Qu'est-ce qu'un Ball Grid Array (BGA) sur une carte PCB?
Qu'est-ce qu'un Ball Grid Array (BGA) sur une carte PCB?
BGA, qui signifie Ball Grid Array, représente une technologie de conditionnement avancée utilisée dans l'assemblage SMT. Il s'agit d'une réalisation notable dans le domaine de la technologie électronique, reflétant des avancées substantielles dans les techniques d'encapsulation.
Les boîtiers BGA comportent une multitude de billes sphériques à leur surface, fournissant un grand nombre de points d'interconnexion qui permettent d'atteindre les objectifs d'un conditionnement à haute densité.
1. Qu'est-ce que le Ball Grid Array (BGA) sur une carte PCB?
Les circuits intégrés BGA sont des composants CMS (composants montés en surface) qui ne possèdent pas de broches. À la place, ils comportent des billes de soudure formant une grille de sphères métalliques incorporées sur la carte PCB.
La fixation des billes de soudure du BGA sur la carte PCB se fait à l'aide d'un substrat stratifié situé à la base du boîtier du composant PCB.
Des pistes métalliques sont utilisées pour acheminer les connexions de la puce (die) vers les billes de soudure.
Les boîtiers BGA-PCB permettent un nombre considérable de connexions d'E/S (entrées/sorties) par rapport aux boîtiers plats et aux cartes à double rangée de broches.
Les CI BGA offrent une meilleure efficacité et des performances à haute vitesse grâce à des connexions plus courtes entre la puce en silicium et les billes de soudure.
Avec sa faible longueur de connexion et son espacement généreux, le boîtier BGA représente une solution idéale pour les produits à circuits imprimés haute vitesse intégrant des circuits densément emballés.
Processus d'empilement du BGA sur une carte PCB:
PoP : PoP (Package on Package) est utilisé pour empiler les CI et composants BGA sur le boîtier désigné. Ce procédé est efficace pour empiler plusieurs circuits intégrés sur un seul boîtier, par exemple : le conditionnement d'un composant mémoire ou logique avec un processeur.
2. Quels sont les types de boîtiers BGA?
- PBGA : BGA en plastique surmoulé, fabriqué avec un corps recouvert de plastique, un substrat stratifié en mélange de verre et des pistes en cuivre gravées. Pas de bille : 1,0 mm, 1,27 mm. Carte multicouche organique à 2 à 4 couches.
- FlipChip BGA : Comporte un substrat rigide multicouche sur la carte.
- CBGA : BGA en céramique, dans lequel un substrat en céramique est intégré avec des connexions électriques de type FlipChip (FC).
- CDPBGA : PBGA à cavité descendante, comportant une dépression carrée au niveau de la puce appelée zone de cavité.
- TBGA : BGA à bande souple, avec un substrat en forme de bande flexible et une carte PCB à 1-2 couches, aussi appelé Flex Tape BGA.
- H-PBGA : BGA à haute dissipation thermique.
3. Avantages et inconvénients du BGA:
Avantages du BGA :
• Carte de petite taille.
• Mise en œuvre électrique efficace.
• Haute dissipation thermique.
• Efficacité et fiabilité.
• Coût abordable.
Inconvénients du BGA :
• Inspection difficile après soudure.
• Nécessite une retouche délicate et complexe.
• Haute sensibilité des composants BGA aux variations environnementales.
• Nécessite une protection contre les décharges électrostatiques et un stockage soigné.
4. Caractéristiques distinctives du BGA :
• Densité d'interconnexion élevée et complexité réduite de la carte grâce à l'empilement PoP.
• Procédé économique.
• Réduit la surchauffe de la puce en raison de sa faible résistance thermique.
• Faible inductance électrique.
• Moins d'espace requis sur la carte.
5. Inspection de qualité du BGA :
L'inspection des boîtiers BGA est difficile en raison de la position des billes de soudure. Les méthodes optiques traditionnelles sont inadéquates pour détecter les défauts. Pour améliorer la précision, les tests électriques, l'inspection par scan de frontière et l'inspection automatisée par rayons X sont couramment utilisés dans l'assemblage SMT avec BGAs.
1. Test électrique :
Cette méthode conventionnelle permet d’identifier les défauts de circuit ouvert et de court-circuit.
2. Inspection par scan de frontière :
En exploitant le port d’inspection du design de scan de frontière, cette technique accède à chaque joint de soudure sur le connecteur de bord pour détecter les circuits ouverts et les courts-circuits des composants.
3. Inspection automatisée par rayons X :
L'inspection automatisée par rayons X examine les joints de soudure sous les composants, révélant les défauts cachés tels que les vides et bulles, contrairement à l’AOI (inspection optique automatisée) qui ne vérifie que les connexions visibles.
Les défauts BGA courants incluent : mauvais alignement, soudure lâche, circuit ouvert, soudure froide, ponts/courts-circuits, cavités, billes manquantes/tombées, tailles irrégulières.
Élimination des défauts BGA :
Détachement des composants :
Les défauts des composants BGA peuvent être corrigés en détachant d’abord les composants de la carte de circuit. Cela se fait par un chauffage localisé minutieux des composants sur la carte, ce qui fait fondre les joints de soudure ; les composants peuvent alors être remplacés et les connexions soudées réparées selon les besoins.
Processus de retouche BGA :
Le processus de retouche BGA est réalisé dans une station de retouche dédiée en usine, où les composants BGA-PCB sont chauffés à l’aide d'un chauffage infrarouge. Le niveau de chaleur peut être contrôlé par thermocouple.
Pour soulever le boîtier de la carte sous-jacente, un dispositif à vide est utilisé avec d'autres équipements.
Chauffage localisé :
Le processus de chauffage est effectué avec une extrême prudence et limité à la zone défectueuse de la carte. Le chauffage localisé garantit la sécurité des composants avoisinants sur la carte.
Technologie BGA de JLCPCB :
JLCPCB est largement reconnu comme un fournisseur fiable de services de fabrication et d'assemblage de PCB, et propose la production de BGA comme un élément clé de son portefeuille de services complet.
Son expertise réside dans la production et l'assemblage de cartes PCB intégrant des boîtiers BGA.
Les boîtiers BGA, connus pour leur technologie de conditionnement avancée, sont constitués d’une grille de billes de soudure facilitant des interconnexions à haute densité.
JLCPCB propose un système hautement efficace de test et d'inspection des produits BGA-PCB avant leur finalisation et expédition au client.
Les services de production BGA de JLCPCB sont spécifiquement conçus pour répondre aux exigences de l'électronique moderne, garantissant que les divers besoins d'intégration de BGA dans les conceptions PCB des clients sont satisfaits avec une précision et une qualité optimales.