nhu cầu về các mạch tích hợp dày đặc và nhỏ gọn đang tăng lên, ngoài ra, cần phải thu hẹp các thiết bị điện tử. Bởi vì điều này, công nghệ mảng hình cầu đã trở thành sự lựa chọn đầu tiên cho việc xây dựng các gói bề mặt.
Do vậy, nếu bạn muốn tạo ra một bảng mạch in nhỏ gọn, bạn cần phải tìm hiểu sâu hơn về gói mảng hình cầu. Chúng tôi đã nghiên cứu kỹ thuật này, vì vậy hãy cùng xem.
nội dung
Mảng hình cầu là gì?
cấu trúc bên trong bga
Các đặc tính của các mảng hình cầu
Lợi thế của công nghệ BGA
nhược điểm của công nghệ bga
Các kiểu mảng hình cầu
Lắp ráp BGA
các vấn đề về độ tin cậy và chế độ mất hiệu quả của gói bga
nhà sản xuất có kinh nghiệm với bga không
tóm tắt
Mảng hình cầu là gì?
bga là một kỹ thuật bề mặt được sử dụng như một phương tiện cho các mạch tích hợp.
lưới hình cầu hàn
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
hệ thống này được lập từ pga (mảng lưới chân) và cải thiện thiết kế bằng cách dùng mảng hình cầu hàn thay cho các chân để truyền các tín hiệu điện tử.
các mảng ghim
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
Sao lại thế được? Một mảng hình cầu cho phép sự sẵn sàng ở đáy của thiết bị gắn kết bề mặt, không chỉ ở xung quanh.
ngoài ra, cấu trúc này tạo ra mật độ chân cao hơn, do đó tăng cường khả năng kết nối. Bóng cũng làm cho khoảng cách của chip đến gói ngắn hơn, do đó, hiệu năng tốt hơn ở tốc độ cao.
cấu trúc bên trong bga
có hai cách để kết nối một miếng silicon với một mặt phẳng.
hàn dây: hàn dây bga dùng dây nối hai phần.
các mảng hình cầu đường gióng chỉ dẫn gắn kết (chú ý các đường gắn kết)
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
cuộn chip: cuộn chip bga sử dụng lõi hàn thay vì dây cáp để kết nối lõi ống vào nền.
nạp mô-đun chip (mặt hàn)
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
Trong trường hợp này, một chip silicon là một mô-đun bán dẫn nhỏ được sử dụng để mang một mạch điện được sản xuất.
Mặt khác, một mặt phẳng là một PCB nhỏ có đường đi đặc biệt phù hợp với gói. nó thường bao gồm nhiều lớp (tùy thuộc vào độ phức tạp của thiết kế) và kết nối các đỉnh với các quả cầu hàn.
một quả bóng hàn đã được làm cứng
Nguồn: Flickr
vật liệu bản vẽ phụ thuộc vào yêu cầu truyền tín hiệu của bảng mạch.
Các đặc tính của các mảng hình cầu
Số tiền bán lẻ cao
không gây ra sự uốn cong
Kết nối mật độ cao
cảm biến thấp
Kích thước nhỏ (hầu hết không gian trên bảng mạch)
Cứng nhiệt thấp giữa gói và một PCB
tự động căn chỉnh trong khi cuộn trở lại
Lợi thế của công nghệ BGA
mật độ chân cao hơn
cảm biến thấp hơn
dẫn nhiệt tốt hơn
Tăng dẫn điện
Hiệu năng tốt hơn ở tốc độ cao
Mạnh mẽ và đáng tin cậy
khả năng tự căn chỉnh cao
nhược điểm của công nghệ bga
một cuộc kiểm tra khó khăn
sự phân bố cảm biến rộng
Có sự cố gắng kết nối
các điểm hàn không nhìn thấy được
dễ bị uốn cong bởi các PCB
Nó hơi đắt
Các kiểu mảng hình cầu
có nhiều loại bga, nhưng phổ biến nhất là:
PBGA
Gói mảng hình cầu nhựa được đặt tên bằng vật liệu nhựa được phủ lên một mặt phẳng chất lượng của một pha kính có các đường mạ bằng đồng.
Bộ vi xử lý Coldfire MCF5272VM66 được cài đặt trên 96 bóng PBGA
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
Đây là loại được ưa chuộng nhất trong các thiết kế PCB hai mặt, có khả năng giải nhiệt tuyệt vời và hiệu năng điện được cải thiện. Các PBGA thường mang theo 200-500 mảng cầu, mỗi mảng có thành phần 64% thiếc và 37% chì.
CBGA
CBGA C là đại diện cho gốm sứ, loại này được đặc trưng bởi một nền gốm sứ được đốt cháy.
bộ vi xử lý được cài đặt trên các mảng gốm sứ
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
So với PBGAs, các thành phần bóng trong CBGAs cũng khác nhau, bao gồm 10% thiếc và 90% chì. thiết kế này mang lại khả năng dẫn điện và nhiệt tốt hơn, nhưng chi phí xây dựng cao hơn.
TBGA
Các mảng hình cầu nối với nhau sử dụng một cách linh hoạt để hình thành các đường mỏng giữa các hình cầu hàn để hình thành một bộ phận hình cầu dài và có hiệu ứng nhiệt đẹp.
mặc dù tgba đắt hơn pbga, nhưng nó đủ phổ biến để xử lý chip hoặc mạch tích hợp ở phía trước hoặc phía sau. Nếu mặt hướng lên, cấu trúc kết nối dẫn tốt hơn, nhưng khi mặt hướng xuống, việc thiết kế cuộn sẽ tốt hơn.
EBGA
BGA tăng cường là các PBGA có các tùy chọn bộ giải nhiệt bổ sung. chúng được xây dựng xung quanh các con chip và các thành phần điện tử trên nền.
EBGA thường sử dụng cấu trúc kết nối dây, chip hướng xuống, hợp chất lỏng được sử dụng để niêm phong các thành phần điện tử trên đập.
FC-BGA
chip reverse bga tương tự với bga kiểu gốm, nhưng với một mặt phẳng nhựa bt thay cho một mặt phẳng gốm. Thiết kế này tiết kiệm chi phí, nhưng quan trọng nhất, tạo ra các đường dẫn điện ngắn hơn để cải thiện các đặc tính điện và hiệu năng.
Intel® Celeron® Di Động có chipset Gói BGA2 Reployed
nguồn: wikipedia
MBGA
kim loại bga có đặc điểm là nền gốm bằng kim loại và các khóa dẫn làm cấu trúc bên trong, chip hướng xuống và mạch điện có lớp phủ laser. MBGAs có các tính năng điện và nhiệt tuyệt vời.
Micro-BGA
micro-bga là một chip csp có cấu trúc bga. nó đặt khoảng cách nhỏ giữa các quả bóng để đạt được một kết nối mật độ cao hơn.
BGA cũng có lớp elastomero độc đáo để chịu được sự thay đổi nhiệt độ giữa chúng và bảng mạch tốt hơn.
Lắp ráp BGA
sự phân bố vật liệu
Việc phân bố vật liệu hàn bao gồm việc tích hợp kem vào một mặt phẳng để gắn vào một mảng hình cầu kim loại. Có hai phương pháp phân bố:
trầm tích ống tiêm
Phương pháp này, như tên gọi của nó, bao gồm việc sử dụng một ống tiêm để tích trữ một lượng chất bột được kiểm soát dưới dạng chấm, đường hoặc vòng tròn.
Các ứng dụng có chức năng di chuyển trục X và trục Y (đôi khi cũng có chức năng di chuyển trục Z) điều khiển sự di chuyển của máy bơm tiêm trong khi áp suất không khí đẩy vật liệu qua lỗ kim.
Quá trình này rất chậm, không phù hợp cho việc sản xuất hàng loạt, nhưng rất phù hợp cho việc tái chế.
in lưới thép
Một khuôn mẫu là một mẫu kim loại mỏng có các khe hở phía trên cho phép băng thiết đi qua một vị trí cụ thể.
Sau khi vật liệu được đặt ở mặt trên của khuôn mẫu, các bánh xe cao su đi qua vùng in vẽ, do đó nhanh chóng được đặt trong một thao tác. vì vậy, phương pháp này rất phù hợp với việc sản xuất hàng loạt.
máy in hàn
phun hàn
phun hàn là một phương pháp thay thế cho công nghệ phân bố hàn nêu trên, hoạt động tương tự với việc in phun laser với mực. quy trình này có thể áp dụng một cách chính xác vào các mặt phẳng hoặc các cấu phần điện tử.
chỉ phụ tùng hàn gắn
khi bạn sử dụng các tinh thể tối thiệu chì hoặc các chiếc kim loại gắn kết, bạn có thể chỉ sử dụng các kết nối hỗ trợ. có hai cách để thực hiện sự kết nối này. Bạn có thể đặt dung lượng hỗ trợ lên một mặt nền, hoặc nhúng BGA vào sự thay đổi trước khi kết nối.
Mục đích của vật liệu hỗ trợ là loại bỏ tất cả các oxide bề mặt và đảm bảo bga vào vị trí trước khi quá trình luồng trở. tuy nhiên, quá trình này cần khí trơ để thành công.
Kiểm tra trước khi lắp ráp
Nếu không đủ vật liệu hoặc mất một biểu diễn dạng hoặc mất đi, việc làm việc với vật liệu có thể không hình thành đường gắn BGA. Do vậy, cần thiết phải kiểm tra các bộ phận hàn bằng một hệ thống đo lường ngoại trực tuyến hoặc một máy in có hệ thống đo lường.
đo độ cao, kích cỡ và vị trí của lớp vỏ. hệ thống nên phát hiện các quả bóng hàn bị mất và quyết định liệu kích thước và hình dạng của mảng bóng hàn có phù hợp hay không.
máy kiểm tra kem hàn
đặt các bộ phận
Bước tiếp theo là đặt các bộ phận và sử dụng các đánh dấu cơ sở hoặc các cạnh đóng gói để căn chỉnh như các hướng dẫn đặt của hệ thống nhìn thấy máy. Các điểm hàn BGA có các đặc tính tự căn chỉnh và có thể phù hợp với các dung sai đặt lên tới 50%.
hàn ngược
Hướng trở lại là bước cuối cùng trong quá trình lắp ráp và liên quan đến việc hàn mảng hình cầu dùng tia hồng ngoại hoặc lò xo.
máy hàn hồng ngoại
các vấn đề về độ tin cậy và chế độ mất hiệu quả của gói bga
mặc dù gói bga có rất nhiều lợi ích so với gói pga, việc cài đặt các linh kiện điện tử này có thể là một vấn đề tiềm. bao gồm:
thiết kế lót
thiết kế các mặt phẳng có ảnh hưởng rất lớn đến độ tin cậy của các bộ phận bga. vì nó cố định đĩa hàn đồng, nó sẽ ảnh hưởng đến hình học của nó. mặt nạ kháng hàn tạo ra các điểm căng thẳng cao trên quả bóng, dẫn đến nứt các khe hợp. nếu các vết nứt mở rộng xung quanh quả bóng, có thể dẫn đến sự cố mạch.
di chuyển trong/ sau khi luồng trở lại
Sau khi hỗ trở lại, nếu băng chuyển động bất ngờ, các thành phần gắn trên bề mặt có thể di chuyển bởi vì mỗi quả bóng đã được làm đông lại. Để giảm thiểu vấn đề này, các nhà sản xuất sử dụng hợp kim 62Sn36Pb2Ag với phạm vi nóng chảy thay vì tổng hợp 63Sn37Pb.
Pop Corning
Các PBGAs có thể nổi nếu có nhiều nước hút giữa bộ phận được đúc và nền cơ sở. Do nhựa có khả năng hấp thụ độ ẩm thấp, không khí ẩm ướt sẽ nở ra nhanh chóng và có thể gây ra các vết nứt sắc nhọn trong khi hàn lại.
Các nhà sản xuất có thể tránh được điều này bằng cách làm nóng các linh kiện trong không khí nitơ/ khối hoặc bằng cách thiết kế các lỗ rộng tản nhiệt ở dưới con chip.
bỏng ngô BGA
các khoảng trống trong các đường hợp
Nhiệt độ, sự co lại trong quá trình làm đông và sự bay hơi của dung dịch hàn sẽ tạo ra khoảng trống trong các khe hàn. Tuy nhiên, không phải tất cả những lỗ hổng này đều tệ đến thế. các đĩa hàn có khoảng cách nhỏ lên đến 16% so với các đĩa hàn không có khoảng trống thì đáng tin cậy hơn. bạn chỉ nên tránh các đĩa hàn lớn hơn 40% kích cỡ đĩa hàn.
Mệt mỏi nhiệt
Sự giãn nở nhiệt khác nhau giữa bảng mạch và gói có thể dẫn đến mức nhiệt mà có thể dẫn đến các đầu nối nát. Vấn đề này rất phổ biến với CBGAs, vì loại gói này có sự không khớp vật liệu CTE nghiêm trọng nhất.
nhà sản xuất có kinh nghiệm với bga không
Outsourcing BGA Manufacturing có thể giúp bạn tiết kiệm thời gian và tiền bạc, nhưng bạn cần phải chọn một nhà sản xuất với những phẩm chất sau:
Hiệu suất cao
chất lượng được kiểm soát và nhất quán
chuyên môn kỹ thuật
chi phí thấp
Chúng tôi là nhà sản xuất BGA có kinh nghiệm và lắp ráp các bộ phận này với các vật liệu và thiết kế tốt nhất để tránh các chế độ hư hỏng và các vấn đề về độ tin cậy.
tóm tắt
Như bạn có thể thấy, BGA là một gói bộ phận bề mặt hiệu quả cao, mật độ cao, rất thích hợp cho các chip và mạch tích hợp. nếu bạn cần làm việc với một nhà sản xuất có kinh nghiệm để sản xuất cho dự án của bạn, xin liên hệ với chúng tôi để biết thêm chi tiết.