BGA-Leiterplatte: Der unverzichtbare ultimative Leitfaden für Gehäuse und Design

Ball Grid Array (BGA) ist ein gängiges oberflächenmontierbares Gehäuse, das von der Pin Grid Array (PGA)-Technologie abgeleitet ist. Es verwendet ein Gitter aus Lötkugeln oder -leitungen, um elektrische Signale von der integrierten Leiterplatte zu leiten. BGA-Gehäuse sind in modernen PCB-Designs beliebt, da sie gegenüber anderen Arten von IC-Gehäusen mehrere Vorteile bieten.

Was ist BGA in PCB?

BGA ist auch als Ball Grid Array bekannt, was eine Art von ist Oberflächenmontagetechnik (SMT) das zum Verpacken integrierter Schaltkreise verwendet wird. BGA-Gehäuse werden zur dauerhaften Montage von Geräten wie Mikroprozessoren verwendet. Ein BGA kann mehr Verbindungspins bereitstellen, als auf einem Dual-Inline- oder Flachgehäuse untergebracht werden können.

Anstelle von Pins wie beim PGA werden beim BGA Lötkugeln verwendet, die auf der Leiterplatte (PCB) platziert werden. Durch die Verwendung leitfähiger gedruckter Drähte unterstützt und verbindet die Leiterplatte elektronische Komponenten.

Arten von BGA in PCB

Für unterschiedliche Geräte und Montagearten gelten unterschiedliche Anforderungen. Aus diesem Grund gibt es viele verschiedene und sinnvolle Varianten des Ball Grid Arrays, die entsprechend den erforderlichen Anforderungen hergestellt werden. Es gibt verschiedene Arten von BGA-Gehäusen, die üblicherweise im PCB-Design verwendet werden:

• Mikro-BGA: Micro-BGA sind klein, was sie ideal für kleine High-Tech-Produkte macht. Außerdem gibt es nur wenige Pins und es ist die Hauptkomponente von Geräten mit hoher Speicherkapazität. Hier sind drei Steigungen vorherrschend: 0.8, 0.65 und 0.75 mm.

• Kunststoff-BGA (PBGA): PBGA sind nützliche Geräte mit mittlerer bis hoher Leistung, die eine einfache Oberflächenmontage, niedrige Induktivität und niedrige Kosten erfordern. Dennoch bleibt die hohe Zuverlässigkeit erhalten. Dieses PBGA-Gehäuse verfügt über zusätzliche Kupferschichten, die zur Verbesserung der Verlustleistungsfähigkeit beitragen.

• Band-BGA (TBGA): Das TBGA-Gehäuse wird in Mittel- und High-End-Lösungen für Anwendungen verwendet, die eine hohe Wärmeleistung ohne externen Kühlkörper erfordern. Der einzige Nachteil von TBGA besteht darin, dass die Kosten immer höher sind als bei PBGA.

• Thermisch verbessertes Kunststoff-BGA (TEPBGA): Das MAPBGA-Gehäuse wird in Geräten mit geringer bis mittlerer Leistung verwendet, die ein Gehäuse mit geringer Induktivität und eine einfache Oberflächenmontage erfordern. Es bietet eine kostengünstige Option mit geringem Platzbedarf und hoher Zuverlässigkeit.

• Molded Array Process BGA (MAPBGA): Das MAPBGA-Gehäuse verwendet Materialien in Halbleiterqualität und ist daher robust für Langzeitprozesse und flexible Designbeschränkungen. Es dient hauptsächlich der Verbesserung der SMT-Kapazität, verbesserten thermischen Prozessen und Geräten mit geringer Induktivität.

• Paket auf Paket (PoP): Das POP-Ball-Grid-Array-Paket eignet sich für Anwendungen, bei denen der Platz knapp ist. Dies ermöglicht das Stapeln eines Speicherpakets auf der Oberseite Ihres Basisgeräts.

Die Vorteile von BGA-PCB

• Effiziente PCB-Platznutzung im BGA-Gehäuse: Durch die Verwendung von BGA-Gehäusen könnten wir weniger PCB-Komponenten und einen kleineren Platzbedarf in PCBs verwenden, und ein solches Paket kann auch in kundenspezifischen PCBs verwendet werden, was den PCB-Platz effektiver machen könnte.

• Hervorragende Leistung bei hohen Geschwindigkeiten: Bei BGA werden die Lötkugeln nahe beieinander platziert, was eine enge Verbindung zwischen den Komponenten ermöglicht, die Verbindungen stärkt und Signalverzerrungen bei Hochgeschwindigkeitsarbeiten reduziert. Dadurch bietet das System eine höhere elektrische Leistung bei hohen Geschwindigkeiten.

• Weniger Komponentenschaden: Im Gegensatz zu PGA werden die Lotkugeln von BGA durch den Erhitzungsprozess geschmolzen, wodurch sie an der Leiterplatte haften bleiben. Dies trägt dazu bei, das Risiko einer Komponentenbeschädigung zu verringern.

• Reduzierung der Kosten für die Leiterplattenbestückung: Effiziente Nutzung des PCB-Platzes, verbesserte Funktionen, schnelle Fertigungsgeschwindigkeit und geringere Beschädigungsgefahr – all dies würde definitiv dazu beitragen, die Kosten zu reduzieren Leiterplattenmontage Kosten, wenn wir ein BGA-Paket verwenden.

• Zuverlässige Konstruktion: Die in den PGA-Gehäusen verwendeten Pins sind dünn und zerbrechlich. Daher können diese Stifte leicht beschädigt oder verbogen werden. Bei BGA-Paketen ist dies jedoch nicht der Fall. Bei BGA werden Lötpads mit Lötkugeln verbunden, was das System zuverlässiger macht.

Die Nachteile der Verwendung von Ball Grid Arrays

• Übermäßig teuer: Ein BGA ist nichts anderes als ein kleines Stück Material, auf dem der Hersteller einen integrierten Schaltkreis platziert. Da die BGAs winzig klein sind, ist es schwierig, die Lötstellen durch visuelle Beobachtung zu überprüfen. Mit speziellen Mikroskopen und Röntgengeräten lässt sich dieses Problem jedoch lösen.

• Schwierig zu überprüfen: Bei BGA werden die Lötkugeln nahe beieinander platziert, was eine enge Verbindung zwischen den Komponenten ermöglicht, die Verbindungen stärkt und Signalverzerrungen bei Hochgeschwindigkeitsarbeiten reduziert. Dadurch bietet das System eine höhere elektrische Leistung bei hohen Geschwindigkeiten.

• Anfällig für Stress: Aufgrund der Biegebeanspruchung der Leiterplatten sind BGAs anfällig für Belastungen, die zu Zuverlässigkeitsproblemen führen.

Tipps zum BGA-PCB-Layout

Je komplexer die BGA-Bauteile, mit denen Sie arbeiten, desto mehr müssen Sie im Voraus planen, um jeden Pin erfolgreich an das zugehörige Netz zu leiten. Bei BGAs mit hoher Pinanzahl und einem Rastermaß von 0.5 mm ist eine sorgfältige Planung erforderlich, um Escape-Routing-Muster für alle ihre Netze zu entwerfen. Dies erfordert viel Voraussicht bei der Platzierung der Komponenten, lange bevor Sie mit dem Verlegen Ihrer Leiterbahnen beginnen.

Beginnen Sie Ihre Platzierungsgrundrissplanung wie immer zunächst mit den festen Komponenten wie Anschlüssen, Schaltern und anderen E/A-Geräten. Sie sollten auch die thermischen Aspekte der Platine im Auge behalten, um sicherzustellen, dass Ihre heiß laufenden BGAs über den Luftstrom verfügen, den sie benötigen, um kühl zu bleiben. Prozessor- und Speicherchips müssen nahe genug an ihren externen Anschlüssen liegen, damit sie keine langen Leiterbahnlängen über die gesamte Platine ziehen müssen. Gleichzeitig müssen Sie genügend Platz bieten, damit alle Teile des Signalpfads sauber passen, ohne dass ihre Spuren zu weit wandern müssen, um sie zu erreichen.

Wenn Sie mit der Platzierung beginnen, denken Sie daran, Ihren BGA-Teilen genügend Platz für die gesamte Führung um sie herum zu geben. Mit diesen Teilen sollten viele Bypass-Kondensatoren verbunden sein, und sie müssen direkt neben den Pins platziert werden, mit denen sie verbunden sind. Als nächstes müssen die Komponenten, die Teil der Signalpfade sind, nacheinander zwischen der Quelle und der Last der Signale platziert werden. Dies erfordert möglicherweise die Änderung großer Teile Ihrer Platzierung, um diese Teile einzupassen. Seien Sie also auf interaktive Arbeit vorbereitet, um die Platzierung abzuschließen.

So funktioniert die BGA-Montage

• BGA-Reballing: Bei diesem Vorgang werden alle alten gelöteten Kugeln auf einer Gitteranordnung durch neue Kugeln ersetzt. Ingenieure wenden dieses Verfahren auf PC-Motherboards, Spielekonsolen oder Laptops an, die Probleme mit ihren VGA-Karten haben.

• BGA-Löten: Hersteller betreiben BGA-Löten, indem sie den Lot-Reflow-Prozess mit Hilfe eines Reflow-Ofens anwenden. Während des BGA-Lötprozesses schmelzen die BGA-Lötkugeln im Reflow-Ofen.

• BGA-Überarbeitung: Beim BGA-Rework-Prozess wird ein elektronisches Bauteil in einer speziellen BGA-Rework-Station erhitzt. Und es verfügt über eine Vakuumvorrichtung, die das Paket verstärkt. Es verfügt außerdem über einen Infrarotbrenner und ein Thermoelement, das die Temperatur prüft.

So testen Sie die BGA-Montageplatine

Die fortschrittlichste Inspektionsmethode für BGAs ist die Röntgeninspektion. Röntgenstrahlen wirken, indem sie Röntgenenergie von einer Röntgenröhre auf die Platine emittieren. Röntgenstrahlen durchdringen die Platine in unterschiedlicher Menge, wobei mehr Röntgenstrahlen in dichten Bereichen wie Lötstellen eingefangen werden.

Die elektrische Prüfung von BGAs ist ein weiterer Inspektionsprozess, der die elektrischen Eigenschaften der Platine prüft. Dies unterscheidet sich von mechanischen Tests, bei denen es sich um einen zerstörenden Prozess handelt, bei dem der BGA Stoß- und Schertests unterzogen wird, um die Qualität der Lötverbindungen unter Belastung zu bewerten.

Unter optischer Inspektion, auch Sichtprüfung genannt, versteht man den Einsatz optischer Technologie zur Betrachtung eines BGA und seiner Anschlüsse. Bei dieser Technik wurden in der Vergangenheit das bloße Auge oder Mikroskope verwendet, die nur begrenzte Ergebnisse lieferten. Für diese Untersuchungstechnik hat sich jedoch die Einführung des Endoskops als besonders wertvoll erwiesen.

So reinigen Sie das BGA-Paket

• Legen Sie das BGA-Gehäuse auf eine leitfähige Unterlage und tragen Sie eine Streulotpaste auf die Oberfläche auf.

• Mithilfe von Lötdraht und Lötkolben müssen wir die Kugel vorsichtig aus dem BGA entfernen. Erhitzen Sie mit dem Lötkolben den absorbierenden Draht und schmelzen Sie die Zinnkugel, bevor Sie mit der Wäscheleine über die BGA-Oberfläche streichen.

• Reinigen Sie die BGA-Oberfläche sofort mit Industriealkohol. Verwenden Sie Reibungsbewegungen, um Lötmittel von der BGA-Oberfläche zu entfernen.

• Untersuchen Sie mithilfe des Mikroskops die sauberen Pads, beschädigten Pads und nicht entfernten Zinnkugeln.

• Verwenden Sie entionisiertes Wasser und eine Bürste, um die BGA-Oberfläche sorgfältig zu schrubben.

• Lassen Sie das BGA an der Luft trocknen und überprüfen Sie die BGA-Oberfläche noch einmal.

Zusammenfassung

BGA-Gehäuse werden in Zukunft auf den Märkten für Elektro- und Elektronikprodukte immer beliebter. BGA-Leiterplatten werden aufgrund ihrer hohen Pinzahl und ihres geringen Profils in einer Vielzahl elektronischer Geräte verwendet, darunter Computer, Mobiltelefone und Spielekonsolen. Durch die hohe Pinzahl können mehr Verbindungen zwischen dem Gerät und der Leiterplatte hergestellt werden, während das niedrige Profil ein kompakteres Design ermöglicht.

Wenn Sie Fragen haben oder weitere Informationen zur Herstellung von BGA-Leiterplatten benötigen, wenden Sie sich bitte an kontaktieren Sie unsWir helfen Ihnen gerne weiter.