BGA-Verpackungslöten und Röntgenprüfung erläutert

Da elektronische Geräte immer kleiner werden und ihre Funktionskomplexität steigt,Fortschritte in der Very Large Scale Integration (VLSI) -Technologie haben zunehmende Anforderungen an die Anzahl der Eingabe/Ausgabe-Schnittstellen (I/O) und die Komponentenmaße gestellt.Ball Grid Array (BGA) -Verpackungen sind die ideale Lösung, um diesen Herausforderungen zu begegnen.

BGA-Integrierte Schaltungen, die von wenigen bis zu mehr als fünfhundert Pins reichen, sind in modernen Produkten wie Mobilgeräten, Personalcomputern und verschiedenen Kommunikationsgeräten allgegenwärtig.Dieser Artikel untersucht die BGA-Verpackungstechnologie eingehend und behandelt ihre grundlegenden Konzepte, Merkmale, Typen, Lötverfahren und Röntgeninspektionstechniken.

BGA- und PoP-Verpackungen: Begriffe erklärt

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)Diese Lötkugeln verbinden sich mit dem Chip durch Metallverkabelung und ermöglichen die Signalübertragung zwischen dem Chip und der Leiterplatte.

Es gibt zwei gängige BGA-Paketstrukturen:

• BGA-Drahtverbindung:In dieser Konfiguration wird der Chip durch feine Metalldrähte mit dem Substrat verbunden, die dann über Metallspuren auf dem Substrat zum Lötkugel-Array weitergeleitet werden.
• Flip Chip BGA:Dieses Design montiert den Chip direkt umgekehrt auf das Substrat und verbindet ihn durch Lötkugeln ohne Drahtbindung.Verbesserung der Signalübertragungsgeschwindigkeit.

Im Vergleich zu herkömmlichen DIP- oder Flachpaketen bietet BGA mehr I/O-Verbindungen und kürzere Chip-zu-Lötkugel-Distanzen, was bei Hochfrequenzanwendungen eine überlegene Leistung bietet.

Paket auf Paket (PoP) -Technologie

Package on Package (PoP) ist eine Stacking-Technologie, die mehrere Chips oder Komponenten in einem einzigen Paket integriert.mit einer Leistung von mehr als 50 W undDieser Ansatz reduziert die PCB-Flächenanforderungen erheblich und minimiert gleichzeitig die Probleme der Signalintegrität und verbessert damit die Gesamtleistung der Platine.

Vorteile des PoP:

• Reduzierte Bauteilgröße
• Niedrigere Gesamtkosten
• Vereinfachte Komplexität der Leiterplatten

Unter allen Verpackungsarten bleibt BGA die beliebteste Wahl der Branche für hohe E/A-Geräte.

Wesentliche Merkmale von BGA-Verpackungen

Die breite Verbreitung der BGA-Verpackungen beruht auf ihren bemerkenswerten Merkmalen:

• Hohe Pinzahl:Behält zahlreiche I/O-Pins für komplexe Schaltkreisentwürfe
• Kein Problem mit der Schraubebeugung:Schweißkugelverbindungen beseitigen herkömmliche Deformationsprobleme
• Hohe Verbindungsdichte:Eine enge Lötkugel-Anordnung ermöglicht eine größere Miniaturisierung
• Reduzierte Platzierung:Er nimmt weniger Fläche ein als andere Pakete mit gleichwertiger E/A-Zahl
• Niedrige Induktivität:Kürzere Verbindungswege verbessern die Signalqualität
• Eigenschaften der Selbstausrichtung:Die Oberflächenspannung der geschmolzenen Lötkugeln korrigiert automatisch die Platzierung während des Rückflusses
• Niedrige Wärmebeständigkeit:Verbessert die Wärmeabgabe, um Überhitzung zu verhindern

BGA-Verpackungsarten

Der Markt bietet verschiedene Paketarten für BGA an, darunter:

• Kunststoff BGA (PBGA):Merkmale Kunststoffverkapselung, Glas-Epoxyl-Laminat-Substrate und geätzte Kupferspuren mit vorgeformten Lötkugeln
• BGA mit hoher thermischer Leistung (HLPBGA):mit einer Breite von mehr als 20 mm,
• Band BGA (TBGA):Verwendet flexible Substrate mit hervorragenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften
• mit einer Breite von mehr als 20 mm,für Hochleistungsanwendungen mit überlegenem thermischem Management ausgelegt

BGA-Lötverfahren

Bei der BGA-Montage werden BGA-Komponenten in Rückflussöfen gelötet, in denen Lötkugeln schmelzen, um elektrische Verbindungen zu bilden.

Kritische Schweißüberlegungen:

• Eine ausreichende Erwärmung sorgt für eine vollständige Schmelze aller Lötkugeln für zuverlässige Verbindungen
• Die Oberflächenspannung hält die Verpackung bis zur Lötverfestigung ausgerichtet
• Die präzise Zusammensetzung der Lötlegierung und die Temperaturkontrolle verhindern die Verschmelzung der Kugel bei gleichzeitiger Trennung

Gemeinsame Inspektion der BGA-Lötmaschinen

Bei herkömmlichen optischen Untersuchungen können nicht versteckte BGA-Lötverbindungen unter den Bauteilen ermittelt werden.Da es nur die Leitfähigkeit zur Zeit der Prüfung überprüft, ohne die Lebensdauer der Gelenke vorherzusagen.

Röntgenuntersuchung

Die Röntgentechnologie ermöglicht eine zerstörungsfreie Untersuchung verborgener Lötverbindungen.Verschiedene Prüfmethoden einschließlich manueller, automatisierte optische Inspektion (AOI) und automatisierte Röntgeninspektion.

BGA-Umarbeitungsverfahren

Bei defekten BGA-Komponenten ist eine sorgfältige Entfernung durch lokalisiertes Erhitzen erforderlich, um die zugrunde liegenden Lötverbindungen zu schmelzen.mit einer Breite von mehr als 20 mm,Eine präzise thermische Steuerung schützt benachbarte Bauteile während der Nachbearbeitung.

Schlussfolgerung

BGA-Komponenten sind in der Elektronikindustrie sowohl für die Massenproduktion als auch für Prototypenanwendungen weit verbreitet.BGA-Verpackungen verwalten die Komplexität des Layouts effektiv und bieten gleichzeitig höhere E/A-Zählungen in begrenzten Räumen., kompakte elektronische Konstruktionen.