PCB BGA: la guía definitiva de paquete y diseño más indispensable

Ball grid array (BGA) es un paquete común de montaje en superficie derivado de la tecnología pin grid array (PGA). Utiliza una rejilla de bolas de soldadura o cables para conducir señales eléctricas desde la placa de circuito integrado. Los paquetes BGA son populares en los diseños modernos de PCB porque ofrecen varias ventajas sobre otros tipos de paquetes IC.

¿Qué es BGA en PCB?

BGA también se conoce como Ball Grid Array, que es un tipo de tecnología de montaje en superficie (SMT) que se utiliza para empaquetar circuitos integrados. Los paquetes BGA se utilizan para montar dispositivos de forma permanente, como microprocesadores. Un BGA puede proporcionar más pines de interconexión de los que se pueden colocar en un paquete doble en línea o plano.

En lugar de pines como el PGA, el BGA usa bolas de soldadura que se colocan en la placa de circuito impreso (PCB). Mediante el uso de cables impresos conductores, la placa de circuito impreso admite y conecta componentes electrónicos.

Tipos de BGA en PCB

Hay diferentes requisitos para diferentes equipos y tipos de montaje. Esta es la razón por la que existen muchas variantes diferentes y útiles de la matriz de rejilla de bolas, que se fabrican para cumplir los requisitos necesarios. Hay varios tipos de paquetes BGA comúnmente utilizados en el diseño de PCB:

• MicroBGA: Micro BGA es pequeño, lo que los hace ideales para pequeños productos de alta tecnología. Además, sus pines son pocos, y es el componente principal de los dispositivos de alto almacenamiento. Aquí prevalecen tres pasos: 0.8, 0.65 y 0.75 mm.

• Plástico BGA (PBGA): PBGA es un dispositivo útil de rendimiento medio a alto, que requiere facilidad de montaje en superficie, baja inductancia y bajo costo. Sin embargo, aún conserva altos niveles de confiabilidad. Este paquete PBGA presenta capas de cobre adicionales que son útiles para mejorar la capacidad de disipación de energía.

• Cinta BGA (TBGA): El paquete TBGA se utiliza en soluciones de gama media y alta para aplicaciones que necesitan un alto rendimiento térmico sin un disipador de calor externo. La única desventaja de TBGA es que siempre cuesta más que PBGA.

• Plástico mejorado térmicamente BGA (TEPBGA): El paquete MAPBGA se utiliza en dispositivos de rendimiento bajo a medio que requieren un paquete con baja inductancia y facilidad de montaje en superficie. Proporciona una opción de bajo costo con un tamaño reducido y un alto nivel de confiabilidad.

• Proceso de matriz moldeada BGA (MAPBGA): El paquete MAPBGA utiliza materiales de grado semiconductor, lo que lo hace resistente para procesos a largo plazo y restricciones de diseño flexibles. Es principalmente para capacidad SMT mejorada, procesos térmicos mejorados y dispositivos de baja inductancia.

• Paquete sobre paquete (PoP): El paquete de matriz de rejilla de bolas POP es útil en aplicaciones en las que el espacio es realmente importante. Esto permite apilar un paquete de memoria en la parte superior de su dispositivo base.

Las ventajas de BGA PCB

• Uso eficiente del espacio de PCB en el paquete BGA: Al usar el paquete BGA, podríamos usar menos componentes de PCB y una huella más pequeña en PCB, y dicho paquete también se puede usar en PCB personalizados, lo que podría hacer que el espacio de PCB sea más efectivo.

• Excelente rendimiento a altas velocidades: En BGA, las bolas de soldadura se colocan una cerca de la otra, lo que permite una estrecha unión entre los componentes, fortalece las interconexiones y reduce las distorsiones de la señal durante el trabajo a alta velocidad. Esto significa que el sistema ofrece un mayor rendimiento eléctrico a altas velocidades.

• Menos daños a los componentes: A diferencia de PGA, las bolas de soldadura de BGA se derriten mediante el proceso de calentamiento, lo que les permite adherirse a la placa de circuito. Esto ayuda a reducir las posibilidades de daños en los componentes.

• Reducción del costo de ensamblaje de PCB: Uso eficiente del espacio de PCB, características mejoradas, velocidad de fabricación rápida y menos peligro de daños, todo esto definitivamente ayudaría a reducir el Montaje de PCB costo cuando estamos usando el paquete BGA.

• Construcción confiable: Los pines utilizados en los paquetes PGA son delgados y frágiles. Por lo tanto, estos pasadores se dañan o doblan fácilmente. Sin embargo, esto no sucede con los paquetes BGA. En BGA, las almohadillas de soldadura están conectadas a bolas de soldadura que hacen que el sistema sea más confiable.

Las desventajas de usar arreglos de cuadrícula de bolas

• Excesivamente caro: Un BGA no es más que una pequeña pieza de material en la que el fabricante coloca un troquel de circuito integrado. Como los BGA tienen un tamaño pequeño, es difícil inspeccionar las uniones de soldadura a través de la observación visual. Sin embargo, este problema se puede resolver utilizando microscopios especiales y máquinas de rayos X.

• Difícil de inspeccionar: En BGA, las bolas de soldadura se colocan una cerca de la otra, lo que permite una estrecha unión entre los componentes, fortalece las interconexiones y reduce las distorsiones de la señal durante el trabajo a alta velocidad. Esto significa que el sistema ofrece un mayor rendimiento eléctrico a altas velocidades.

• Propenso al estrés: Debido a la tensión de flexión de las placas de circuito, los BGA son propensos a la tensión que conduce a problemas de confiabilidad.

Consejos de diseño de PCB BGA

Cuanto más complejas sean las partes BGA con las que está trabajando, más tendrá que planificar con anticipación para enrutar con éxito cada pin a su red asociada. Los BGA de alto número de pines con sus pines en un paso de 0.5 mm necesitarán una planificación cuidadosa para diseñar patrones de enrutamiento de escape para todas sus redes. Esto requerirá mucha previsión en la ubicación de los componentes mucho antes de enrutar sus trazas.

Como siempre, comience la planificación de su ubicación primero con los componentes fijos, como conectores, interruptores y otros dispositivos IO. También querrá tener en cuenta las consideraciones térmicas de la placa para asegurarse de que sus BGA de funcionamiento en caliente tengan el flujo de aire que necesitan para mantenerse frescos. El procesador y los chips de memoria deben estar lo suficientemente cerca de sus conectores externos para que no tengan que ejecutar largas longitudes de seguimiento en toda la placa. Al mismo tiempo, debe proporcionar suficiente espacio para que todas las partes de la ruta de la señal encajen perfectamente sin que sus rastros tengan que desplazarse demasiado para alcanzarlos.

Al comenzar su colocación, recuerde dejar suficiente espacio a sus partes BGA para todo su enrutamiento a su alrededor. Estas partes deben tener muchos condensadores de derivación asociados y deben colocarse directamente al lado de los pines a los que están conectados. A continuación, los componentes que forman parte de las rutas de la señal deben colocarse secuencialmente entre la fuente y la carga de las señales. Esto puede requerir la modificación de grandes porciones de su ubicación para encajar estas partes, así que prepárese para el trabajo interactivo para finalizar la ubicación.

Cómo funciona el ensamblaje BGA

• Reballing BGA: Este proceso implica cambiar todas las bolas soldadas viejas en un ensamblaje de matriz de rejilla por bolas nuevas. Los ingenieros emplean este proceso en placas base de PC, consolas de juegos o portátiles que tienen problemas con sus tarjetas VGA.

• Soldadura BGA: Los fabricantes se dedican a la soldadura BGA aplicando el proceso de reflujo de soldadura con la ayuda de un horno de reflujo. Las bolas de soldadura BGA se derriten en el horno de reflujo durante el proceso de soldadura BGA.

• Reelaboración de BGA: El proceso de reelaboración de BGA involucra un componente electrónico que se calienta en una estación de reelaboración de BGA dedicada. Y tiene un dispositivo de vacío que impulsa el paquete. También tiene un quemador de infrarrojos y un termopar que controla la temperatura.

Cómo probar la placa de ensamblaje BGA

El método de inspección más avanzado para BGA es la inspección por rayos X. Los rayos X funcionan emitiendo energía de rayos X desde un tubo de rayos X hacia la placa. Los rayos X pasan a través de la placa en diferentes cantidades, con más rayos X atrapados en áreas densas como las juntas de soldadura.

La prueba eléctrica de los BGA es otro proceso de inspección que prueba las propiedades eléctricas de la placa. Esto es diferente de la prueba mecánica, que es un proceso destructivo que somete al BGA a pruebas de impacto y corte para evaluar la calidad de las uniones de soldadura bajo estrés.

La inspección óptica, también conocida como inspección visual, es el uso de tecnología óptica para ver un BGA y sus conexiones. Históricamente, esta técnica utilizaba el ojo desnudo o los microscopios, que ofrecían resultados limitados. Sin embargo, la introducción del endoscopio ha demostrado ser particularmente valiosa para esta técnica de inspección.

Cómo limpiar el paquete BGA

• Coloque el paquete BGA en una almohadilla conductora y use una pasta de soldadura de basura en la superficie.

• Al usar el alambre de soldadura y el soldador, debemos quitar con cuidado la bola del BGA. Use el soldador para calentar el alambre absorbente y derrita la bola de estaño antes de pasar la línea de lavado sobre la superficie BGA.

• Limpie la superficie BGA inmediatamente con alcohol industrial. Utilice el movimiento de fricción para eliminar la ayuda de soldadura en la superficie BGA.

• Usando el microscopio para examinar las almohadillas limpias, las almohadillas dañadas y las bolas de estaño sin quitar.

• Use agua desionizada y un cepillo para frotar la superficie BGA con cuidado.

• Deje que el BGA se seque al aire y verifique dos veces la superficie del BGA.

Conclusión

Los paquetes BGA serán cada vez más populares en los mercados de productos eléctricos y electrónicos en el futuro. Los PCB BGA se utilizan en una variedad de dispositivos electrónicos, incluidas computadoras, teléfonos celulares y consolas de juegos, debido a su alto número de pines y bajo perfil. La gran cantidad de pines permite realizar más conexiones entre el dispositivo y la placa de circuito impreso, mientras que el perfil bajo permite un diseño más compacto.

Si tiene alguna pregunta o necesita más información sobre la fabricación de PCB bga, no dude en contactarnos. ponerte en contacto con nosotros, Estaremos encantados de ayudarte.