什麼是球網陣列（BGA）？好處，類型，組裝過程
2024-09-09 2617

球網陣列（BGA）套件在電子設備中已經非常流行，尤其是對於在較小空間中需要許多連接的表面安裝的集成電路（SMD IC）而言。與較舊的設計（在芯片邊緣周圍連接）不同，BGA使用芯片的底面進行連接。這使通過減少混亂並允許更緊湊的佈局來設計印刷電路板（PCB）變得更加容易。本文探討了為什麼BGA軟件包是首選的，它們提供的好處，BGA設計的V ariat離子以及組裝與重新加工期間面臨的挑戰。無論是在消費電子設備還是工業應用中，BGA技術都可以改善電路設計和製造。

目錄

圖1：球網陣列（BGA）

為什麼首選球網陣列（BGA）包裝？

球網陣列（BGA）是一種用於集成電路（ICS）的表面安裝包裝。它具有芯片下側的焊球，而不是傳統的銷釘，這是對需要在較小空間中高連接密度的設備的理想選擇。球網陣列（BGA）軟件包代表了電子製造中較舊的Quad Flat Pack（QFP）設計的重大改進。QFP的QFP較薄且間距緊密，容易彎曲或折斷。它使維修具有挑戰性且昂貴，尤其是對於帶有許多銷釘的電路。

在印刷電路板（PCB）的設計期間，QFP上的緊密包裝的引腳也構成了問題。狹窄的間距會導致軌道擁塞，從而使連接有效地路由連接更加困難。這種擁塞可能會損害電路的佈局和性能。此外，焊接QFP引腳所需的精度增加了在銷釘之間形成不必要的橋樑的風險，可能導致電路故障。

BGA包裹解決了許多此類問題。BGAS不用易碎的銷釘，而是使用放置在芯片下面的焊球球，從而減少了物理損壞的機會，並允許更寬敞，更令人con亂的PCB設計。這種佈局使製造更容易，同時也提高了焊接接頭的可靠性。結果，BGA已成為行業標準。BGA技術使用專門的工具和技術，不僅簡化了製造過程，而且還可以增強電子組件的整體設計和性能。

球網陣列（BGA）技術的好處

球網陣列（BGA）技術已經改變了集成電路（ICS）的方式。這會提高功能和效率。這些增強功能不僅簡化了製造過程，而且還使用這些電路使設備的性能受益。

圖2：球網陣列（BGA）

BGA包裝的優點之一是在印刷電路板（PCB）上有效利用空間。傳統套餐在芯片邊緣周圍連接，佔用更多空間。但是，BGA包裹將焊球球放在芯片下面，從而釋放了板上的寶貴空間。

BGA還提供出色的熱和電性能。該設計允許使用電源和接地平面，降低電感並確保更清潔的電信號。這導致信號完整性提高，這在高速應用中很重要。另外，BGA包裝的佈局有助於更好地散熱，從而防止在操作過程中產生大量熱量的電子產品（例如處理器和圖形卡）中過熱。

BGA軟件包的組裝過程也更加簡單。BGA套件下的焊球無需沿芯片邊緣焊接微針，而是提供了更加可靠和可靠的連接。這會導致製造過程中的缺陷較少，並提高生產效率，尤其是在大眾生產環境中。

BGA技術的另一個好處是它可以支持苗條設備設計的能力。BGA軟件包比較舊的芯片設計更薄，該設計使製造商可以在不犧牲性能的情況下創建更光滑，更緊湊的設備。這對於智能手機和筆記本電腦等便攜式電子產品尤其重要，其中大小和重量是關鍵因素。

除了緊湊性外，BGA包還使維護和維修更加容易。芯片下面的較大的焊料墊簡化了重新加工或更新板的過程，從而可以延長設備的壽命。這對需要長期可靠性的高科技設備有益。

總體而言，節省空間設計，增強性能，簡化製造和更輕鬆的維修的結合使BGA技術成為現代電子產品的首選選擇。無論是在消費設備還是工業應用中，BGA都為當今復雜的電子需求提供了可靠，有效的解決方案。

了解球網陣列（BGA）包

與沿芯片邊緣連接銷釘的舊Quad Flat Pack（QFP）方法不同，BGA使用芯片的底面進行連接。該佈局可以釋放空間，並可以更有效地使用板，避免與銷釘尺寸和間距相關的約束。

在BGA包裝中，連接在芯片下方的網格中排列。而不是傳統的銷釘，而是使用小型焊球來形成連接。這些焊球與印刷電路板（PCB）上的相應銅墊搭配，在安裝芯片時會產生穩定且可靠的接觸點。這種結構不僅可以提高連接耐用性，而且還簡化了組裝過程，因為對齊和焊接組件更加簡單。

BGA套餐的優點之一是它們更有效地管理熱量的能力。通過降低矽芯片和PCB之間的熱電阻，BGA有助於更有效地散發熱量。這在高性能電子中尤其重要，在高性能電子中，管理熱量對於保持穩定的操作和延長組件的壽命很重要。

另一個好處是芯片和董事會之間的潛在線，這要歸功於芯片載體下面的佈局。這可以最大程度地減少鉛電感，從而提高信號完整性和整體性能。因此，它使BGA包成為現代電子設備的首選選項。

球網陣列（BGA）軟件包的不同變體

圖3：球網陣列（BGA）包裝

球網陣列（BGA）包裝技術已經發展為滿足現代電子產品的各種需求，從性能和成本到尺寸和熱量管理。這些不同的要求導致創建了幾種BGA變體。

模製陣列過程球網格陣列（MAPBGA）是為不需要極端性能但仍然需要可靠性和緊湊性的設備而設計的。該變體具有成本效益，電感較低，使其易於表面安裝。它的尺寸和耐用性很小，使其成為廣泛的低至中性電子產品的實用選擇。

對於更苛刻的設備，塑料球網格陣列（PBGA）提供了增強的功能。像Mapbga一樣，它具有低電感和易於安裝，但在基板中添加了銅層以處理更高的功率要求。這使得PBGA非常適合中至高性能設備，這些設備需要更有效的功率耗散，同時保持可靠的可靠性。

當關注熱量時，熱增強的塑料球網格陣列（Tepbga）出色。它在其基材內使用厚的銅平面，以有效地從芯片中吸收熱量，從而確保熱敏感的成分在峰值性能下運行。該變體非常適合有效的熱管理是當務之急的應用。

磁帶球網格陣列（TBGA）設計用於需要較高熱量管理但空間有限的高性能應用。它的熱性能是出色的，而無需外部散熱器，這是高端設備中緊湊型組件的理想選擇。

在特別限制空間的情況下，包裝上的包裝（POP）技術提供了創新的解決方案。它允許堆疊多個組件，例如將存儲模塊直接放置在處理器的頂部，從而最大化非常小的足跡。這使得流行音樂在智能手機或平板電腦（例如智能手機或平板電腦）的設備中非常有用。

對於超緊湊型設備，Microbga變體的音高可用於0.65、0.75和0.8mm。它的微小尺寸使其可以將其融合到密集的電子產品中，這使其成為每毫米計數的高度集成設備的首選選擇。

這些BGA變體中的每一個都展示了BGA技術的適應性，提供了量身定制的解決方案，以滿足電子行業不斷變化的需求。無論是成本效益，熱管理還是空間優化，都有一個適合任何應用程序的BGA軟件包。

球網陣列（BGA）組裝過程

當首先引入球網陣列（BGA）包裝時，人們對如何可靠地組裝它們感到擔憂。傳統的表面安裝技術（SMT）套件具有可訪問的墊子，可輕鬆焊接，但是BGA在包裝下方的連接中提出了不同的挑戰。這引起了人們對BGA在生產過程中是否可以可靠焊接的懷疑。但是，當發現標準回流焊接技術在組裝BGA方面非常有效，從而始終可靠可靠的關節時，這些問題很快就擱置了。

圖4：球網陣列組件

BGA焊接過程依賴於精確的溫度控制。在回流焊接過程中，整個組件都均勻加熱，包括BGA包裝下方的焊球。這些焊球預先塗上了連接所需的確切焊料。隨著溫度的升高，焊料融化並形成連接。表面張力有助於BGA包裝與電路板上的相應墊子自我對齊。表面張力充當指導，確保在加熱階段焊接球保持在位。

隨著焊料的冷卻，它經歷了一個短暫的階段，在該階段中仍然部分融化。這對於允許每個焊球定位在正確的位置而不與相鄰球合併的情況下很重要。用於焊料的特定合金和受控的冷卻過程可確保焊接接頭正確形成並保持分離。這種控制水平有助於BGA組裝的成功。

多年來，用於組裝BGA包裝的方法已被完善和標準化，使其成為現代電子製造業不可或缺的一部分。如今，這些組裝過程已無縫地納入製造線中，並且對BGA的可靠性的最初擔憂在很大程度上消失了。結果，BGA包現在被認為是電子產品設計的可靠和有效選擇，為複雜電路提供了耐用性和精度。

挑戰和解決方案

球網陣列（BGA）設備的主要挑戰之一是，焊接連接隱藏在芯片下面。這使得它們無法使用傳統的光學方法在視覺上檢查。最初，這引起了人們對BGA組件的可靠性的擔憂。作為回應，製造商對其焊接過程進行了微調，以確保在整個組件中均勻地施加熱量。需要這種均勻的熱量分佈來正確熔化所有焊球並在BGA網格中的每個點上固定固體連接。

儘管電氣測試可以確認設備是否在運行，但不足以保證長期的可靠性。在初始測試中，連接可能在電氣上有聲音，但是如果焊接接頭弱或不正確地形成，它可能會隨著時間的流逝而失敗。為了解決這個問題，X射線檢查已成為驗證BGA焊接接頭完整性的首選方法。X射線詳細介紹了芯片下面的焊接連接，使技術人員可以發現任何潛在的問題。通過正確的熱設置和精確的焊接方法，BGA通常會表現出高質量的接頭，從而提高了組件的整體可靠性。

重新設計配備BGA的板

重新設計使用BGA的電路板可能是一個精緻而復雜的過程，通常需要專門的工具和技術。重新加工的第一步涉及刪除故障的BGA。這是通過將局部熱量直接施加到芯片下面的焊料上來完成的。專門的返工站配備了紅外加熱器，以仔細加熱BGA，熱電偶以監視溫度，以及一旦焊料融化，可以抬起芯片的真空工具。控制加熱很重要，以便僅BGA受到影響，從而防止附近的組件損壞。

BGA的維修和重新攻擊

刪除BGA後，可以將其替換為新組件，或者在某些情況下進行翻新。一種常見的維修方法是重新進行，其中涉及更換仍然有效的BGA上的焊球球。對於昂貴的芯片而言，這是一個具有成本效益的選擇，因為它允許將組件重新使用而不是丟棄。許多公司提供專門的服務和設備用於BGA重新全球，有助於延長有價值的組件的壽命。

儘管早期擔心檢查BGA焊接接頭的困難，但該技術仍取得了長足的進步。印刷電路板（PCB）設計的創新，改進的焊接技術（例如紅外回流）以及可靠的X射線檢查方法的集成都有助於解決與BGA相關的最初挑戰。此外，返工與維修技術的進步確保可以可靠地在廣泛的應用中使用BGA。這些改進提高了結合BGA技術的產品的質量和可靠性。

結論

現代電子產品中的球網陣列（BGA）軟件包的採用是由它們的眾多好處驅動的，包括出色的熱管理，減少的組裝複雜性和節省空間的設計。克服最初的挑戰，例如隱藏的焊接關節和重新加工困難，BGA技術已成為各種應用程序中的首選選擇。從緊湊的移動設備到高性能計算系統，BGA軟件包為當今復雜的電子產品提供了可靠，有效的解決方案。