ยุคข้อมูลข่าวสารสมัยใหม่ได้เห็นการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น คอมพิวเตอร์และโทรศัพท์มือถือ แพร่หลายมากขึ้น ผู้คนเริ่มมีความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในด้านฟังก์ชันและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ขณะเดียวกันก็ต้องการให้มีขนาดและน้ำหนักที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง จนถึงปัจจุบัน ฟังก์ชันหลากหลาย น้ำหนักเบา และการมีขนาดเล็กลง ได้กลายเป็นแนวโน้มการพัฒนาหลักของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ขนาดลักษณะเฉพาะของชิป IC (วงจรรวม) จำเป็นต้องมีขนาดเล็กลง ในขณะที่ระดับความซับซ้อนเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้จำนวนขา I/O เริ่มเพิ่มขึ้น และความหนาแน่นของ I/O ในการบรรจุหีบห่อก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน เพื่อให้สอดคล้องกับความต้องการด้านการพัฒนา เทคโนโลยีการบรรจุหีบห่อความหนาแน่นสูงขั้นสูงหลายประเภทจึงได้ถือกำเนิดขึ้น ซึ่งในบรรดานั้น BGA (ball grid array) เป็นประเภทหลัก เนื่องจากแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่เหนือกว่ารูปแบบการบรรจุหีบห่ออื่น ๆ ในด้านน้ำหนักเบา การมีขนาดเล็กลง และประสิทธิภาพสูง
แพ็กเกจ BGA ปรากฏขึ้นตั้งแต่ช่วงต้นทศวรรษ 1990 และได้พัฒนาเป็นเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ความหนาแน่นสูงที่มีความสมบูรณ์แล้ว เทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์แบบ BGA ได้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเป็นแพ็กเกจในชิปพีซี ไมโครโปรเซสเซอร์ ASIC อาร์เรย์ หน่วยความจำ DSP PDA PLD เป็นต้น
คุณสมบัติของแพ็กเกจ BGA
แพ็กเกจ BGA ใช้ในการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างขั้ว I/O ของวงจรกับแผงวงจรพิมพ์ (PCB – printed circuit board) โดยอาศัยเมทริกซ์ของลูกบอลประสานที่อยู่ใต้ฐานแพ็กเกจ อุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยีแพ็กเกจ BGA เป็นชนิดหนึ่งของ SMD (Surface Mount Devices) เมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์แบบมีขาแบบดั้งเดิม เช่น QFP, PLCC เป็นต้น อุปกรณ์แพ็กเกจ BGA มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:
• จำนวน I/O สูง
จำนวน I/O ถูกกำหนดโดยขนาดของอุปกรณ์และระยะห่างระหว่างลูกบอลบัดกรี เนื่องจากลูกบอลบัดกรีในแพ็กเกจ BGA ถูกจัดเรียงเป็นเมทริกซ์ที่ด้านล่างของฐาน แพ็กเกจ BGA จึงสามารถเพิ่มจำนวน I/O ของชิ้นส่วนได้อย่างมาก ลดขนาดแพ็กเกจ และประหยัดพื้นที่ในการประกอบ โดยทั่วไปแล้ว ปริมาตรของตัวแพ็กเกจสามารถประหยัดพื้นที่ได้อย่างน้อย 30% เมื่อใช้เทคโนโลยีแพ็กเกจ BGA ในกรณีที่มีจำนวนขาเทียบเท่ากัน
• อัตราการผ่านของการประกอบสูงพร้อมทั้งลดต้นทุน
ขาของชิ้นส่วนแบบ QFP และ PLCC แบบดั้งเดิมจะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอรอบแพ็กเกจ โดยมีระยะห่างระหว่างขา (lead pitch) เท่ากับ 1.27 มม., 1.0 มม., 0.8 มม., 0.65 มม. หรือ 0.5 มม. เมื่อจำนวนขา I/O เพิ่มขึ้น ระยะห่างระหว่างขาจำเป็นต้องลดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เมื่อระยะห่างน้อยกว่า 0.4 มม. ความแม่นยำของอุปกรณ์ SMT จะไม่สามารถตอบสนองความต้องการที่เกี่ยวข้องได้ นอกจากนี้ ขายังมีแนวโน้มที่จะเสียรูปได้ง่าย ทำให้อัตราความล้มเหลวในการประกอบเพิ่มสูงขึ้น
อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบแพ็กเกจแบบ BGA จะจัดเรียงลูกบอลบัดกรีเป็นตารางอยู่ด้านล่างของฐาน และสามารถรองรับจำนวนขา I/O ได้มากกว่า ระยะห่างมาตรฐานของลูกบอลบัดกรีคือ 1.5 มม., 1.27 มม. และ 1.0 มม. ส่วน BGA ระยะพิทช์ละเอียดจะมีระยะพิทช์ 0.8 มม., 0.65 มม. และ 0.5 มม. ซึ่งเข้ากันได้กับอุปกรณ์ SMT
คุณสมบัติอื่น ๆ ของแพ็กเกจ BGA ได้แก่:
• พื้นที่สัมผัสระหว่างลูกบอลบัดกรี BGA กับฐานมีขนาดใหญ่และสั้น ช่วยให้การกระจายความร้อนมีประสิทธิภาพ
• BGA มีขาเชื่อมต่อที่สั้นกว่า ทำให้ระยะทางการส่งสัญญาณสั้นลง ลดค่าความเหนี่ยวนำและความต้านทานของขาเชื่อมต่อ และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของวงจร
• BGA สามารถปรับปรุงความร่วมระนาบของปลาย I/O ได้อย่างชัดเจน ช่วยลดการสูญเสียที่เกิดจากความไม่ร่วมระนาบระหว่างกระบวนการประกอบได้อย่างมาก
• BGA เหมาะสำหรับการทำงานบนแพ็กเกจ MCM และสามารถรองรับความหนาแน่นสูงและประสิทธิภาพสูงของ MCM ได้
• ทั้ง BGA และ BGA ระยะพิชช์ละเอียดมีความน่าเชื่อถือมากกว่า IC แบบขาเล็กระยะพิชช์ละเอียด
การจำแนกประเภทและโครงสร้างของแพ็กเกจ BGA
BGA มีหลายประเภทของแพ็กเกจซึ่งมีโครงสร้างส่วนใหญ่เป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสและสี่เหลี่ยมผืนผ้า ตามรูปแบบการกระจายตัวของลูกบอลประสาน BGA สามารถแบ่งออกเป็นแบบรอบขอบ แบบเมทริกซ์ และแบบตารางเต็มพื้นที่ ตามวัสดุของฐาน BGA สามารถแบ่งออกเป็น PBGA (plastic ball grid array), CBGA (ceramic ball grid array) และ TBGA (tape ball grid array)
• การบรรจุภัณฑ์ PBGA
PBGA ใช้เรซิน BT หรือแผ่นลามิเนตแก้วเป็นวัสดุฐาน และใช้พลาสติกเป็นวัสดุปิดผนึก โดยใช้บัดกรียูเทคติก 63Sn37Pb เป็นวัสดุลูกบอลบัดกรี การเชื่อมต่อระหว่างลูกบอลบัดกรีกับแพ็กเกจไม่จำเป็นต้องใช้บัดกรีเพิ่มเติม แพ็กเกจ PBGA บางชนิดมีโครงสร้างแบบโพรง ซึ่งแบ่งออกเป็นแบบโพรงหงายขึ้นและโพรงคว่ำลง PBGA ที่มีโครงสร้างแบบโพรงถูกพัฒนาขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายความร้อน จึงถูกเรียกว่า EBGA ด้วย
ข้อดีของ PBGA มีดังต่อไปนี้:
a. ความเข้ากันได้ทางความร้อนกับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ดียิ่งขึ้น
b. การจัดแนวที่ดียิ่งขึ้นระหว่างลูกบอลประสานและแผ่นรอง
c. ต้นทุนที่ต่ำกว่า
d. สมรรถนะทางไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม
• บรรจุภัณฑ์ CBGA
CBGA มีประวัติยาวนานที่สุดในบรรดา BGA ทุกประเภท โดยใช้เซรามิกหลายชั้นเป็นฐาน CBGA ใช้แผ่นโลหะครอบด้านบนเพื่อบัดกรีชิ้นส่วน BGA เข้ากับฐาน เพื่อปกป้องชิป ลีด และแผ่นรองบัดกรี วัสดุลูกบอลประสานเป็นบัดกรียูเทคติกทนความร้อนสูง 10Sn90Pb และการเชื่อมต่อระหว่างลูกบอลประสานกับแพ็กเกจขึ้นอยู่กับบัดกรียูเทคติกอุณหภูมิต่ำ 63Sn37Pb
ข้อดีของแพ็กเกจ CBGA ได้แก่:
a. ความแน่นอากาศที่ดีกว่าและความทนทานต่อความชื้นที่สูงขึ้น ส่งผลให้มีความน่าเชื่อถือสูงในระยะยาว
b. ฉนวนไฟฟ้าดีกว่า PBGA
c. ความหนาแน่นของการบรรจุภัณฑ์สูงกว่า PBGA
d. การกระจายความร้อนสูงกว่า PBGA
ข้อเสียของแพ็กเกจ CBGA ได้แก่:
a. เนื่องจากมีความแตกต่างอย่างมากระหว่างฐานเซรามิกกับแผ่น PCB ในด้าน CTE (สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน) ทำให้ CBGA มีความเข้ากันได้ทางความร้อนต่ำและมีแนวโน้มที่จะเสียหายจากความล้าของข้อต่อประสาน
b. มีต้นทุนสูงกว่า PBGA
c. ความยากลำบากในการจัดแนวลูกบอลบัดกรีที่ขอบของแพ็กเกจสูงขึ้น
• บรรจุภัณฑ์ CCGA
CCGA ซึ่งเป็นตัวย่อของ ceramic column grid array เป็นเวอร์ชันที่ได้รับการปรับปรุงมาจาก CBGA ความแตกต่างระหว่าง CCGA และ CBGA คือ CCGA ใช้คอลัมน์บัดกรีที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 มม. และความสูง 1.25 มม. ถึง 2.2 มม. แทนที่ลูกบอลบัดกรีที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.87 มม. ทำให้รอยต่อบัดกรีของ CCGA มีความสามารถในการต้านทานความล้าของรอยต่อบัดกรีได้ดียิ่งขึ้น
• การบรรจุภัณฑ์ TBGA
TBGA เป็นโครงสร้างแบบโพรงที่มีการเชื่อมต่อสองประเภทระหว่างชิปและฐาน ได้แก่ การเชื่อมต่อแบบบัดกรีกลับด้านและการเชื่อมต่อแบบลวดนำสัญญาณ
ข้อดีของ TBGA ได้แก่:
a. ความเข้ากันได้ทางความร้อนที่ดีกว่าระหว่างเทปกับแผงวงจร PCB
b. การจัดเรียงตัวเองของลูกบอลบัดกรีสามารถใช้กับ TBGA ได้ กล่าวคือ ใช้แรงตึงผิวของลูกบอลบัดกรีเพื่อตอบสนองความต้องการด้านการจัดแนวระหว่างลูกบอลบัดกรีและแผ่นแพด
c. ต้นทุนต่ำที่สุดในบรรดาบรรจุภัณฑ์ BGA ทั้งหมด
d. การกระจายความร้อนดีกว่า PBGA
ข้อเสียของ TBGA ได้แก่:
a. ไวต่อความชื้น
b. การผสมผสานวัสดุหลายประเภทเข้าด้วยกันส่งผลเสียต่อการบำรุงรักษาความเชื่อถือได้
การจัดซื้อชิ้นส่วน BGA คุณภาพสูงของ PCBCart และการรับประกันประสิทธิภาพสูงสุดของชิ้นส่วนเหล่านี้ในงาน PCBA
ด้วยประสบการณ์มากกว่า 20 ปีในอุตสาหกรรมนี้ ทำให้ PCBCart มีความสามารถในการการจัดซื้อชิ้นส่วน BGA คุณภาพสูงจากผู้ผลิตหรือผู้จัดจำหน่ายชิ้นส่วนที่เชื่อถือได้ทั่วโลก ก่อนนำไปใช้งาน ชิ้นส่วน BGA แต่ละชิ้นจะต้องผ่านการตรวจสอบอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจว่าสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของคุณ หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับความสามารถในการจัดซื้อของเรา โปรดติดต่อเรา.
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•บทนำโดยย่อเกี่ยวกับประเภทแพ็กเกจ BGA
•บริการจัดหาชิ้นส่วน BGA จาก PCBCart พร้อมการรับประกันคุณภาพ
•บริการผลิตแผงวงจรพิมพ์ครบวงจรจาก PCBCart
•บริการประกอบแผงวงจรพิมพ์แบบเทิร์นคีย์ขั้นสูงจาก PCBCart
•ปัจจัยที่มีผลต่อคุณภาพของการประกอบ BGA
•ปัญหาลูกบอลบัดกรีของชิ้นส่วน BGA และวิธีหลีกเลี่ยง
