Con lo sviluppo della tecnologia di packaging dei chip, il BGA (ball grid array) è stato considerato una forma di packaging standard. Per quanto riguarda i chip con centinaia di pin, l’applicazione del package BGA offre enormi vantaggi.
I chip BGA prevalgono sui chip QFP (quad flat package) in termini di forma dei package BGA. I package BGA riducono drasticamente le dimensioni fisiche dei chip sostituendo i terminali periferici dei chip QFP con una matrice di sfere di saldatura, il che è particolarmente evidente quando sono disponibili più pin di I/O. L’area superficiale di un BGA aumenta linearmente con l’aumento del numero di pin di I/O, mentre quella di un QFP aumenta con il quadrato del numero di pin di I/O. Di conseguenza, il package BGA offre una maggiore producibilità per i componenti con molti pin rispetto al QFP. In generale, il numero di pin di I/O varia da 250 a 1089, determinato in modo specifico dal tipo e dalle dimensioni del package. Per quanto riguarda la producibilità, i chip BGA si comportano anche meglio dei chip QFP. I pin dei chip con package BGA sono a forma di sfera e sono distribuiti in una matrice 2D. Inoltre, i pin di I/O presentano un passo maggiore rispetto al QFP e si comportano come sfere rigide che non si deformano a causa del contatto. Per quanto riguarda i produttori di chip, un altro vantaggio dei chip BGA risiede nella loro alta resa. Il tasso di difetti di assemblaggio dei chip BGA è normalmente compreso tra 0,3 ppm e 5 ppm per pin, il che può essere considerato come praticamente privo di difetti.
Grazie ai motivi discussi sopra, i chip in package BGA sono ampiamente applicati daassemblatori elettroniciTuttavia, la particolare forma dei package BGA comporta un rischio maggiore di cortocircuiti durante la saldatura, a meno che non si adottino alcuni importanti accorgimenti di layout nella fase di progettazione. Pertanto, nella parte restante di questo articolo verranno illustrate alcune importanti regole di layout per i chip BGA, in modo da ottenere un effetto di saldatura ottimale nell’assemblaggio SMT (tecnologia a montaggio superficiale).
• Passo e spaziatura
Il passo delle sferette di saldatura per i package BGA in genere rimane a 50 mil. Per soddisfare i requisiti della tecnologia utilizzata inProcesso di produzione dei PCB (printed circuit board)la distanza tra il foro passante e il bordo del pad dovrebbe essere almeno di 8 mil e la distanza tra le piste e il bordo del pad può essere ridotta a 5–6 mil. Pertanto, è ragionevole definire la dimensione del pad dei chip BGA tra 18 mil e 25 mil e la larghezza delle piste tra le sfere di saldatura BGA dovrebbe essere compresa tra 6 mil e 8 mil.
• Impostazione del segno di posizionamento
Poiché i package BGA sono difficilmente ispezionabili a occhio nudo e le giunzioni di saldatura non possono nemmeno essere viste a occhio nudo, è necessario impostare riferimenti (fiducial marks) accurati per soddisfare i requisiti di ispezione dell’assemblaggio, assemblaggio manuale e sostituzione dopo la rilavorazione.
È una pratica comune posizionare due riferimenti di allineamento agli angoli opposti di un componente BGA oppure due riferimenti agli angoli, come mostrato nella figura seguente.
Sia i riferimenti fiduciali che i riferimenti d’angolo sono posizionati sullo stesso layer dei package BGA, cioè sul layer componenti. I riferimenti fiduciali presentano solitamente tre tipi di forma: quadrata, circolare e triangolare, con dimensioni che vanno da 20 mil a 80 mil, e un’area priva di solder mask lasciata scoperta con una dimensione di 60 mil. La larghezza dei riferimenti d’angolo è compresa tra 8 mil e 10 mil, fornendo l’allineamento più accurato per la grafica dei pad BGA.
• Fori passanti conduttivi tra pad
In generale, i fori passanti NON dovrebbero essere disposti tra i pad convias cieche e vias sepoltesostituito. Tuttavia, questo metodo comporterà un costo più elevato per la fabbricazione del PCB. Se è necessario applicare fori passanti tra i pad, si dovrebbe usare la vernice della maschera di saldatura per impedire al flussante di saldatura di fuoriuscire o per riempire o coprire i fori, in modo da evitare cortocircuiti durante la saldatura.
• Pad
Tra tutti i pin dei chip BGA, molti derivano dall’alimentazione o dalla massa. Se un pad è progettato come foro passante, si risparmierà molto spazio per il tracciamento. Tuttavia, questo tipo di progettazione funziona solo per la tecnologia di saldatura a rifusione. Quando si utilizza il metodo di assemblaggio a foro passante, il volume del foro passante deve essere compatibile con la quantità di pasta saldante. Finché viene applicata tale tecnologia, la pasta saldante riempirà il foro passante. Senza considerare questo elemento, le sfere di saldatura affonderanno nei giunti di saldatura, riducendo la conducibilità.
Il layout dei chip BGA non è mai limitato agli aspetti sopra menzionati ed è quasi impossibile che un singolo articolo copra tutti i suggerimenti di layout per i chip BGA. Oltre agli elementi sopra indicati, il layout dei componenti BGA è anche associato alle capacità e ai parametri delle apparecchiature dei produttori o assemblatori a contratto. Ad esempio, la dimensione massima e minima della scheda che un posizionatore di chip è in grado di gestire può variare, richiedendo modifiche di progettazione corrispondenti per essere compatibili con diversi requisiti di progetto. Di conseguenza, è di grande importanza effettuare tutte le necessarie verifiche riguardanti il layout dei chip BGA per ottenere prestazioni ottimali del PCB assemblato e, successivamente, dei prodotti finali.
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Risorse utili
•Un'introduzione alla tecnologia di packaging BGA
•Fattori che influenzano la qualità dell’assemblaggio BGA
•Applicazione della tecnologia a montaggio superficiale (SMT) sui package a matrice di sfere (BGA)
•Misure efficaci per il controllo della qualità delle giunzioni di saldatura a Ball Grid Array (BGA)
•Requisiti sui file di progettazione per garantire un assemblaggio BGA efficiente
•Come ottenere un preventivo preciso per le tue esigenze di assemblaggio BGA
