在PCBA BGA上，您的集成電路有很多引腳嗎？甚至可能超過 100 個引腳？如果是這種情況，您應(yīng)該為您的集成電路尋找一種方便且堅固的封裝。但是，你猜怎么著，你并不需要研究各地，潤澤五洲知道你應(yīng)該做的！

    即使在受控條件下，QFP封裝也更容易損壞，因為它們具有非常緊密的封裝和細引腳。此外，如果其焊接沒有得到適當(dāng)?shù)谋O(jiān)督，則會導(dǎo)致連接不良。您可能還會在某些導(dǎo)致?lián)砣膮^(qū)域遇到高引腳密度。

    但是，請放心，您應(yīng)該尋找球柵陣列 SMT 封裝。它是這些問題的解決方案，您的焊接點的可靠性將大大提高。在本指南中，潤澤五洲將提及您需要了解的有關(guān) BGA SMT 封裝的所有不同細節(jié)。

    帶有 BGA 的 PCBA

    1.1 什么是PCBA BGA？

    球柵陣列是一種芯片載體——表面貼裝技術(shù)——用于集成電路。如果您想永久安裝您的微處理器，那么您應(yīng)該使用球柵陣列 (BGA)。與您從扁平封裝中獲得的相比，BGA 將為您提供更多的互連引腳。

    將利用設(shè)備的整個底部區(qū)域，而不僅僅是周邊。此外，引線的尺寸也更小，為您提供更高的高速性能。傳統(tǒng)的引腳網(wǎng)格陣列 (PGA) 封裝導(dǎo)致了 BGA 封裝的發(fā)展。PGA 是一種封裝，它的一個面上有以網(wǎng)格圖案排列的引腳，覆蓋整個或部分覆蓋它。運行時，引腳在印刷電路板 (PCBA) 和集成電路 ( IC )之間發(fā)送電信號。

    現(xiàn)在讓我們來看看 BGA 與 PGA 有何不同。在 BGA 中，您需要用封裝底部表面上的焊盤替換引腳。一開始，您將通過粘貼小焊球來完成。您可以手動或使用自動設(shè)備放置這些焊球。圖 1 顯示了球柵陣列 IC 的特寫。

    通常，銅焊盤將 BGA IC 和印刷電路板(PCBA)連接在一起。這些焊盤的圖案與焊球互補。在更創(chuàng)新的技術(shù)中，焊球可以放置在 BGA 封裝和PCBA 上。如果您計劃開發(fā)多芯片模塊，您可以使用焊球?qū)⒉煌姆庋b連接在一起。圖 2 說明了 BGA IC 在印刷電路板上的占位面積。

    1.2PCBA BGA的優(yōu)勢

    使用PCBA BGA，您將獲得以下優(yōu)勢：

    1. BGA封裝解決了為多引腳IC開發(fā)小封裝的問題。傳統(tǒng)上，雙列直插和引腳網(wǎng)格陣列表面貼裝封裝的引腳之間的空間很小。它們?yōu)榫哂懈嘁_的焊接過程提供了巨大的劣勢。但是，您無需擔(dān)心使用 BGA 封裝意外將兩個引腳焊接在一起。

    2. 同樣，與有腿的封裝相比，BGA 封裝在放置在 PCBA 上時具有更低的熱阻。這使得封裝中的 IC 產(chǎn)生的熱量很容易通過 PCBA 傳導(dǎo)。你能猜出這是一件好事嗎？當(dāng)然，它可以避免您的芯片過熱。

    3. 您知道在高速電子電路中哪些特性會導(dǎo)致不需要的信號失真嗎？電導(dǎo)體中不需要的電感是造成這種現(xiàn)象的原因。然而，BGA 在PCBA 和封裝之間的距離很小，這反過來又導(dǎo)致較低的引線電感。因此，您將通過固定設(shè)備獲得一流的電氣性能。

    4. 使用 BGA，您可以有效地利用您的印刷電路板空間。您將能夠在表面貼裝器件 (SMD) 正下方進行連接。連接不再僅限于 SMD 封裝外圍。

    5. BGA 帶來的另一個優(yōu)勢是減小了封裝的厚度。聽起來不錯。您可以輕松地在智能手機等小型電子設(shè)備中 PCBA制造。

    6. 最后但并非最不重要的一點是，由于焊盤尺寸更大，您將獲得增強的可再加工性。

    BGA焊接基礎(chǔ)

    2.1 PCBA BGA焊接溫度

    仔細選擇焊料合金的焊接溫度和成分是非常關(guān)鍵的。如果您確保 BGA PCBA 封裝的焊料沒有完全熔化，將會有所幫助。它需要保持半液體狀態(tài)，允許每個球與其他球分開放置。

    2.2 BGA焊接套件和焊接機

    幸運的是，BGA 焊接套件或焊接機在市場上隨處可見。您也可以在線購買它們。通常，焊機具有以下主要特點：

    返工 BGA 和其他 SMD。

    手動焊接、脫焊、安裝和移除 BGA 封裝。

    集成紅外線加熱板和熱風(fēng)加熱器。

    易于使用。它將有一個觸摸屏界面。

    用于精確控制溫度

    和緊急保護。

    圖 3 展示了 BGA 焊接或返修站。

    下一章，潤澤五洲將詳細講解BGA焊接工藝。

    BGA焊接工藝

    最初，BGA 的主要問題之一是能否提供可靠的焊接工藝。您不必與術(shù)語焊接混淆；它只是焊接的另一種說法。此外，由于 BGA 在器件的底面上有焊盤而不是引腳，因此確保采用正確的焊接程序至關(guān)重要。

    幸運的是，BGA 焊接方法已證明比傳統(tǒng)的四方扁平封裝更可靠。您只需要確保該方法設(shè)置正確。這反過來又意味著BGA 組裝也將更加可靠。因此，BGA 已大量用于原型PCBA 組裝和批量生產(chǎn) PCBA 組裝。

    3.1 BGA焊球尺寸和塌陷高度

    進行 BGA 焊接時，請仔細選擇焊球的尺寸。您將需要非常仔細地測量數(shù)量的焊料。此外，當(dāng)焊球受熱時，焊料會熔化。一旦熔化，表面張力將使熔化的焊料正確地將封裝與 PCBA 對齊。然后焊料將冷卻并固化。這樣，您的 BGA PCBA 就準備好了。圖 4 顯示了試圖修復(fù) BGA 焊球的專家的手。

    3.2 PCBA BGA組裝

    一開始，PCBA BGA 組裝是主要的擔(dān)憂之一。工程師不確定 PCBA BGA 組裝是否能夠達到傳統(tǒng)SMT方法的可靠性水平。然而，BGA 已經(jīng)證明自己更可靠。因此，BGA 已大量用于將 PCBA 的原型材料清單 (BOM) 安裝到電路板上。PCBA組裝和量產(chǎn)PCBA組裝。

    您將需要使用回流方法來焊接 BGA 封裝。你可能想知道為什么會這樣。這背后的主要原因是您需要確保焊料在 BGA 模塊下方熔化。為此，整個組件需要達到熔化溫度。最后，只有回流方法才能達到這個目的。

    現(xiàn)在，許多設(shè)備都使用 BGA 封裝作為標準 PCBA BGA 封裝。因此，PCBA BGA 封裝的組裝技術(shù)現(xiàn)在比較有名。制造商可以很舒服地處理它們。同樣，BGA 器件在設(shè)計中使用時不應(yīng)引起任何恐懼。

    BGA封裝

    4.1 什么是 BGA 封裝？

    正如我們在第一章中已經(jīng)描述的那樣，BGA 封裝不使用 IC 的側(cè)面進行連接。它使用集成電路的底面，從而為連接提供更多空間。此外，BGA 使用銅焊盤而不是引腳進行連接。

    銅焊盤具有焊球，這些焊球在 PCBA 上具有一組互補的銅焊盤。因此，它們可以很容易地安裝在 PCBA 上。有趣的是，這里的焊盤排列在 IC 下方的網(wǎng)格中。因此，正是這種特殊的排列方式使球柵陣列得名。

    4.2 BGA封裝尺寸

    通常，PCBA BGA 封裝的間距尺寸最小為 0.3mm。此外，兩個 BGA 封裝之間的長度通常在 0.2 毫米左右。此外，與電路線的最小距離約為 0.2 毫米。這些是一般尺寸；如果您正在尋找不同的尺寸，您可以聯(lián)系制造商。圖 5 顯示了手指上的小型 BGA 封裝。你可以猜到它的大小。

    4.3 BGA 封裝類型

    有六種不同的 BGA 封裝。潤澤五洲將在本節(jié)中逐一介紹。

    1. 模制陣列工藝球柵陣列 (MAPBGA)：它是一種 BGA 封裝，提供低電感和簡單的表面安裝。您可以將其用于中低性能設(shè)備。它高度可靠、便宜且占地面積小。

    2. 塑料球柵陣列 (PBGA)：同樣，這種 BGA 封裝具有低電感、簡單的表面安裝、高可靠性和便宜的特點。此外，它的基板有更多的銅層，可以處理更多的散熱水平。您可以將它用于中等性能到高性能的設(shè)備。

    3. 熱增強塑料球柵陣列 (TEPBGA)：正如它的名字一樣，這種 BGA 封裝可以處理高水平的散熱。其基板具有實心銅平面。

    4. 帶狀球柵陣列 (TBGA)：您可以將此 BGA 封裝用作中高端應(yīng)用的解決方案。您無需使用任何外部散熱器，因為它將提供出色的散熱性能。

    5. 封裝上封裝 (PoP)：您想節(jié)省 PCBA 上的空間嗎？如果是這樣，您應(yīng)該使用此 BGA 封裝。它將允許您將存儲設(shè)備放在某個基本設(shè)備上。

    微型 BGA：與標準 BGA 封裝相比，這種 BGA 封裝非常小。目前，您將看到 0.65、0.75 和 0.8 毫米間距尺寸在行業(yè)中占主導(dǎo)地位。

    設(shè)計PCBA BGA

    您在設(shè)計 PCBA BGA 時可能會遇到一些挑戰(zhàn)。在本章中，潤澤五洲將描述兩種肯定會對您有所幫助的策略。

    5.1 定義合適的退出路線

    您可能在創(chuàng)建不會導(dǎo)致裝配失敗或類似問題的適當(dāng)退出路線時遇到問題。對于正確的扇出布線計劃，您需要查看許多 PCBA 細節(jié)，例如 I/O 引腳數(shù)量、焊盤和過孔尺寸、走線寬度間距以及扇出 BGA 需要多少層。圖 6 說明了 BGA 中的退出路徑。

    5.2 確定需要的層

    作為設(shè)計師，決定PCBA 布局的層數(shù)并不容易。具有更多層數(shù)的 PCBA 將是昂貴的。另一方面，您可能需要增加層數(shù)以降低噪聲水平。

    首先，您應(yīng)該確定過孔的尺寸，以及PCBA設(shè)計的空間和走線寬度。然后，還需要確定單通道跡線的數(shù)量。之后，您應(yīng)該決定所需的層數(shù)。對于較少的層，關(guān)鍵是減少 I/O 引腳的應(yīng)用。

    最后，潤澤五洲會同意設(shè)計 BGA 并不容易。您將需要遵循某些設(shè)計規(guī)則。作為初學(xué)者，您可能會覺得設(shè)計很難，但Altium Designer 一定會讓您輕松完成。

    修復(fù)球柵陣列

    用新的 BGA 替換 BGA 是可能的。拆下 BGA 后，您可以對其進行修復(fù)或翻新。如果你的芯片很貴，它會派上用場。BGA修復(fù)工藝也稱為BGA造反。在這個過程中，焊球被替換。在市場上，你可以買到微小的現(xiàn)成焊球。它們是專門為此目的而設(shè)計的。

    6.1 BGA檢查

    BGA 設(shè)備有一個主要問題，即您無法使用光學(xué)方法查看焊點。您不能僅通過測試其電氣性能來檢查連接。連接有可能焊接不充分，隨著時間的推移會惡化。因此，只有一種可靠的檢查方法，即e。X 射線檢查。

    X 射線檢查將透視設(shè)備下方的焊接連接。然而，工作表明，如果焊錫機配置正確，BGA 封裝的焊接不會有任何問題。如果您正確設(shè)置了熱量分布，那將會有所幫助。圖 7 顯示了正在焊接的 BGA 芯片。

    6.2 BGA返修

    到目前為止，您可以正確預(yù)測 PCBA BGA 的返工也不是一件容易的事。但是，使用正確的設(shè)備，您可以做到完美。在 PCBA BGA 返修程序中，使用特定的返修臺來提供去除 BGA 所需的熱量。這包括一個控制溫度的熱電偶、一個帶有紅外線加熱器的工具架和一個包裝提升真空裝置。

    您必須非常小心，并確保您只是在加熱和移除 BGA。此外，應(yīng)盡可能少地影響附近的設(shè)備。否則，他們會被燒毀。圖 8 顯示了 BGA 返修臺。