Le BGA, abréviation de « ball grid array », contient des réseaux de billes d’étain disposées en grille, et ses billes de soudure jouent le rôle d’interface de connexion entre les circuits intégrés encapsulés (IC) et les circuits imprimés (PCB). Leur connexion est réalisée grâce à l’application de la technologie de montage en surface (SMT, surface mount technology). La définition du BGA a été publiée depuis près de dix ans et le boîtier BGA sera adopté dans des domaines d’application de plus en plus vastes en raison de son excellente capacité de dissipation thermique, de ses propriétés électriques et de sa compatibilité avec les produits systèmes à haute efficacité, rendue possible par son grand nombre de broches, ce qui est en réalité inévitable.
Après les mises à niveau et les recherches menées par de nombreuses entreprises, les boîtiers BGA ont évolué en différentes classifications. Cet article présentera une brève introduction de leurs catégories globales dans la section suivante, qui servira de référence conviviale pour les concepteurs lorsqu’il s’agira de choisir le BGA optimal afin d’obtenir un équilibre parfait entre performances et coût.
• PBGA
Le PBGA, abréviation de « plastic ball grid array », a été inventé par Motorola et bénéficie aujourd’hui de l’attention et des applications les plus larges. Avec la résine BT (bismaléimide triazine) utilisée comme matériau de substrat, associée à l’application des technologies d’encapsulation OMPAC (over molded pad array carrier) ou GTPAC (glob to pad array carrier), la fiabilité du PBGA a été vérifiée selon le niveau 3 de la norme JEDEC. À ce jour, les boîtiers PBGA contenant de 200 à 500 billes de soudure sont largement utilisés et fonctionnent de manière optimale avec des circuits imprimés double face.
Image citée derefroidissement électronique
• CBGA
Comme son nom l’indique, les boîtiers CBGA (ceramic ball grid array) utilisent la céramique comme matériau de substrat et des billes d’étain (rapport entre étain et plomb : 10:90) à haut point de fusion. La puce interne repose sur la technologie C4 (Controlled Collapse Chip Connection) pour assurer une connexion parfaite entre le BGA et le PCB. Ce type de connexion offre une excellente conductivité thermique et de très bonnes performances électriques. De plus, le CBGA présente une fiabilité remarquable, mais à un coût élevé. Par conséquent, les boîtiers CBGA conviennent davantage à l’automobile ou aux puces à haut rendement.
Image citée deTest and Measurement World
• TBGA
Le TBGA, abréviation de tape ball grid array, permet de réduire efficacement l’épaisseur du boîtier tout en offrant d’excellentes performances électriques. De plus, d’excellents effets de dissipation thermique peuvent être obtenus lorsque des dissipateurs de chaleur et une conception avec la puce orientée vers le bas sont appliqués. Ainsi, le TBGA convient particulièrement aux produits haute performance avec des boîtiers fins. Pour les puces orientées vers le bas, il convient de choisir la technologie flip-chip, tandis que pour les puces orientées vers le haut, il convient de choisir le wire bond. De manière générale, le TBGA est plus coûteux que le PBGA.
Image citée deTest and Measurement World
• EBGA
L’EBGA (thermal enhanced ball grid array) est une autre forme de PBGA, dont la seule différence structurelle est l’ajout d’un dissipateur thermique. La puce est directement fixée au dissipateur thermique, face vers le bas, et la connexion électrique entre la puce et le PCB est réalisée par wire bond. Sa méthode de scellement est la suivante : une barrière (dam) est construite sur le substrat autour de la puce, puis un composé liquide est utilisé. L’image citée ci-dessous est un bon exemple d’EBGA.
Image citée deComposants pratiques
• FC-BGA
FC-BGA est l’abréviation de flip chip ball grid array. Similaire au CBGA en termes de structure mais utilisant une résine BT pour remplacer le substrat céramique, le FC-BGA permet de réduire davantage les coûts. De plus, la technologie flip chip est capable de raccourcir les chemins de circuit internes, améliorant ainsi efficacement les performances électriques. Le matériau utilisé pour les plots métalliques exploités par la technologie flip chip tire le plus souvent parti d’un alliage étain-plomb au ratio 63:37, de sorte que ce type de matériau présente une forte tension de surface à l’état fondu. Par conséquent, les puces peuvent être attirées vers les positions correctes sans recourir à une machine d’alignement flip chip de haute précision.
Image citée deCircuits Shipco
• MBGA
MBGA, abréviation de « metal ball grid array », a été développé par Olin avec un substrat en céramique métallique. Les circuits sur le substrat sont fabriqués par dépôt par pulvérisation cathodique, avec la face puce orientée vers le bas et un raccordement interne réalisé par connexion par fils (wire bonding). Le MBGA offre également d’excellentes performances électriques et un très bon effet de dissipation thermique.
• Micro BGA
Le micro BGA est un type de boîtier de dimensions équivalentes à celles des puces, développé par Tessera. Le micro BGA fonctionne avec la face de la puce orientée vers le bas et utilise un ruban de conditionnement comme substrat. Une couche d’élastomère est intercalée entre la puce et le ruban afin de relâcher les contraintes causées par la dilatation thermique. La connexion entre le ruban et la puce utilise des broches spéciales en argent plaquées or, tandis que la connexion entre la carte principale et l’environnement externe est réalisée via le BGA. L’avantage essentiel du micro BGA réside dans sa miniaturisation et sa légèreté, qui conduisent à de larges applications dans les produits limités par l’espace. De plus, il convient particulièrement aux produits de stockage avec un faible nombre de broches.
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Ressources utiles
•Quatre étapes pour connaître le BGA
•Une introduction à la technologie d’encapsulation BGA
•Facteurs influençant la qualité de l’assemblage BGA
•Exigences relatives aux fichiers de conception pour garantir un assemblage BGA efficace
•Comment obtenir un devis précis pour vos besoins d’assemblage BGA
