Introductie

Ball Grid Array (BGA)-pakketten zijn verreweg de belangrijkste verbindingsmethode in de moderne elektronica. Plastic BGA's zijn zeer betaalbaar en worden veel gebruikt. Keramische BGA's zijn betrouwbaar en bieden een goede hittebestendigheid. Tape BGA's daarentegen zijn dun en flexibel. In dit artikel worden de verschillende typen BGA-pakketten één voor één verder toegelicht.

Reden voor het gebruik van BGA

BGA-technologie lost een enorm probleem op waar ingenieurs dagelijks mee te maken hebben. Traditionele behuizingen met pinnen aan de randen hebben simpelweg niet genoeg ruimte. Daarom hebben fabrikanten de verbindingen naar de onderkant van de chip verplaatst, waar wel voldoende ruimte is.

Warmtebeheer wordt veel eenvoudiger met BGA-behuizingen. De aansluitingen verspreiden warmte over de gehele onderkant in plaats van alleen over de randen. Bovendien leggen elektrische signalen kortere afstanden af, wat zorgt voor snellere prestaties.

Ruimtebesparing is een ander groot voordeel. BGA-behuizingen passen meer aansluitingen in kleinere ruimtes dan welke andere methode dan ook. Dit is precies de reden waarom je telefoon steeds dunner wordt en tegelijkertijd meer functies krijgt.

Verschillende soorten BGA

Plastic Ball Grid Array

Dit is verreweg het meest voorkomende BGA-type dat u zult tegenkomen. De meeste consumentenelektronica gebruikt een PBGA omdat dit de beste balans biedt tussen kosten en prestaties. Kijk maar eens naar een apparaat uit het middensegment en u zult waarschijnlijk verschillende PBGA-behuizingen aantreffen.

Bouw en materialen

Ingenieurs bouwen PBGA-behuizingen met bismaleïmidetriazinehars als kernmateriaal. Dit kunststof substraat biedt uitstekende sterkte en is tegelijkertijd kostenbesparend. Fabrikanten passen daarnaast OMPAC- of GTPAC-afdichtingstechnologie toe om de interne componenten te beschermen tegen vocht en verontreiniging.

Specificaties en kenmerken

In PBGA-behuizingen vind je 200 tot 500 soldeerbolletjes. Bijvoorbeeld, als je het hebt over de standaard tin-lood soldeerverhouding, zorgt dit voor sterke en betrouwbare verbindingen tijdens het printplaatassemblageproces. Bovendien certificeert JEDEC deze behuizingen als Level 3-componenten vanwege hun zeer goede betrouwbaarheid.

Toepassingen en use cases

Fabrikanten van consumentenelektronica kiezen voor PBGA's voor kostenbewuste toepassingen. Communicatieapparaten vertrouwen op deze pakketten voor betrouwbare signaaloverdracht. Daarom bevatten de meeste smartphones, tablets en laptops meerdere PBGA-componenten.

Keramische kogelraster-array

CBGA-behuizingen zijn de absolute beste keuze wanneer u maximale betrouwbaarheid nodig hebt. Militaire en ruimtevaarttoepassingen vereisen dit niveau van robuustheid. Het enige wat u moet weten, is dat keramiek extreme omstandigheden beter aankan dan welk plastic alternatief dan ook.

Bouw en materialen

Keramische substraten vormen de basis van deze premium pakketten. Ingenieurs gebruiken een hoge tin-loodverhouding van 10:90 voor superieure verbindingssterkte. Tegelijkertijd zorgt de C4 Controlled Collapse Chip Connection-technologie voor ongelooflijk sterke verbindingen tussen componenten.

Specificaties en kenmerken

Het keramische materiaal biedt een zeer goede thermische geleidbaarheid. Dit is gunstig voor de warmteafvoer. Hoge smeltpunten helpen PCB-fabrikanten bij een stabiele temperatuurcyclus. Dit is de reden waarom de mechanische sterkte aanzienlijk hoger is dan die van alle andere BGA-behuizingen.

Toepassingen en use cases

De betrouwbaarheid van CBGA is belangrijk voor krachtige computers. Dit stroomlijnt hun werking. Telecommunicatie-infrastructuur is daarentegen sterk afhankelijk van deze pakketten voor bedrijfskritische functies. Defensietoepassingen kiezen daarentegen voor CBGA om storingen te voorkomen.

Tape Ball Grid Array

TBGA-technologie is de eenvoudigste manier om ultradunne elektronische apparaten te creëren. Kijk maar naar moderne smartphones en tablets – veel daarvan gebruiken TBGA-behuizingen om die slanke profielen te bereiken. Er is simpelweg geen betere optie voor ontwerpen met beperkte ruimte.

Bouw en materialen

Flexibele tapesubstraten maken ongelooflijk dunne behuizingsprofielen mogelijk. Technici kunnen chips naar boven of beneden richten, afhankelijk van de thermische vereisten. Wire bonding werkt het beste voor naar boven gerichte chips, terwijl flip-chip geschikt is voor naar beneden gerichte chips.

Specificaties en kenmerken

Deze behuizingen blinken uit in warmteafvoer, ondanks hun minimale dikte. De elektrische prestaties zijn vergelijkbaar met die van dikkere alternatieven. Ontwerpers krijgen dus uitstekende prestaties zonder kostbare ruimte op te offeren.

Toepassingen en use cases

Draagbare apparaten profiteren het meest van ruimtebesparing met TBGA. Ultradunne laptops en tablets zijn sterk afhankelijk van deze technologie. Toepassingen met hoge dichtheid kiezen voor TBGA wanneer elke millimeter telt.

EBGA

Enhanced Ball Grid Array-pakketten vertegenwoordigen de nieuwste ontwikkeling in BGA-technologie. Dit is in feite een verbeterde versie van traditionele BGA met betere thermische en elektrische eigenschappen. Het enige wat u hoeft te weten, is dat EBGA superieure prestaties biedt voor veeleisende toepassingen.

EBGA-behuizingen zijn voorzien van geoptimaliseerde bollayouts voor verbeterde signaalpaden. Verbeterde warmteafvoer maakt een hogere vermogensefficiëntie mogelijk. Bovendien voldoen geavanceerde substraatmaterialen aan de eisen van de volgende generatie chips.

Flip Chip Ball-rasterarray

FC-BGA creëert de kortst mogelijke elektrische verbindingen tussen chips en substraten. Draai de chip gewoon om en sluit direct aan – geen draadverbindingen nodig. Er is geen snellere manier om signalen van de chip naar de printplaat over te brengen.

Bouw en materialen

BT-harssubstraten bieden uitstekende prestaties tegen een redelijke prijs. Flip-chip-technologie elimineert draadverbindingen volledig voor directe aansluitingen. De gecontroleerde inklapmethode zorgt voor een nauwkeurige uitlijning zonder speciale apparatuur.

Specificaties en kenmerken

Een tin-loodverhouding van 63:37 zorgt telkens voor betrouwbare soldeerverbindingen. De elektrische geleidingspaden worden aanzienlijk korter dan bij draadverbindingen . Opmerkelijk is dat de chips zichzelf tijdens de assemblage uitlijnen, wat de productie vereenvoudigt.

Toepassingen en use cases

Supersnelle processors vereisen FC-BGA voor maximale prestaties. Gamingsystemen kiezen voor deze technologie vanwege de verminderde signaalvertraging. Geavanceerde grafische chips vertrouwen op FC-BGA voor geavanceerde mogelijkheden.

Chipschaalpakket

CSP is verreweg de meest ruimtebesparende verpakkingsmethode die momenteel beschikbaar is. Maak de verpakking vrijwel even groot als de chip zelf. Het enige wat u nodig hebt, is minimaal verpakkingsmateriaal om de kwetsbare siliciumchip te beschermen.

Bouw en materialen

Directe matrijsbevestiging elimineert onnodige verpakkingsmassa. Minimale overhead verlaagt zowel de afmetingen als de productiekosten. Gestroomlijnde ontwerpen spreken ontwerpers aan die gericht zijn op maximale ruimte-efficiëntie.

Specificaties en kenmerken

De afmetingen van de behuizing blijven zeer dicht bij de werkelijke chipgroottes. De hoge verbindingsdichtheid per oppervlakte-eenheid maximaliseert de beschikbare functies. Geavanceerde verbindingsmethoden behouden de betrouwbaarheid ondanks de compacte afmetingen.

Toepassingen en use cases

Ultracompacte apparaten kiezen voor CSP wanneer ruimte absoluut cruciaal is. Draagbare elektronica profiteert van de afmetingen en het lagere gewicht. Mobiele telefoons gebruiken CSP om meer functies in een kleiner formaat te stoppen.

Pakket op pakket

PoP-technologie is de slimste manier om geheugen en processorkracht te combineren in een minimale ruimte. Stapel simpelweg één BGA-behuizing op een andere met standaardverbindingen ertussen. Er is geen betere methode om de componentdichtheid te maximaliseren.

Bouw en materialen

Verticale stapeling verdubbelt de componentdichtheid zonder het printoppervlak te vergroten. Standaard verbindingen tussen de pakketten dragen signalen over tussen gestapelde componenten. Het modulaire ontwerp maakt onafhankelijk testen en vervangen van elk pakket mogelijk.

Specificaties en kenmerken

Logica en geheugenscheiding verminderen elektrische interferentie tussen verschillende functies. Standaardinterfaces zorgen voor compatibiliteit tussen verschillende fabrikanten. Onafhankelijke testmogelijkheden verlagen de productiekosten en verbeteren de kwaliteit.

Toepassingen en use cases

Smartphoneprocessors gebruiken doorgaans PoP voor maximale functionaliteitsintegratie. Digitale camera's profiteren van gecombineerde verwerking en geheugenopslag. Compacte computers vertrouwen op PoP-technologie voor ruimtebesparende ontwerpen.

Conclusie

De keuze van het BGA-pakket is cruciaal voor het succes van een elektronisch product. Verschillende typen bieden oplossingen voor specifieke ontwerpuitdagingen en unieke voordelen. Ingenieurs moeten een balans vinden tussen prestatie-eisen, kosten en ruimtebeperkingen.

Bij PCBTok bieden we volledige ondersteuning voor de assemblage van alle BGA-pakkettypen die in dit artikel worden behandeld. Voor complexe BGA-pakketten gebruiken we geavanceerde röntgeninspectietechnologie om soldeerverbindingen grondig te controleren. Deze technologie detecteert effectief onzichtbare defecten zoals koude soldeerverbindingen, soldeerbruggen en holtes, waardoor elke BGA-verbinding voldoet aan de industriële betrouwbaarheidseisen en de IPC-A-610 Klasse 2/3-normen.

Heeft u een project waarvoor BGA-assemblage nodig is? Stuur dan uw projectbestanden naar sales@pcbtok.com voor een gratis DFA-controle en offerte.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen BGA en Micro BGA?

Micro BGA-behuizingen zijn kleine versies van standaard BGA's. Het belangrijkste verschil is de kogelafstand. Micro BGA gebruikt een zeer kleine afstand tussen de verbindingen. Dit maakt meer verbindingen in kleinere behuizingen mogelijk.

Wat zijn de voordelen van het gebruik van BGA-programma's op digitale apparaten?

BGA-behuizingen verbeteren de warmteafvoer doordat de verbindingen over het gehele onderoppervlak verspreid zijn. De signaalkwaliteit neemt toe dankzij kortere verbindingspaden. 

Welke soorten elektronische apparaten maken doorgaans gebruik van BGA-technologie?

Vrijwel elk modern elektronisch apparaat bevat BGA-componenten. Smartphones gebruiken meerdere BGA-componenten voor processors, geheugen en communicatiechips. Laptops gebruiken BGA voor CPU's en grafische processors.

Hoe kies ik het juiste BGA-pakket voor mijn digitale lay-out?

Denk eerst na over de thermische vereisten. Toepassingen met een hoog vermogen vereisen bijvoorbeeld keramische en verbeterde thermische behuizingen. Voor betaalbare ontwerpen kiest u doorgaans voor kunststof BGA-behuizingen.