Explicación de la soldadura de envases BGA y la inspección con rayos X

A medida que los dispositivos electrónicos continúan reduciéndose en tamaño mientras crecen en complejidad funcional,Los avances en la tecnología de Integración a Muy Gran Escala (VLSI, por sus siglas en inglés) han planteado demandas cada vez mayores en cuanto a los números de interfaces de entrada/salida (I/O) y las dimensiones de los componentes.Los envases de Ball Grid Array (BGA) han surgido como la solución ideal para enfrentar estos desafíos, ofreciendo interconexiones de alta densidad y ventajas de miniaturización.

Los circuitos integrados BGA, que van desde unos pocos pines hasta más de quinientos, se han vuelto omnipresentes en los productos modernos, incluidos dispositivos móviles, computadoras personales y diversos equipos de comunicación.Este artículo explora en profundidad la tecnología de embalaje BGA, cubriendo sus conceptos fundamentales, características, tipos, procesos de soldadura y técnicas de inspección por rayos X.

Envases BGA y PoP: conceptos explicados

The Ball Grid Array (BGA) is a surface-mount device (SMD) packaging technology that uses an array of solder balls on the package underside to establish electrical connections with printed circuit boards (PCBs)Estas bolas de soldadura se conectan al chip a través de cables metálicos, lo que permite la transmisión de señales entre el chip y el PCB.

Existen dos estructuras comunes de paquetes BGA:

• Se trata de un tipo de cable BGA:En esta configuración, el chip se conecta al sustrato a través de cables metálicos finos, que luego se dirigen a la matriz de bolas de soldadura a través de rastros metálicos en el sustrato.
• Flip Chip BGA:Este diseño monta el chip directamente al revés en el sustrato, conectándose a través de bolas de soldadura sin unión de alambre.mejora de la velocidad de transmisión de la señal.

En comparación con los paquetes tradicionales de doble línea (DIP) o planos, BGA ofrece más conexiones de E / S y distancias más cortas de chip a bola de soldadura, ofreciendo un rendimiento superior en aplicaciones de alta frecuencia.

Tecnología de paquete en paquete (PoP)

Package on Package (PoP) representa una tecnología de apilamiento que integra múltiples chips o componentes dentro de un solo paquete.con una capacidad de transmisión superior a 20 W,Este enfoque reduce significativamente los requisitos de espacio de PCB al tiempo que minimiza los problemas de integridad de la señal, mejorando así el rendimiento general de la placa.

Ventajas del PoP:

• Tamaño reducido de los componentes
• Costos globales más bajos
• Complejidad de las placas de circuito simplificado

Entre todos los tipos de envases, el BGA sigue siendo la opción más popular de la industria para dispositivos de alta E/S.

Características clave de los envases BGA

La adopción generalizada de los envases BGA se debe a sus características notables:

• Número de pines elevado:Acomoda numerosos pines de E/S para diseños de circuitos complejos
• No hay problemas de flexión de alfiler:Las conexiones de bolas de soldadura eliminan los problemas tradicionales de deformación de los pines
• Alta densidad de interconexión:La disposición de las bolas de soldadura permite una mayor miniaturización
• Espacio reducido del tablero:Ocupa menos espacio que otros paquetes con recuentos de E/S equivalentes
• Baja inductancia:Las rutas de conexión más cortas mejoran la calidad de la señal
• Propiedades de autoajuste:La tensión superficial de las bolas de soldadura fundidas corrige automáticamente la colocación durante el reflujo
• Baja resistencia térmica:Mejora la disipación de calor para evitar el sobrecalentamiento

Variedades de paquetes BGA

El mercado ofrece varios tipos de paquetes BGA, entre los que se incluyen:

• Las partidas de las placas BGA (PBGA):Características Encapsulación de plástico, sustratos laminados de vidrio-epoxi y rastros de cobre grabados con bolas de soldadura preformadas
• BGA de alto rendimiento térmico (HLPBGA):Incorpora tapas metálicas para una mayor disipación de calor con diseños de bajo perfil
• Se aplicarán las siguientes medidas:Utiliza sustratos flexibles con excelentes propiedades eléctricas y mecánicas
• BGA de alto rendimiento (H-PBGA):Diseñados para aplicaciones de alta potencia con una gestión térmica superior

Procesos de soldadura BGA

Durante el ensamblaje de PCB, los componentes BGA se someten a soldadura en hornos de reflujo donde las bolas de soldadura se funden para formar conexiones eléctricas.

Consideraciones críticas para la soldadura:

• El calentamiento suficiente asegura la fusión completa de todas las bolas de soldadura para conexiones confiables
• La tensión superficial mantiene la alineación del paquete hasta la solidificación de la soldadura
• La composición precisa de la aleación de soldadura y el control de la temperatura evitan la fusión de bolas mientras se mantiene la separación

Inspección conjunta de soldadores BGA

La inspección óptica convencional no puede evaluar las juntas de soldadura BGA ocultas debajo de los componentes.ya que solo verifica la conductividad en el momento del ensayo sin predecir la longevidad de las articulaciones.

Inspección por rayos X:

La tecnología de rayos X permite el examen no destructivo de las conexiones de soldadura ocultas.ofreciendo varias metodologías de ensayo incluyendo manual, la inspección óptica automatizada (AOI) y la inspección automática de rayos X.

Procedimientos de reelaboración BGA

Los componentes BGA defectuosos requieren una remoción cuidadosa mediante calentamiento localizado para derretir las juntas de soldadura subyacentes.y mecanismos de elevación al vacíoUn control térmico preciso protege los componentes adyacentes durante los procesos de reelaboración.

Conclusión

Los componentes BGA han ganado una amplia adopción en la industria electrónica tanto para la producción en masa como para aplicaciones de prototipos.El embalaje BGA gestiona eficazmente la complejidad del diseño al tiempo que ofrece mayores contactos de E/S en espacios reducidos, por lo que es indispensable para, diseños electrónicos compactos.