấy nhiệt hiệu quả ra khỏi chip, đảm bảo rằng các thành phần nhạy cảm nhiệt hoạt động ở hiệu suất cao nhất.Biến thể này là lý tưởng cho các ứng dụng trong đó quản lý nhiệt hiệu quả là ưu tiên hàng đầu.

Mảng lưới bóng băng (TBGA) được thiết kế cho các ứng dụng hiệu suất cao, nơi cần có quản lý nhiệt vượt trội nhưng không gian bị hạn chế.Hiệu suất nhiệt của nó là đặc biệt mà không cần một tản nhiệt bên ngoài, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các cụm nhỏ gọn trong các thiết bị cao cấp.

Trong các tình huống mà không gian đặc biệt bị hạn chế, công nghệ gói (POP) cung cấp một giải pháp sáng tạo.Nó cho phép xếp nhiều thành phần, chẳng hạn như đặt mô -đun bộ nhớ trực tiếp lên trên bộ xử lý, tối đa hóa chức năng trong một dấu chân rất nhỏ.Điều này làm cho Pop rất hữu ích trong các thiết bị nơi không gian ở mức cao, như điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng.

Đối với các thiết bị siêu nhỏ gọn, biến thể microbga có sẵn trong các sân nhỏ tới 0,65, 0,75, & 0,8mm.Kích thước nhỏ của nó cho phép nó phù hợp với các thiết bị điện tử được đóng gói dày đặc, làm cho nó trở thành một tùy chọn ưa thích cho các thiết bị tích hợp cao nơi mỗi milimet đều có giá trị.

Mỗi biến thể BGA này thể hiện khả năng thích ứng của công nghệ BGA, cung cấp các giải pháp phù hợp để đáp ứng nhu cầu luôn thay đổi của ngành công nghiệp điện tử.Cho dù đó là hiệu quả chi phí, quản lý nhiệt hoặc tối ưu hóa không gian, có một gói BGA phù hợp cho hầu hết mọi ứng dụng.

Quy trình lắp ráp mảng bóng (BGA)

Khi các gói mảng bóng (BGA) được giới thiệu lần đầu tiên, đã có những lo ngại về cách lắp ráp chúng một cách đáng tin cậy.Các gói công nghệ Mount Mount truyền thống (SMT) có các miếng đệm có thể truy cập để dễ dàng hàn, nhưng BGA đã đưa ra một thách thức khác do các kết nối của chúng nằm dưới gói.Điều này làm dấy lên nghi ngờ về việc liệu BGA có thể được hàn một cách đáng tin cậy trong quá trình sản xuất hay không.Tuy nhiên, những lo ngại này đã nhanh chóng được đưa ra nghỉ ngơi khi phát hiện ra rằng các kỹ thuật hàn lại tiêu chuẩn có hiệu quả cao trong việc lắp ráp BGA, dẫn đến các khớp đáng tin cậy nhất quán.

Hình 4: Lắp ráp mảng lưới bóng

Quá trình hàn BGA phụ thuộc vào kiểm soát nhiệt độ chính xác.Trong quá trình hàn lại, toàn bộ lắp ráp được làm nóng đồng đều, bao gồm các quả bóng hàn bên dưới gói BGA.Những quả bóng hàn này được phủ sẵn với lượng hàn chính xác cần thiết cho kết nối.Khi nhiệt độ tăng, hàn tan và tạo thành kết nối.Căng thẳng bề mặt giúp gói BGA tự chỉnh sửa với các miếng đệm tương ứng trên bảng mạch.Căng thẳng bề mặt hoạt động như một hướng dẫn, đảm bảo rằng các quả bóng hàn giữ nguyên vị trí trong giai đoạn gia nhiệt.

Khi hàn nguội đi, nó trải qua một giai đoạn ngắn, nơi nó vẫn còn một phần nóng chảy.Điều này rất quan trọng để cho phép mỗi quả bóng hàn ổn định vị trí chính xác của nó mà không hợp nhất với các quả bóng lân cận.Hợp kim cụ thể được sử dụng cho chất hàn và quá trình làm mát được kiểm soát đảm bảo các khớp hàn hình thành chính xác & duy trì sự phân tách.Mức độ kiểm soát này giúp cho sự thành công của Hội đồng BGA.

Trong những năm qua, các phương pháp được sử dụng để lắp ráp các gói BGA đã được tinh chỉnh và chuẩn hóa, khiến chúng trở thành một phần không thể thiếu trong sản xuất điện tử hiện đại.Ngày nay, các quy trình lắp ráp này được kết hợp liền mạch vào các dòng sản xuất và những mối quan tâm ban đầu về độ tin cậy của BGA đã biến mất phần lớn.Do đó, các gói BGA hiện được coi là một lựa chọn đáng tin cậy và hiệu quả cho các thiết kế sản phẩm điện tử, cung cấp độ bền & độ chính xác cho mạch phức tạp.

Thách thức và giải pháp

Một trong những thách thức lớn với các thiết bị Array Grid Array (BGA) là các kết nối hàn được ẩn bên dưới chip.Điều đó làm cho họ không thể kiểm tra trực quan bằng các phương pháp quang truyền thống.Điều này ban đầu nêu lên những lo ngại về độ tin cậy của các hội đồng BGA.Đáp lại, các nhà sản xuất đã tinh chỉnh các quy trình hàn của họ, đảm bảo rằng nhiệt được áp dụng đều trên toàn bộ lắp ráp.Sự phân bố nhiệt đồng đều này là cần thiết để làm tan chảy tất cả các quả bóng hàn đúng cách và bảo vệ các kết nối rắn tại mỗi điểm trong lưới BGA.

Mặc dù thử nghiệm điện có thể xác nhận xem thiết bị có hoạt động hay không, nó không đủ để đảm bảo độ tin cậy dài hạn.Một kết nối có vẻ âm thanh trong các thử nghiệm ban đầu, nhưng nếu khớp hàn yếu hoặc được hình thành không đúng cách, nó có thể thất bại theo thời gian.Để giải quyết vấn đề này, kiểm tra tia X đã trở thành phương pháp đi đến để xác minh tính toàn vẹn của các mối hàn BGA.X-quang cung cấp một cái nhìn chi tiết về các kết nối hàn bên dưới chip, cho phép các kỹ thuật viên phát hiện ra bất kỳ vấn đề tiềm năng nào.Với các cài đặt nhiệt chính xác & các phương pháp hàn chính xác, BGA thường thể hiện các khớp chất lượng cao, tăng cường độ tin cậy tổng thể của lắp ráp.

Làm lại các bảng được trang bị BGA

Làm lại một bảng mạch sử dụng BGA có thể là một quy trình tinh tế và phức tạp, thường yêu cầu các công cụ & kỹ thuật chuyên dụng.Bước đầu tiên trong việc làm lại liên quan đến việc loại bỏ BGA bị lỗi.Điều này được thực hiện bằng cách áp dụng nhiệt cục bộ trực tiếp vào chất hàn bên dưới chip.Các trạm làm lại chuyên dụng được trang bị máy sưởi hồng ngoại để làm nóng cẩn thận BGA, cặp nhiệt điện để theo dõi nhiệt độ và một công cụ chân không để nâng chip sau khi hàn bị tan chảy.Điều quan trọng là kiểm soát việc sưởi ấm để chỉ có BGA bị ảnh hưởng, ngăn ngừa thiệt hại cho các thành phần gần đó.

Sửa chữa và reballing của BGAs

Sau khi một BGA đã được gỡ bỏ, nó có thể được thay thế bằng một thành phần mới hoặc, trong một số trường hợp, được tân trang lại.Một phương pháp sửa chữa phổ biến là reballing liên quan đến việc thay thế các quả bóng hàn trên một BGA vẫn còn chức năng.Đây là một tùy chọn hiệu quả về chi phí cho các chip đắt tiền, vì nó cho phép thành phần được sử dụng lại thay vì loại bỏ.Nhiều công ty cung cấp các dịch vụ & thiết bị chuyên dụng cho Reballing BGA, giúp kéo dài tuổi thọ của các thành phần có giá trị.

Mặc dù có những lo ngại sớm về sự khó khăn trong việc kiểm tra các khớp hàn BGA, công nghệ này đã có những bước tiến đáng kể.Những đổi mới trong thiết kế bảng mạch in (PCB), các kỹ thuật hàn được cải thiện như phản xạ hồng ngoại và tích hợp các phương pháp kiểm tra tia X đáng tin cậy đều góp phần giải quyết các thách thức ban đầu liên quan đến BGA.Hơn nữa, những tiến bộ trong các kỹ thuật làm lại & sửa chữa đã đảm bảo rằng BGA có thể được sử dụng một cách đáng tin cậy trong một loạt các ứng dụng.Những cải tiến này làm tăng chất lượng & độ tin cậy của các sản phẩm kết hợp công nghệ BGA.

Phần kết luận

Việc áp dụng các gói mảng bóng (BGA) trong các thiết bị điện tử hiện đại đã được điều khiển bởi nhiều lợi ích của chúng, bao gồm quản lý nhiệt vượt trội, giảm độ phức tạp lắp ráp và thiết kế tiết kiệm không gian.Vượt qua những thách thức ban đầu như các khớp hàn ẩn và làm việc lại, công nghệ BGA đã trở thành lựa chọn ưa thích trong các ứng dụng khác nhau.Từ các thiết bị di động nhỏ gọn đến các hệ thống điện toán hiệu suất cao, các gói BGA cung cấp một giải pháp đáng tin cậy và hiệu quả cho các thiết bị điện tử phức tạp ngày nay.