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PCBA BGA-最不可或缺的封装终极指南

  • 发表时间:2021-07-20 09:05:46
  • 来源:PCBA
  • 人气:81

    在PCBA BGA上,您的集成电路有很多引脚吗?甚至可能超过 100 个引脚?如果是这种情况,您应该为您的集成电路寻找一种方便且坚固的封装。但是,你猜怎么着,你并不需要研究各地,润泽五洲知道你应该做的!

    即使在受控条件下,QFP封装也更容易损坏,因为它们具有非常紧密的封装和细引脚。此外,如果其焊接没有得到适当的监督,则会导致连接不良。您可能还会在某些导致拥塞的区域遇到高引脚密度。

    但是,请放心,您应该寻找球栅阵列 SMT 封装。它是这些问题的解决方案,您的焊接点的可靠性将大大提高。在本指南中,润泽五洲将提及您需要了解的有关 BGA SMT 封装的所有不同细节。

    带有 BGA 的 PCBA

    1.1 什么是PCBA BGA?

    球栅阵列是一种芯片载体——表面贴装技术——用于集成电路。如果您想永久安装您的微处理器,那么您应该使用球栅阵列 (BGA)。与您从扁平封装中获得的相比,BGA 将为您提供更多的互连引脚。

    将利用设备的整个底部区域,而不仅仅是周边。此外,引线的尺寸也更小,为您提供更高的高速性能。传统的引脚网格阵列 (PGA) 封装导致了 BGA 封装的发展。PGA 是一种封装,它的一个面上有以网格图案排列的引脚,覆盖整个或部分覆盖它。运行时,引脚在印刷电路板 (PCBA) 和集成电路 ( IC )之间发送电信号。

    现在让我们来看看 BGA 与 PGA 有何不同。在 BGA 中,您需要用封装底部表面上的焊盘替换引脚。一开始,您将通过粘贴小焊球来完成。您可以手动或使用自动设备放置这些焊球。图 1 显示了球栅阵列 IC 的特写。

    通常,铜焊盘将 BGA IC 和印刷电路板(PCBA)连接在一起。这些焊盘的图案与焊球互补。在更创新的技术中,焊球可以放置在 BGA 封装和PCBA 上。如果您计划开发多芯片模块,您可以使用焊球将不同的封装连接在一起。图 2 说明了 BGA IC 在印刷电路板上的占位面积。

PCBA

    1.2PCBA BGA的优势

    使用PCBA BGA,您将获得以下优势:

    1. BGA封装解决了为多引脚IC开发小封装的问题。传统上,双列直插和引脚网格阵列表面贴装封装的引脚之间的空间很小。它们为具有更多引脚的焊接过程提供了巨大的劣势。但是,您无需担心使用 BGA 封装意外将两个引脚焊接在一起。

    2. 同样,与有腿的封装相比,BGA 封装在放置在 PCBA 上时具有更低的热阻。这使得封装中的 IC 产生的热量很容易通过 PCBA 传导。你能猜出这是一件好事吗?当然,它可以避免您的芯片过热。

    3. 您知道在高速电子电路中哪些特性会导致不需要的信号失真吗?电导体中不需要的电感是造成这种现象的原因。然而,BGA 在PCBA 和封装之间的距离很小,这反过来又导致较低的引线电感。因此,您将通过固定设备获得一流的电气性能。

    4. 使用 BGA,您可以有效地利用您的印刷电路板空间。您将能够在表面贴装器件 (SMD) 正下方进行连接。连接不再仅限于 SMD 封装外围。

    5. BGA 带来的另一个优势是减小了封装的厚度。听起来不错。您可以轻松地在智能手机等小型电子设备中 PCBA制造

    6. 最后但并非最不重要的一点是,由于焊盘尺寸更大,您将获得增强的可再加工性。

    BGA焊接基础

    2.1 PCBA BGA焊接温度

    仔细选择焊料合金的焊接温度和成分是非常关键的。如果您确保 BGA PCBA 封装的焊料没有完全熔化,将会有所帮助。它需要保持半液体状态,允许每个球与其他球分开放置。

    2.2 BGA焊接套件和焊接机

    幸运的是,BGA 焊接套件或焊接机在市场上随处可见。您也可以在线购买它们。通常,焊机具有以下主要特点:

    返工 BGA 和其他 SMD。

    手动焊接、脱焊、安装和移除 BGA 封装。

    集成红外线加热板和热风加热器。

    易于使用。它将有一个触摸屏界面。

    用于精确控制温度

    和紧急保护。

    图 3 展示了 BGA 焊接或返修站。

PCB BGA.jpg

    下一章,润泽五洲将详细讲解BGA焊接工艺。

    BGA焊接工艺

    最初,BGA 的主要问题之一是能否提供可靠的焊接工艺。您不必与术语焊接混淆;它只是焊接的另一种说法。此外,由于 BGA 在器件的底面上有焊盘而不是引脚,因此确保采用正确的焊接程序至关重要。

    幸运的是,BGA 焊接方法已证明比传统的四方扁平封装更可靠。您只需要确保该方法设置正确。这反过来又意味着BGA 组装也将更加可靠。因此,BGA 已大量用于原型PCBA 组装和批量生产 PCBA 组装。

    3.1 BGA焊球尺寸和塌陷高度

    进行 BGA 焊接时,请仔细选择焊球的尺寸。您将需要非常仔细地测量数量的焊料。此外,当焊球受热时,焊料会熔化。一旦熔化,表面张力将使熔化的焊料正确地将封装与 PCBA 对齐。然后焊料将冷却并固化。这样,您的 BGA PCBA 就准备好了。图 4 显示了试图修复 BGA 焊球的专家的手。

    3.2 PCBA BGA组装

    一开始,PCBA BGA 组装是主要的担忧之一。工程师不确定 PCBA BGA 组装是否能够达到传统SMT方法的可靠性水平。然而,BGA 已经证明自己更可靠。因此,BGA 已大量用于将 PCBA 的原型材料清单 (BOM) 安装到电路板上。PCBA组装和量产PCBA组装。

    您将需要使用回流方法来焊接 BGA 封装。你可能想知道为什么会这样。这背后的主要原因是您需要确保焊料在 BGA 模块下方熔化。为此,整个组件需要达到熔化温度。最后,只有回流方法才能达到这个目的。

    现在,许多设备都使用 BGA 封装作为标准 PCBA BGA 封装。因此,PCBA BGA 封装的组装技术现在比较有名。制造商可以很舒服地处理它们。同样,BGA 器件在设计中使用时不应引起任何恐惧。

    BGA封装

    4.1 什么是 BGA 封装?

    正如我们在第一章中已经描述的那样,BGA 封装不使用 IC 的侧面进行连接。它使用集成电路的底面,从而为连接提供更多空间。此外,BGA 使用铜焊盘而不是引脚进行连接。

    铜焊盘具有焊球,这些焊球在 PCBA 上具有一组互补的铜焊盘。因此,它们可以很容易地安装在 PCBA 上。有趣的是,这里的焊盘排列在 IC 下方的网格中。因此,正是这种特殊的排列方式使球栅阵列得名。

    4.2 BGA封装尺寸

    通常,PCBA BGA 封装的间距尺寸最小为 0.3mm。此外,两个 BGA 封装之间的长度通常在 0.2 毫米左右。此外,与电路线的最小距离约为 0.2 毫米。这些是一般尺寸;如果您正在寻找不同的尺寸,您可以联系制造商。图 5 显示了手指上的小型 BGA 封装。你可以猜到它的大小。

PCBA

    4.3 BGA 封装类型

    有六种不同的 BGA 封装。润泽五洲将在本节中逐一介绍。

    1. 模制阵列工艺球栅阵列 (MAPBGA):它是一种 BGA 封装,提供低电感和简单的表面安装。您可以将其用于中低性能设备。它高度可靠、便宜且占地面积小。

    2. 塑料球栅阵列 (PBGA):同样,这种 BGA 封装具有低电感、简单的表面安装、高可靠性和便宜的特点。此外,它的基板有更多的铜层,可以处理更多的散热水平。您可以将它用于中等性能到高性能的设备。

    3. 热增强塑料球栅阵列 (TEPBGA):正如它的名字一样,这种 BGA 封装可以处理高水平的散热。其基板具有实心铜平面。

    4. 带状球栅阵列 (TBGA):您可以将此 BGA 封装用作中高端应用的解决方案。您无需使用任何外部散热器,因为它将提供出色的散热性能。

    5. 封装上封装 (PoP):您想节省 PCBA 上的空间吗?如果是这样,您应该使用此 BGA 封装。它将允许您将存储设备放在某个基本设备上。

    微型 BGA:与标准 BGA 封装相比,这种 BGA 封装非常小。目前,您将看到 0.65、0.75 和 0.8 毫米间距尺寸在行业中占主导地位。

    设计PCBA BGA

    您在设计 PCBA BGA 时可能会遇到一些挑战。在本章中,润泽五洲将描述两种肯定会对您有所帮助的策略。

    5.1 定义合适的退出路线

    您可能在创建不会导致装配失败或类似问题的适当退出路线时遇到问题。对于正确的扇出布线计划,您需要查看许多 PCBA 细节,例如 I/O 引脚数量、焊盘和过孔尺寸、走线宽度间距以及扇出 BGA 需要多少层。图 6 说明了 BGA 中的退出路径。


    5.2 确定需要的层

    作为设计师,决定PCBA 布局的层数并不容易。具有更多层数的 PCBA 将是昂贵的。另一方面,您可能需要增加层数以降低噪声水平。

    首先,您应该确定过孔的尺寸,以及PCBA设计的空间和走线宽度。然后,还需要确定单通道迹线的数量。之后,您应该决定所需的层数。对于较少的层,关键是减少 I/O 引脚的应用。

    最后,润泽五洲会同意设计 BGA 并不容易。您将需要遵循某些设计规则。作为初学者,您可能会觉得设计很难,但Altium Designer 一定会让您轻松完成。

    修复球栅阵列

    用新的 BGA 替换 BGA 是可能的。拆下 BGA 后,您可以对其进行修复或翻新。如果你的芯片很贵,它会派上用场。BGA修复工艺也称为BGA造反。在这个过程中,焊球被替换。在市场上,你可以买到微小的现成焊球。它们是专门为此目的而设计的。

    6.1 BGA检查

    BGA 设备有一个主要问题,即您无法使用光学方法查看焊点。您不能仅通过测试其电气性能来检查连接。连接有可能焊接不充分,随着时间的推移会恶化。因此,只有一种可靠的检查方法,即e。X 射线检查。

    X 射线检查将透视设备下方的焊接连接。然而,工作表明,如果焊锡机配置正确,BGA 封装的焊接不会有任何问题。如果您正确设置了热量分布,那将会有所帮助。图 7 显示了正在焊接的 BGA 芯片。

    6.2 BGA返修

    到目前为止,您可以正确预测 PCBA BGA 的返工也不是一件容易的事。但是,使用正确的设备,您可以做到完美。在 PCBA BGA 返修程序中,使用特定的返修台来提供去除 BGA 所需的热量。这包括一个控制温度的热电偶、一个带有红外线加热器的工具架和一个包装提升真空装置。

    您必须非常小心,并确保您只是在加热和移除 BGA。此外,应尽可能少地影响附近的设备。否则,他们会被烧毁。图 8 显示了 BGA 返修台。