Alles, was Sie über die BGA-Technologie in der Leiterplattenbestückung wissen müssen
Alles, was Sie über die BGA-Technologie in der Leiterplattenbestückung wissen müssen
BGA (Ball Grid Array) ist eine fortschrittliche Gehäusetechnologie, die in der SMT-Bestückung (Surface Mount Technology) eingesetzt wird. Sie stellt einen bedeutenden Fortschritt in der elektronischen Fertigung dar und spiegelt den hohen Entwicklungsstand moderner Verpackungstechniken wider.
BGA-Gehäuse verfügen über eine Vielzahl kugelförmiger Lötanschlüsse (Lötperlen) auf der Unterseite des Chips, die eine hohe Zahl an Verbindungspunkten ermöglichen. Diese Struktur unterstützt das Ziel einer hochdichten Bestückung auf Leiterplatten.
1. Was ist ein Ball Grid Array (BGA) auf einer Leiterplatte?
BGA-ICs (integrierte Schaltungen) sind oberflächenmontierbare Bauteile ohne klassische Anschlussbeinchen. Stattdessen verfügen sie über ein Raster von Lötperlen, die auf der Unterseite des Gehäuses angebracht sind. Die Verbindung der BGA-Lötperlen mit der Leiterplatte erfolgt über ein laminiertes Substrat, das sich am unteren Ende des Gehäuses befindet.
Metallisierte Leiterbahnen (Traces) leiten die Signale vom Halbleiterchip zu den Lötperlen. Im Vergleich zu flachen Gehäusen oder Dual-Inline-Paketen bieten BGA-Pakete eine deutlich höhere Anzahl an Ein- und Ausgängen (I/Os).
Aufgrund kürzerer Leitungswege zwischen dem Siliziumchip und den Lötpunkten zeichnen sich BGA-ICs durch höhere Effizienz und schnellere Signalausbreitung aus. Durch die kompakte Bauweise mit kurzen Anschlüssen und großzügigem Abstand zwischen den Kugeln eignet sich BGA besonders für Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit eng gepackten Schaltungen.
Stacking-Verfahren bei BGA:
PoP (Package on Package): Diese Technik erlaubt das Stapeln mehrerer Chips (z. B. Prozessor mit RAM oder Flash) direkt übereinander in einem einzigen Gehäuse. Sie ist besonders effizient bei platzsparenden Designs mit mehreren ICs.
2. Welche BGA-Gehäusetypen gibt es?
1. PBGA (Plastic Ball Grid Array): Kunststoffvergossenes BGA-Gehäuse mit laminiertem Substrat (Glasfaser-Mischung) und geätzten Kupferbahnen. Kugelabstände: 1,0 mm / 1,27 mm. Verwendung in 2–4-lagigen organischen Leiterplatten.
2. Flip-Chip BGA: Mit einem harten, mehrlagigen Substrat ausgestattet.
3. CBGA (Ceramic BGA): Keramiksubstrat mit Flip-Chip-Anschlusstechnik.
4. CDPBGA (Cavity Down PBGA): Kunststoff-BGA mit abgesenktem quadratischem Hohlraum im Chipbereich („Cavity“).
5. TBGA (Tape BGA): Flexibles Band-Substrat mit 1–2 Lagen, auch als Flex Tape BGA bezeichnet.
6. H-PBGA (High Thermal PBGA): Hochwärmeleitfähiges BGA für thermisch anspruchsvolle Anwendungen.
3. Vorteile und Nachteile von BGA
Vorteile:
Kompakte Baugröße
Effiziente elektrische Signalübertragung
Gute Wärmeableitung
Hohe Zuverlässigkeit
Kostengünstige Fertigung bei großen Stückzahlen
Nachteile:
Erschwerte Sichtprüfung nach dem Löten
Aufwendige Reparatur (Rework) und Inspektion
Hohe Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen
Erfordert ESD-Schutz und kontrollierte Lagerbedingungen
4. Charakteristische Merkmale von BGA
1. Hohe Anschlussdichte bei gleichzeitig geringer Komplexität der Leiterplatte (insbesondere bei PoP-Stacking)
2. Kostenoptimierte Verarbeitung
3. Geringer Wärmewiderstand verhindert Überhitzung des Chips
4. Niedrige elektrische Induktivität
5. Platzsparende Integration auf der Leiterplatte
5. Qualitätsprüfung von BGA-Bauteilen
Die Prüfung von BGA-Paketen gestaltet sich aufgrund der verdeckten Lötperlen als anspruchsvoll. Optische Inspektionsmethoden reichen oft nicht aus, weshalb folgende Prüfverfahren in der SMT-Fertigung gängig sind:
1. Elektrische Prüfung: Klassische Methode zur Erkennung von Unterbrechungen und Kurzschlüssen.
2. Boundary-Scan-Inspektion: Über das Testinterface lassen sich einzelne Anschlüsse prüfen, um offene Verbindungen und Kurzschlüsse zu erkennen.
3. Automatische Röntgeninspektion (AXI): AXI ermöglicht die Sichtprüfung der verdeckten Lötstellen unter dem Bauteil und erkennt Defekte wie Lunker (Voids), Blasen, Versatz, Brücken, kalte Lötstellen, fehlende oder deformierte Kugeln.
Beseitigung von BGA-Fehlern:
Auslöten defekter Bauteile: Fehlerhafte BGAs lassen sich durch lokales Erhitzen entlöten. Durch gezieltes Aufschmelzen der Lötstellen kann das Bauteil entfernt und ersetzt werden.
BGA-Rework-Prozess: In einer speziellen Rework-Station wird das BGA gezielt durch einen Infrarot-Heizer erhitzt. Die Temperaturüberwachung erfolgt mittels Thermoelement. Das Bauteil wird mithilfe eines Vakuumwerkzeugs vorsichtig von der Leiterplatte abgehoben.
Lokales Erhitzen: Die Erwärmung ist auf die Fehlerstelle begrenzt, um benachbarte Bauteile zu schützen. Dieses Verfahren erfordert viel Präzision und Erfahrung.
BGA-Technologie bei JLCPCB:
JLCPCB gilt als verlässlicher Partner in der Leiterplattenfertigung und -bestückung. Die BGA-Fertigung ist ein fester Bestandteil ihres umfassenden Dienstleistungsportfolios. Dank jahrelanger Erfahrung produziert und bestückt JLCPCB Leiterplatten mit BGA-Gehäusen in hoher Qualität.
BGA-Bauteile mit kugelförmigen Lötanschlüssen ermöglichen hochdichte Verbindungen – ideal für moderne Elektronikanwendungen. JLCPCB kombiniert eine präzise Fertigung mit umfassender Qualitätskontrolle, inklusive Röntgeninspektion, um sicherzustellen, dass alle BGA-Produkte den höchsten Anforderungen entsprechen.
Die BGA-Services von JLCPCB sind optimal auf die Anforderungen moderner Elektronikprojekte zugeschnitten – von Prototypen bis zur Serienproduktion. Kunden profitieren von präziser Ausführung, termingerechter Lieferung und einem technischen Support, der auf die speziellen Herausforderungen der BGA-Integration eingeht.