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技术天地

什么是BGA封装?

对于需要高密度衔接的SMD IC,球栅阵列已变得越来越盛行。运用IC封装的下侧而不是边缘衔接,能够降低衔接密度,简化PCB布局。

运用SMD BGA IC封装的首要问题在于,运用芯片的下侧意味着无法直接拜访衔接,从而使焊接,拆焊和查看愈加困难。可是,运用主线PCB出产设备能够轻松战胜这些问题,并能够进步全体牢靠性和功能。

什么是BGA封装?
球栅阵列BGA运用的衔接办法与传统的外表设备衔接所用的办法不同。其他包装,例如方形扁平包装,QFP,则运用包装的旁边面进行衔接。这意味着针脚的空间有限,针脚有必要十分紧密地隔开,而且要供给所需等级的衔接性而有必要小得多。球栅阵列(BGA)运用封装的底侧,该区域的衔接空间很大。

将引脚以网格图案(因而称为Ball Grid Array)放置在芯片载体的下外表上。此外,与其运用引脚来供给连通性,不如将带有焊锡球的焊盘用作衔接办法。在要设备BGA器材的印刷电路板上,PCB上有一组配套的铜垫,用于供给所需的衔接性。

除了改善衔接性之外,BGA还具有其他优势。与四方扁平封装器材比较,它们在硅芯片之间供给的热阻更低。这允许由封装内部的集成电路产生的热量更快,更有效地从器材中传导到PCB上。这样,BGA器材无需特别的冷却措施就能够产生更多的热量。

除此之外,导体在芯片载体的下侧的事实意味着芯片内的引线更短。因而,不需要的引线电感水平较低,因而,球栅阵列器材能够供给比QFP同类器材更高的功能。

球栅阵列BGA的方针
球栅阵列的开发旨在为IC和设备制作商供给许多长处,并为最终的设备用户供给长处。与其他技能比较,BGA的一些优势包含:

有效利用印刷电路板空间,允许在SMD封装下进行衔接,而不仅仅是在其外围进行衔接
热和电功能均得到改善。BGA封装可为低电感供给电源和接地层,并为信号供给受控的阻抗走线,并能够经过焊盘等将热量传导走。
因为改善了焊接,进步了出产良率。BGA允许衔接之间的距离较大,并具有更好的可焊性。
减小包装厚度,这在许多组件需要做得更薄的状况下(例如手机等)具有很大的优势。
更大的焊盘尺度等进步了可返工性
这些长处意味着,虽然开始对该包装表明置疑,但在许多状况下仍供给了一些有用的改善。


运用BGA的理由
引入和运用球栅阵列是有道理的,因为其他技能存在问题,BGA十分简略。常规的四方扁平包装方式的包装具有十分薄且距离十分近的引脚。这种装备引起许多困难。

损坏:   QFP上的引脚天然很细,它们的距离意味着需要十分紧密地控制它们的位置。任何不妥处理都可能导致他们颠沛流离,一旦发生这种状况,简直不可能恢复。运用大引脚数的IC往往十分贵重,因而这可能成为一个首要问题。
引脚密度:   从规划的角度来看,引脚密度是如此之大,以致使走线脱离IC也是有问题的,因为某些区域可能会呈现拥塞。
焊接进程   鉴于QFP引脚之间的距离十分近,需要十分仔细地控制焊接进程,不然触点很容易桥接。
开发BGA封装是为了战胜这些问题,并进步焊接接头的牢靠性。结果,BGA被广泛运用,而且现已开发了战胜其运用问题的工艺和设备。

BGA封装类型
为了满足不同类型的拼装和设备的各种要求,现已开发了许多BGA变体。

MAPBGA-模制阵列工艺球栅阵列:   此BGA封装针对要求封装具有低电感,易于外表设备的低功能至中功能器材。它供给了一个占地面积小,牢靠性高的低成本挑选。
PBGA-塑料球栅阵列:   此BGA封装用于要求电感低,易于外表设备,成本相对较低同时还坚持较高牢靠性的中至高功能器材。它在基板中还有一些额外的铜层,能够处理增加的功耗水平。
TEPBGA-热增强塑料球栅阵列:   此封装可供给更高的散热水平。它运用基板上的厚铜平面将热量从芯片吸到客户板上。
TBGA-胶带球栅阵列:   此BGA封装是中高端解决方案,适用于需要高热功能而无需外部散热器的运用。
PoP-包装上的包装:   此包装可用于空间十分宝贵的运用中。它允许将存储包堆叠在根本设备的顶部。
MicroBGA:   望文生义,这种类型的BGA封装小于规范BGA封装。业界共有三种距离:0.65、0.75和0.8mm。
BGA拼装
初次引入BGA时,BGA拼装是首要关注的问题之一。如果无法以一般的方式触及焊盘,BGA拼装将达到能够经过更传统的SMT封装完成的规范。实际上,虽然对于球栅阵列BGA器材来说,焊接似乎是一个问题,但发现规范的回流焊办法十分适宜这些器材,而且接头牢靠性也十分好。从那时起,BGA拼装办法得到了改善,而且一般发现BGA焊接特别牢靠。

在焊接进程中,然后将整个组件加热。焊球中的焊料量十分仔细地控制,而且在焊接进程中加热时,焊料会熔化。外表张力使熔化的焊料将封装与电路板正确对齐,同时焊料冷却并固化。仔细挑选焊料合金的成分和焊接温度,以使焊料不会完全融化,而是坚持半液态,从而使每个球都与相邻的球体坚持独立。

因为现在许多产品都采用BGA封装作为规范,因而BGA拼装办法现已很老练,大多数制作商都能够轻松适应。因而,在规划中不应该担心运用BGA器材。

BGA设备的问题之一是无法运用光学办法查看焊接衔接。结果,在初次引入该技能时就产生了置疑,许多制作商进行了测试以保证他们能够令人满意地焊接器材。焊接球栅阵列设备的首要问题是,有必要施加满足的热量以保证网格中的一切球都充沛熔化,以使每个接头都能令人满意地制成。

经过查看电气功能无法完全测试接头。接头可能制作不妥,而且跟着时间的消逝会失效。仅有令人满意的查看办法是运用X射线查看,因为该查看办法能够经过设备在下面的焊接点处调查。发现正确设置了焊接机的热量散布后,BGA器材焊接得很好,简直没有遇到问题,从而使BGA拼装对于大多数运用成为可能。

球栅阵列,BGA返修
能够意料,除非有正确的设备,不然对包含BGA的电路板进行返工并不容易。如果置疑BGA有毛病,则能够卸下设备。这是经过部分加热设备以熔化其下方的焊料来完成的。

在BGA返修进程中,一般会在专门的返修站中消除加热。它包含一个装有红外线加热器的夹具,一个用于监督温度的热电偶和一个用于提高包装的真空设备。需要格外小心,以保证仅加热和取出BGA。需要尽可能少地影响附近的其他设备,不然可能会损坏它们。

BGA修理/ BGA压球
卸下后,能够用新的BGA替代。有时可能会创新或修理已撤除的BGA。如果芯片很贵重,而且一旦被移除,就能够作为作业设备,那么这种BGA修复可能是一个有吸引力的提议。进行BGA修理时,需要以称为“重新成球”的进程更换焊球。能够运用为此意图制作和出售的一些小型现成的焊球来进行BGA修理。

许多安排现已建立了专门的设备来进行BGA植锡。

BGA,球栅阵列技能现已老练。虽然可能会呈现无法拜访联系人的问题,可是现已找到了战胜这些问题的适宜办法。跟着走线和引脚密度的降低,PCB布局和电路板的牢靠性得到了改善,此外,这种焊接变得愈加牢靠,而且红外回流技能也得到了改善,以完成牢靠的焊接。类似地,运用BGA的电路板查看能够运用X射线查看,AXI,此外,还开发了返工技能。结果,BGA技能的运用已导致质量和牢靠性的全体进步。

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