حزمة BGA (Ball Grid Array)، أي حزمة مصفوفة شبكة الكرة، تهدف إلى إنشاء مجموعة من كرات اللحام في الجزء السفلي من ركيزة الحزمة كمحطة الإدخال / الإخراج للدائرة ولوحة الدوائر المطبوعة (PCB). الجهاز المزود بهذه التقنية عبارة عن جهاز مثبت على السطح. بالمقارنة مع الأجهزة التقليدية المثبتة على القدم (LeadedDe~ce مثل QFP، وPLCC، وما إلى ذلك)، تتميز أجهزة BGA المعبأة بالخصائص التالية.
1) هناك العديد من عمليات الإدخال/الإخراج. يتم تحديد عدد عمليات الإدخال/الإخراج لجهاز حزمة BGA بشكل أساسي من خلال حجم الحزمة ودرجة كرات اللحام. نظرًا لأن كرات اللحام الخاصة بحزمة BGA مرتبة في مصفوفة أسفل ركيزة الحزمة، فيمكن زيادة عدد عمليات الإدخال/الإخراج الخاصة بالجهاز بشكل كبير، ويمكن تقليل حجم الحزمة، ويمكن تقليل المساحة التي تشغلها المجموعة أنقذ. عادةً، يمكن تقليل حجم العبوة بأكثر من 30% بنفس عدد العملاء المتوقعين. على سبيل المثال: CBGA-49، BGA-320 (المسافة 1.27 مم) مقارنةً بـ PLCC-44 (المسافة 1.27 مم) وMOFP-304 (المسافة 0.8 مم)، على التوالي، تم تقليل حجم العبوة بنسبة 84% و47%.
2) زيادة العائد التنسيب، وربما خفض التكاليف. يتم توزيع دبابيس الرصاص لأجهزة QFP وPLCC التقليدية بالتساوي حول جسم العبوة، وتكون مسافة دبابيس الرصاص 1.27 مم، 1.0 مم، 0.8 مم، 0.65 مم، و0.5 مم. عندما يزيد عدد وحدات الإدخال/الإخراج، يجب أن تصبح درجة الصوت أصغر فأصغر. وعندما تكون المسافة أقل من 0.4 مم، يصعب تلبية متطلبات دقة معدات SMT. بالإضافة إلى ذلك، فإن دبابيس الرصاص تتشوه بسهولة، مما يؤدي إلى زيادة في معدل فشل التنسيب. يتم توزيع كرات اللحام الخاصة بجهاز BGA الخاص به على الجزء السفلي من الركيزة على شكل مصفوفة، والتي يمكنها ترتيب المزيد من أرقام الإدخال/الإخراج. تبلغ درجة كرة اللحام القياسية 1.5 مم، و1.27 مم، و1.0 مم، ومسافة BGA الدقيقة (BGA المطبوعة، والمعروفة أيضًا باسم CSP-BGA، عندما تكون مسافة كرات اللحام أقل من 1.0 مم، يمكن تصنيفها على أنها حزمة CSP) هي 0.8 مم، 0.65 مم، 0.5 مم، وبعض معدات معالجة SMT الحالية متوافقة، ومعدل فشل وضعها <10ppm.
3) سطح التلامس بين كرات اللحام المصفوفة لـ BGA والركيزة كبير وقصير، مما يساعد على تبديد الحرارة.
4) إن دبابيس كرات اللحام بمصفوفة BGA قصيرة جدًا، مما يقصر مسار نقل الإشارة ويقلل من محاثة الرصاص ومقاومته، وبالتالي تحسين أداء الدائرة.
5) تم تحسين المستوى المشترك لمحطة الإدخال / الإخراج بشكل واضح، كما تم تقليل الخسارة الناجمة عن ضعف المستوى المشترك في عملية التجميع بشكل كبير.
6) BGA مناسبة لتعبئة MCM، والتي يمكن أن تحقق الكثافة العالية والأداء العالي لـ MCM.
7) يعد كل من BGA و~BGA أكثر ثباتًا وموثوقية من المرحلية في الحزم ذات الشكل الدبوس الدقيقة.
فوائد وتطبيقات جمعية BGA
لماذا نعتبر تغليف BGA بمثابة تقنية تجميع متقدمة؟ لأن تجميع BGA يُظهر العديد من المزايا في منتجات PCB عالية الكثافة. أولاً، تسمح مكونات BGA بتجميع الدوائر المتكاملة التي تحتوي على مئات من المسامير في عبوات صغيرة، مما يؤدي إلى دمج المزيد من الوظائف مع استهلاك مساحة أقل. ثانيًا، تتميز حزم BGA بخصائص كهربائية وموصلية حرارية ممتازة. ثالثًا، تؤدي قابلية اللحام الأفضل إلى عوائد تصنيعية جيدة. نظراً لهذه المزايا، فقد تم استخدام مكونات BGA على نطاق واسع في صناعة LED، والصناعة الطبية، واللاسلكية والاتصالات السلكية واللاسلكية، والعسكرية، والفضاء، والأقمار الصناعية وغيرها من المجالات.
عملية التفتيش BGA لدينا
من الصعب فحص حزم BGA للتأكد من جودة اللحام لأن كرات اللحام موجودة تحت القالب. لا يمكن للطرق البصرية التقليدية معرفة ما إذا كانت وصلة اللحام معيبة أو فارغة. إذا كانت هناك مكونات BGA في تجميع SMT، فعادةً ما نستخدم مجموعة من الاختبارات الكهربائية ومسح الحدود واختبار الأشعة السينية التلقائي لتحسين دقة الاختبار.
قدرات تجميع BGA لدينا
هناك أنواع مختلفة من حزم BGA، وهيكلها الخارجي مربع أو مستطيل. وفقًا لترتيب كرات اللحام، يمكن تقسيمها إلى النوع المحيطي والنوع المتدرج ونوع المصفوفة الكاملة BGA. وفقًا للركائز المختلفة، يمكن تقسيمها إلى ثلاثة أنواع: PBGA (مصفوفة كرات اللحام البلاستيكية ذات الكرات البلاستيكية Zddarray)، CBGA (مصفوفة كرات اللحام الخزفية ذات الكرات الخزفية) TBGA (مصفوفة شبكة كروية الشريط)
1.حزمة PBGA (صفيف الكرة البلاستيكية).
حزمة PBGA، التي تستخدم راتنج BT/الزجاج كركيزة، والبلاستيك (مركب قولبة الإيبوكسي) كمادة مانعة للتسرب، وكرات اللحام عبارة عن لحام سهل الانصهار 63Sn37Pb أو لحام شبه سهل الانصهار 62Sn36Pb2Ag (استخدمت بعض الشركات المصنعة لحامًا خاليًا من الرصاص)، لا يتطلب الاتصال بين كرة اللحام وجسم العبوة استخدام لحام إضافي. هناك بعض حزم PBGA ذات بنية تجويفية، والتي تنقسم إلى تجويف لأعلى وتجويف لأسفل. هذا النوع من PBGA ذو التجويف يهدف إلى تعزيز أداء تبديد الحرارة. يطلق عليه اسم BGA المعزز بالحرارة، ويشار إليه باسم EBGA، ويسمى البعض أيضًا CPBGA (مصفوفة الكرات البلاستيكية التجويفية). مزايا PBGA باك الكاجينج هي كما يلي:
1) مطابقة حرارية جيدة مع لوحة PCB (لوحة الدوائر المطبوعة – عادة لوحة FR-4). يبلغ معامل التمدد الحراري (CTE) لصفائح الراتنج/الزجاج BT في هيكل PBGA حوالي 14 جزء في المليون/درجة مئوية، ويبلغ معامل التمدد الحراري للوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور حوالي 17 جزء في المليون/درجة مئوية. إن CTE للمادتين قريب نسبيًا، لذا فإن المطابقة الحرارية جيدة.
2) في عملية لحام إنحسر، يمكن استخدام تأثير المحاذاة الذاتية لكرات اللحام، أي التوتر السطحي لكرات اللحام المنصهرة لتلبية متطلبات المحاذاة لكرات ومنصات اللحام.
3) منخفضة التكلفة.
4) خصائص كهربائية جيدة.
عيب عبوات PBGA هو أنها حساسة للرطوبة وغير مناسبة لتغليف الأجهزة ذات متطلبات إحكام الهواء العالية ومتطلبات الموثوقية العالية.
حزمة CBGA (مصفوفة الكرات الخزفية).
من بين سلسلة التعبئة والتغليف BGA، تتمتع CBGA بأطول تاريخ. الركيزة الخاصة بها عبارة عن سيراميك متعدد الطبقات، والغطاء المعدني ملحوم على الركيزة باستخدام لحام مانع للتسرب لحماية الرقاقة والوصلات والوسادات. مادة كرة اللحام هي لحام سهل الانصهار بدرجة حرارة عالية 10Sn90Pb، ويحتاج الاتصال بين كرة اللحام والحزمة إلى استخدام لحام سهل الانصهار بدرجة حرارة منخفضة 63Sn37Pb. ملاعب كرة اللحام القياسية هي 1.5 مم، 1.27 مم، و1.0 مم.
مزايا حزمة CBGA (مصفوفة الكرات الخزفية) هي كما يلي:
1) إحكام جيد للهواء ومقاومة عالية للرطوبة، وبالتالي فإن الموثوقية طويلة المدى للمكونات المعبأة عالية.
2) بالمقارنة مع أجهزة PBGA، فإن خصائص العزل الكهربائي أفضل.
3) بالمقارنة مع أجهزة PBGA، كثافة التغليف أعلى.
4) أداء تبديد الحرارة أفضل من هيكل PBGA.
عيوب التعبئة والتغليف CBGA هي:
1) نظرًا للاختلاف الكبير بين معامل التمدد الحراري (CTE) للركيزة الخزفية ولوحة PCB (يبلغ CTE للركيزة الخزفية A1203 حوالي 7ppm/cC، وCTE للوحة PCB حوالي 17ppm/cC) )، المطابقة الحرارية ضعيفة، وتعب وصلة اللحام هو السبب الرئيسي في وضع الفشل الرئيسي.
2) بالمقارنة مع أجهزة PBGA، فإن تكلفة التغليف مرتفعة.
3) زيادة صعوبة محاذاة كرة اللحام عند حافة العبوة.
3.CCGA (ceramiccolumnSddarray) مجموعة شبكة العمود السيراميك
CCGA هي نسخة محسنة من CBGA. الفرق بين الاثنين هو أن CCGA تستخدم عمود لحام بقطر 0.5 مم وارتفاع 1.25 مم ~ 2.2 مم لتحل محل كرة اللحام بقطر 0.87 مم في CBGA لتحسين مقاومة التعب لمفاصل اللحام الخاصة بها. لذلك، يمكن للهيكل العمودي أن يخفف بشكل أفضل من إجهاد القص بين الحامل الخزفي ولوحة PCB الناتجة عن عدم التطابق الحراري.
4.TBGA (صفيف الكرة الشريطية)
TBGA عبارة عن هيكل به تجويف. هناك طريقتان لربط الشريحة والركيزة لحزمة TBGA: ربط الشريحة والربط السلكي. هيكل الترابط رقاقة الوجه. الرقاقة عبارة عن شريحة قلابة مرتبطة بشريط حامل مرن متعدد الطبقات للأسلاك ؛ يتم تثبيت كرات اللحام الطرفية المستخدمة كمحطات إدخال/إخراج للدائرة أسفل شريط الناقل المرن؛ غطاء الختم السميك الخاص به هو أيضًا المشتت الحراري (المشتت الحراري)، ويلعب أيضًا دورًا في تقوية العبوة، بحيث تتمتع كرات اللحام الموجودة أسفل الركيزة المرنة بمستوى أفضل.
مزايا TBGA هي كما يلي:
1) أداء المطابقة الحرارية لشريط الناقل المرن لجسم العبوة ولوحة PCB منخفض نسبيًا.
2) يمكن استخدام المحاذاة الذاتية لكرات اللحام في عملية اللحام بإعادة التدفق،
يتم استخدام التوتر السطحي لكرات اللحام المطبوعة لتحقيق متطلبات المحاذاة لكرات اللحام والوسادات.
3) إنها حزمة BGA الأكثر اقتصادا.
4) أداء تبديد الحرارة أفضل من هيكل PBGA.
عيوب TBGA هي كما يلي:
1) حساس للرطوبة.
2) مجموعات متعددة المستويات من مواد مختلفة لها تأثير سلبي على الموثوقية.
