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Che cos'è l'elettronica BGA nei PCB?
Avete mai scoperto come fa il vostro smartphone a essere così piccolo e potente? Questo è possibile grazie alla tecnologia BGA (Ball Grid Array).
In questo articolo, ELEPCB introdurrà il importanza dell'elettronica BGA, componenti, applicazioni e vari confronti di prestazioni correlate per offrirvi una comprensione completa.
Definizione di BGA
Griglia a sfereo BGA sono pacchetti che possono essere utilizzati per montare CI, chip di memoria, e microprocessore componentes sulla superficie. A differenza di array di griglie di pin convenzionali (PGA) o doppio in linea, il BGA è collegato a una scheda di circuito stampato (PCB) mediante piccole sfere di saldatura sul retro della confezione.
Qual è il significato di BGA nel PCB?
È importante perché dispositivi ad alte prestazioni richiedono BGA. Facilita la produzione di dispositivi più piccoli senza sacrificare potenza e velocità.
Inoltre, il BGA lascia fuoriuscire il calore, il che contribuisce a Mantenere i gadget al fresco. Elettronica BGA è generalmente eccellente per la tecnologia veloce di oggi, come ad esempio computer, smartphonee console di gioco.
Tipi di componenti BGA nell'elettronica BGA
1 BGA in plastica (PBGA)
- Si può utilizzare nelle console di gioco, nei computer portatili, negli smartphone, ecc.
2 BGA in ceramica (CBGA)
- Viene utilizzato nel settore automobilistico, nell'elettronica industriale e aerospaziale componenti.
3 Nastro BGA (TBGA)
- Viene utilizzato in dispositivi portatili come computer portatili, smartphone, indossabili e tablet, ecc.
4 Micro BGA (µBGA)
- In applicazioni ad alta densità come la tecnologia indossabile e i dispositivi medici, i progettisti contano ogni millimetro.
5 BGA potenziato termicamente (TEBGA)
- I TBGA sono utilizzati in dispositivi che generano un calore elevato, come i computer ad alte prestazioni, le infrastrutture di telecomunicazione e i server, ecc.
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Componenti elettronici BGA
in Applicazioni PCB
In dispositivi elettronici ad alta tecnologia che richiedono affidabilità, compattezza, e prestazioni ottimaliI componenti BGA (Ball Grid Array) sono comunemente utilizzati. I componenti BGA hanno diversi esempi significativi e i loro usi, tra cui:
1. Microprocessori (CPU) Microcontrollori (MCU)
Il microcontrollore è un computer compatto dotato di memoria, sistema operativo (processore) e altri componenti. componenti per scopi specifici. Tuttavia, i microprocessori sono i mattoni fondamentali dei computer.
- I moderni processori richiedono un elevato numero di pinche i BGA possono gestire in centinaia o migliaia di pin.
- L'inclusione di CPU potenti in dispositivi sottili richiede un design compatto.
- Per ottenere la massima efficienza, le CPU veloci richiedere efficienza termica perché facilita la dissipazione del calore attraverso il circuito stampato.
2. Unità di elaborazione grafica (GPU)
Le GPU sono componenti specializzati presenti in computer, in grado di migliorare la qualità di immagini e video grazie all'utilizzo di circuiti speciali.
- Dimensioni ridotte e permette di inserire potenti schede grafiche in dispositivi di piccole dimensioni.
- Immagine veloce e trasmissione grafica è facilitata da un'elevata velocità di trasmissione dei dati.
- Quando ci si impegna in un lavoro rigoroso, gestione del calore è facilitata da un buon raffreddamento.
3. Schede di memoria
Esistono due tipi di memoria: stoccaggio esteso (ad esempio NAND, memoria flash) e stoccaggio a breve termine (Seconda generazione).
- La sua compattezza ne facilita l'inserimento in tdispositivi hin, evidenziando la sua Efficienza dello spazio.
- L'accesso rapido alla memoria è reso possibile dalla percorsi elettrici affidabili forniti da BGA connessioni.
4. Gate array programmabili in campo (FPGA)
Gate array programmabili in campo (FPGA) come vengono chiamati, sono chip per computer che possono essere fabbricati e progettati per vari scopi.
- Consente di personalizzazione di più pin da utilizzare in diversi compiti programmabili.
- Questa operazione veloce è stata progettata per alleviare i disturbi del segnale in alte frequenze.
5. Parti per la comunicazione wireless
Dispositivi elettronici dotati di capacità di comunicazione wireless mediante GPS, Bluetooth o Wi-Fi.
- Di dimensioni compatte, è ideale per dispositivi di trasporto o di indossamento..
- La comunicazione è più affidabile con minore perdita di segnale.
6. Sistema su chip (SoC)
I SoC sono chip che consistono in un CPU, unità di elaborazione grafica (GPU), la memoria e controllori di ingresso/uscita.
- Conduce numerosi compiti in un pacchetto.
- I collegamenti più corti portano a prestazioni più rapide e consumo energetico ridotto.
7. Circuiti integrati per applicazioni specifiche (ASIC)
Il ASIC sono chip per computer progettati per scopi specifici, come l'estrazione e l'elaborazione dell'intelligenza artificiale.
- Utilizza una configurazione esclusiva per gestire specifico ad alto volume compiti.
- Le connessioni BGA sono in grado di gestire le circostanze difficili e elevata richiesta di energia.
8. Chip di rete
- Accelerare il trasferimento dati e tempi di risposta con una larghezza di banda elevata.
- Può essere facilmente integrato in dispositivi con spazio di rete limitato.
9. Zoccoli BGA nell'elettronica BGA
- A Zoccolo BGA è un dispositivo elettromeccanico che offre un dispositivo staccabile collegamento tra il pacchetto IC e la scheda di circuito del sistema mentre provoca minimo degrado dell'integrità del segnale. Questi zoccoli forniscono connessioni elettriche sicure attaccandosi alle sfere BGA con perni a molla o altri mezzi.
- Capacità degli zoccoli BGA di allinearsi con precisione pacchetti BGA a passo fine garantisce prestazioni e durata eccezionali, riduce la probabilità di danni ai PCB e facilita la riparazione.
- Gli zoccoli BGA utilizzano elastomero a basso costo tecnologia di contatto per lo sviluppo del sistema, la validazione del silicio e la prototipo applicazioni.
10. Sfere BGA nell'elettronica BGA
Standard delle sfere a saldare BGA
Il IPC specifica le linee guida specifiche per BGA tolleranze dimensionali dei pad. Le linee guida indicano che la dimensione nominale della sfera viene utilizzata per calcolare la quantità appropriata di riduzione o aumento della dimensione del pad.
Successivamente, viene introdotta una tolleranza per le dimensioni del pad per tenere conto delle variazioni. IPC-7351 si consiglia di utilizzare il Condizione massima del materiale (MMC) per questa variazione di precisione.
Palla a saldare BGA
A BGA (griglia a sfere imballaggio) sfera di saldatura, a volte indicato come un sfera di saldatura senza piomboviene utilizzato al posto del perno in un'applicazione Struttura del pacchetto di componenti IC per soddisfare le esigenze di connessioni meccaniche ed elettriche. Di solito, il diametro della sfera è compreso tra 0,1 e 1,8 mm. La composizione della lega determina variazioni della temperatura eutettica. La La temperatura più bassa è di 183°C, mentre il La temperatura più alta è di 217°C.
Quando si salda, è frequente che una pallina ceda.
- Palla non collassante: costruita utilizzando maschere di saldatura o design dei pad più grandi.
- Il Specifiche IPC-7351 contengono tabelle che illustrano le modifiche alle dimensioni dei pad.
- Per garantire un allineamento e una saldatura corretti, le dimensioni delle piazzole sono ridotto per le palle che crollano.
- Per sfere non collassanti, la dimensione del pad viene aumentata, in particolare in passo fine BGA applicazioni dove tecnologia via-in-pad è solitamente richiesto per fanout effettivo.
11. Chip BGA in elettronica BGA
- A BGA PCB chip è un tipo di pacchetto di circuito integrato che si attacca al circuito stampato utilizzando una serie di sfere di saldatura. Poiché questa architettura consente un'elevata densità di connessioni pur mantenendo un ingombro minimo, è ideale per applicazioni elettriche complesse quali computer, smartphone, e Internet delle cose dispositivi.
- Le sfere di saldatura opportunamente spaziate sul retro del chip BGA si allineano con le piazzole corrispondenti sul PCB per creare forti connessioni elettriche e termiche. Questa disposizione migliora le prestazioni, riduce le interferenze del segnale e aumenta la dissipazione del calore rispetto alle tradizionali confezioni al piombo.
- Tuttavia, i chip BGA necessitano di un assemblaggio preciso, compresa la saldatura a riflusso, e possono essere impegnativo da controllare e rielaborare a causa delle loro connessioni nascoste.
- BGA I chip sono di diversi tipi.
- BGA in ceramica
- BGA in laminato plastico
- Nastro BGA Chip PCB
- Tipi di pacchetti PoP
- Tipo di pacchetto QFN
- Flip-Chip
| Componente | Applicazione |
| CPU&MCU | Computer, computer portatili, telefoni, tablet, elettrodomestici, macchinari |
| GPU | Console di gioco, computer veloci, laptop, strumenti legati all'intelligenza artificiale per la gestione e l'apprendimento delle informazioni, produzione di immagini. |
| Schede di memoria | Fotocamere, tablet, telefoni cellulari, SSD per l'archiviazione di dati, dispositivi IoT |
| FPGA | Impianti di produzione (automazione dei macchinari), reti 5G, sistemi di difesa e aerei |
| Parti per la comunicazione wireless | Smartphone, dispositivi indossabili, dispositivi per la casa intelligente, sistemi di navigazione per auto. |
| SoC | Telefoni, tablet, console di gioco, smart TV, gadget AI |
| ASIC | Tecnologia ADAS, aree di stoccaggio di macchine e AI |
| Chip di rete | Data center, hardware per computer domestici (switch, router), torri cellulari 5G |
| Unità di controllo per autoveicoli | Sistemi di controllo del motore, monitoraggio delle prestazioni del motore, ADAS, gestione delle batterie EV |
| Sfere BGA | Macchine fotografiche digitali, MP3/4, computer, telefoni cellulari, LED, sistemi home theater |
| Zoccoli BGA | Vari tipi (SBT, con foro di accesso termico, ecc.) |
| Chip BGA | Elettronica di consumo (smartphone, tablet, laptop), elettronica automobilistica (infotainment, ADAS, gestione della batteria), controllo industriale, apparecchiature di comunicazione (stazioni base 5G, router, switch) |
Come saldare un componente BGA
in Elettronica BGA
Applicare un po' di flussante e pulire le piazzole del PCB prima di applicare la saldatura ai componenti BGA.
- Assicurarsi di allineare la parte BGA con i cuscinetti utilizzando un dispositivo di ingrandimento.
- È fondamentale evitare improvvise fluttuazioni di temperatura durante il riscaldamento del PCB. Utilizzando un sistema di riflusso a infrarossi o uno strumento ad aria calda, riscaldare lentamente la saldatura. fino a raggiungere 210-250°C per saldatura senza piombos.
- Assicurarsi che non ci siano movimenti mentre le sfere di saldatura si liquefanno.
- Dopo aver completato il assemblea, assicurarsi che tutti i giunti siano allineati correttamente, senza saldature e senza spazi aperti. È possibile utilizzare un Raggi X o un microscopio per aiutare in questo compito.
- Il processo di riscaldamento consigliato e ampio flusso sono ottimali per raggiungere i risultati desiderati.
Le sfide dell'elettronica BGA
Le sfide dell'ispezione
- Saldatura giunti nascosti può causare problemi durante le visite di routine ispezioni.
- Gli strumenti di ispezione avanzati sono necessari per Raggi X imaging e Ispezione ottica automatizzata (AOI).
- Tempo e denaro sono entrambi essenziali per verificare qualità.
Complessità della rilavorazione
- Da riparare, sono necessari strumenti speciali.
- Corretto temperatura che coinvolge le parti può causare danni.
- A causa della nostra necessità di competenze e di moderne attrezzature per le riparazioni, noi sostenere maggiori spese.
Sensibilità ambientale
- Aria di fango ha un effetto negativo sull'assorbimento di umidità da BGA in plastica.
- La vulnerabilità di materiali e saldare i collegamenti a variazioni di temperatura.
- Conservare in un contenitore asciutto o sottovuoto per una conservazione e una manipolazione ottimali.
Costi di produzione elevati
- Le spese aggiuntive derivano dalla necessità di attrezzature specializzate per un'attenta posizionamento e ispezione.
- BGA realizzati in ceramica e hanno potenziamento termico sono più costosi.
- Aumento dei costi derivanti da commettere errori e richiedere abilità specifiche.
LGA Vs BGA Vs PGA
I. Confronto della densità dei pin LGA
LGA
- Ad esempio, il socket LGA 1200 di Intel è caratterizzato da 1200 pin. La sua densità di spilli è relativamente alta ma, rispetto a alcuni ad alta densità BGA configurazioni, è ancora più basso.
BGA
- In alcuni microprocessori avanzati, sono presenti oltre 4000 sfere di saldatura collegati in un'area relativamente piccola, con densità di pin estremamente elevatacome la serie Ryzen Threadripper di AMD in pacchetti BGA.
PGA
- Quando i vecchi processori Intel Pentium, ad esempio, sono arrivati in commercio PGA Il numero di pin era dell'ordine di 370 - 478 pin, che è densità di pin molto più bassa rispetto al moderno BGA patatine fritte.
In generale, BGA > LGA > PGA (dal più alto al più basso).
II. Confronto delle prestazioni termiche
LGA
- Negli scenari di calcolo ad alte prestazioni, la resistenza termica di Componenti LGA può variare da 0,5 - 1,0°C/W.
BGA
- In applicazioni HPC comparabili, i componenti BGA presentano resistenze termiche dell'ordine di circa Da 0,3 a 0,6°C/W. Sulle CPU server ad alta potenza, il Chip BGA sono alcuni 40-50% più efficiente dal punto di vista termico rispetto a Chip PGA. A titolo di esempio, quando funzionano a pieno carico, le CPU per server basate su BGA sono circa 10 -15°C più freddo rispetto alle corrispondenti CPU basate su PGA.
PGA
- Durante l'elaborazione per scopi generali, Componenti PGA tendono a presentare una resistività termica dell'ordine di circa Da 1,0 a 1,5 °C/W.
Complessivamente, BGA > LGA > PGA (prestazioni dal migliore al peggiore)
III. Confronto della stabilità termo-meccanica
LGA
- LGA parti possono tendere a hanno un guasto meccanico del 10-15% circa meno di quello rispetto a PGA componenti nella maggior parte dei settori ad alta intensità di vibrazioni.
BGA
- Ambiente soggetto a forti urti meccanici: In caso di ambiente soggetto a forti urti, le sfere di saldatura uniformemente distribuite in un assemblaggio BGA hanno una migliore integrità meccanica. Tuttavia, il processo di produzione dei BGA richiede un posizionamento preciso delle sfere di saldatura.
PGA
- Più soggetti a danni meccanici: i birilli PGA più lunghi sono maggiormente esposti a danni e nella maggior parte dei test di caduta hanno rischiato di essere danneggiati. 20 -30 % più pin rotti/disallineati rispetto agli assemblaggi LGA.
Nel complesso, BGA e LGA sono relativamente buoni. PGA è scarsa.
IV. Confronto del processo di assemblaggio
LGA
- Il trattamento di assemblaggio ha nessuna menzione speciale delle differenze significative con gli altri due punti principali attraverso il collegamento del piano.
BGA
- Le dimensioni ridotte delle sfere di saldatura richiedono un allineamento più preciso durante la saldatura, rendendo così più difficile da assemblare rispetto alla PGA.
PGA
- L'assemblaggio dei PGA è relativamente più semplice, poiché i pin possono essere inseriti facilmente negli zoccoli. Per un ambiente di produzione di piccole dimensioni con assemblaggio manuale, PGA i gruppi sono 30 - 50% più veloce di BGA assemblaggi.
In generale, PGA > LGA > BGA.
Nel complesso, sebbene tutti siano utilizzati nelle tecnologie di montaggio superficiale, il loro rapporto di connessione è molto diverso l'uno dall'altro.
- LGA: Mentre LGA utilizza piazzole piatte invece di sfere di saldatura per il collegamento alla scheda. Offre buona stabilità meccanica.
- BGA: L'array a griglia di sfere offre un'elevata densità di pin e proprietà termiche superiori, poiché utilizza sfere di saldatura per la connessione al circuito stampato. Quindi, offre elevate proprietà di dissipazione del calore.
- PGA: Il PGA utilizza pin per il collegamento al circuito stampato con una densità di pin e una stabilità meccanica limitate. PGA è facile da maneggiare durante il montaggio rispetto al BGA.
Conclusione
La tecnologia moderna trae grande vantaggio da Elettronica BGA perché offrono efficienza, prestazioni e affidabilità eccezionali in un design compatto. La comprensione della tecnologia BGA è essenziale per creazione di nuovi prodotti o miglioramento di quelli esistenti nel settore dell'elettronica. Anche se ci sono alcuni svantaggi, questi sono mitigati da una migliore produzione e controllo qualità che rende i BGA una parte essenziale della progettazione dei dispositivi elettronici.
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