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ボール グリッド アレイ (BGA) は、ピン グリッド アレイ (PGA) テクノロジーから派生した一般的な表面実装パッケージです。 はんだボールまたはリード線のグリッドを使用して、集積回路基板から電気信号を伝えます。 BGA パッケージは、他のタイプの IC パッケージに比べていくつかの利点があるため、最新の PCB 設計で人気があります。
BGA はボール グリッド アレイとも呼ばれ、BGA の一種です。 表面実装技術（SMT） 集積回路のパッケージングに使用されます。 BGA パッケージは、マイクロプロセッサなどのデバイスを恒久的に取り付けるために使用されます。 BGA は、デュアル インライン パッケージまたはフラット パッケージに搭載できるよりも多くの相互接続ピンを提供できます。
PGA のようなピンの代わりに、BGA はプリント基板 (PCB) 上に配置されたはんだボールを使用します。 導電性プリントワイヤを使用することにより、PCB は電子コンポーネントをサポートし、接続します。
機器やアセンブリのタイプごとに異なる要件があります。 このため、必要な要件を満たすために、ボール グリッド アレイにはさまざまな便利なバリエーションが作成されています。 PCB 設計で一般的に使用される BGA パッケージにはいくつかのタイプがあります。
マイクロBGA: マイクロ BGA は小さいため、小型のハイテク製品に最適です。 また、ピン数も少なく、ハイストレージデバイスの主要コンポーネントです。 ここでは、0.8、0.65、0.75mm の XNUMX つのピッチが一般的です。
プラスチック BGA (PBGA): PBGA は、表面実装の容易さ、低インダクタンス、低コストを必要とする中高性能から高性能の便利なデバイスです。 ただし、依然として高い信頼性レベルを維持しています。 この PBGA パッケージは、電力損失の能力を向上させるのに役立つ追加の銅層を備えています。
テープ BGA (TBGA): TBGA パッケージは、外部ヒートシンクなしで高い熱性能を必要とするアプリケーション向けのミドルエンドおよびハイエンドのソリューションで使用されます。 TBGA の唯一の欠点は、コストが常に PBGA よりも高いことです。
熱強化プラスチック BGA (TEPBGA): MAPBGA パッケージは、低インダクタンスのパッケージングと表面実装の容易さを必要とする低性能から中性能のデバイスで使用されます。 設置面積が小さく、高レベルの信頼性を備えた低コストのオプションを提供します。
モールド アレイ プロセス BGA (MAPBGA): MAPBGA パッケージは半導体グレードの材料を使用しているため、長期間のプロセスや柔軟な設計制約に対して堅牢です。 これは主に、SMT 能力の強化、熱プロセスの改善、および低インダクタンスのデバイスを目的としています。
パッケージオンパッケージ (PoP): POP ボール グリッド アレイ パッケージは、スペースが非常に重要な用途に役立ちます。 これにより、ベース デバイスの上部にメモリ パッケージを積み重ねることができます。
BGA パッケージでの PCB スペースの効率的な使用: BGA パッケージを使用することにより、使用する PCB コンポーネントの数を減らし、PCB の設置面積を小さくすることができ、そのようなパッケージはカスタム PCB にも使用できるため、PCB スペースをより効率的にすることができます。
高速での優れたパフォーマンス: BGA では、はんだボールが互いに近くに配置されるため、コンポーネント間の緊密な結合が可能になり、相互接続が強化され、高速動作時の信号歪みが軽減されます。 これは、システムが高速でより高い電気的性能を提供することを意味します。
コンポーネントの損傷が少なくなります: PGA とは異なり、BGA のはんだボールは加熱プロセスによって溶けるため、回路基板に接着できます。 これは、コンポーネントが損傷する可能性を減らすのに役立ちます。
PCB 組み立てコストの削減: PCB スペースの効率的な使用、機能の改善、迅速な製造速度、損傷の危険性の軽減、これらすべては間違いなくコスト削減に役立ちます。 PCBアセンブリ BGAパッケージを使用する場合のコスト。
信頼性の高い構造: PGA パッケージで使用されているピンは細くて壊れやすいものです。 したがって、これらのピンは損傷したり曲がったりしやすい。 ただし、BGA パッケージではこれは起こりません。 BGA では、はんだパッドははんだボールに接続され、システムの信頼性が向上します。
過度に高価: BGA は、製造業者がその上に集積回路ダイを配置する小さな材料片にすぎません。 BGA はサイズが小さいため、目視ではんだ接合部を検査するのは困難です。 ただし、この問題は特殊な顕微鏡と X 線装置を使用することで解決できます。
検査が難しい: BGA では、はんだボールが互いに近くに配置されるため、コンポーネント間の緊密な結合が可能になり、相互接続が強化され、高速動作時の信号歪みが軽減されます。 これは、システムが高速でより高い電気的性能を提供することを意味します。
ストレスを感じやすい： 回路基板からの曲げ応力により、BGA は信頼性の問題につながる応力を受けやすくなります。
扱う BGA パーツが複雑になればなるほど、各ピンを関連するネットに適切に配線するために、より多くの事前計画を立てる必要があります。 0.5mm ピッチのピンを備えたピン数の多い BGA では、すべてのネットのエスケープ配線パターンを設計するための慎重な計画が必要になります。 これには、トレースの配線に入るずっと前からコンポーネントの配置について十分な検討が必要になります。
いつものように、最初にコネクタ、スイッチ、その他の IO デバイスなどの固定コンポーネントから配置フロアプランを開始します。 また、ホットランニング中の BGA が冷却状態を保つために必要なエアフローを確実に確保できるように、ボードの熱に関する考慮事項も念頭に置く必要があります。 プロセッサとメモリ チップは、ボード全体に長い配線長を設ける必要がないように、オフボード コネクタに十分近くに配置する必要があります。 同時に、信号経路のすべての部分が、配線が遠方をさまよって到達することなくきれいに収まるように十分なスペースを提供する必要があります。
配置を開始するときは、BGA パーツの周りのすべての配線に十分なスペースを確保することを忘れないでください。 これらの部品には多くのバイパス コンデンサが必要であり、接続されているピンのすぐ隣に配置する必要があります。 次に、信号パスの一部であるコンポーネントを信号のソースと負荷の間に順番に配置する必要があります。 これらのパーツを適合させるために配置の大部分を変更する必要がある場合があるため、配置を最終的に確定するための対話型作業の準備をしてください。
BGA リボール: このプロセスには、グリッド アレイ アセンブリ上のすべての古いはんだ付けボールを新しいボールに交換することが含まれます。 エンジニアは、VGA カードに問題がある PC マザーボード、ゲーム コンソール、またはラップトップにこのプロセスを採用します。
BGAはんだ付け： メーカーは、リフロー オーブンを使用したはんだリフロー プロセスを適用して BGA はんだ付けを行っています。 BGA はんだボールは、BGA はんだ付けプロセス中にリフローオーブンで溶けます。
BGA のリワーク: BGA リワーク プロセスでは、専用の BGA リワーク ステーションで電子コンポーネントを加熱します。 そして、パッケージを昇圧する真空装置を備えています。 赤外線バーナーと温度をチェックする熱電対も備えています。
BGA の最も先進的な検査方法は X 線検査です。 X 線は、X 線管から基板上に X 線エネルギーを放射することによって機能します。 基板を通過する X 線の量はさまざまで、はんだ接合部などの密な領域ではより多くの X 線が捕捉されます。
BGA の電気テストは、基板の電気特性をテストするもう XNUMX つの検査プロセスです。 これは、応力下でのはんだ接合の品質を評価するために BGA に衝撃およびせん断試験を行う破壊的なプロセスである機械的試験とは異なります。
光学検査は視覚検査とも呼ばれ、光学技術を使用して BGA とその接続を観察します。 この技術は歴史的に肉眼または顕微鏡を使用していましたが、得られる結果は限られていました。 しかし、内視鏡の導入は、この検査技術にとって特に有益であることが証明されています。
BGA パッケージを導電性パッド上に配置し、その表面にリッターはんだペーストを使用します。
はんだ線とはんだごてを使用して、ボールを BGA から慎重に取り外す必要があります。 BGA 表面を洗浄ラインで拭く前に、はんだごてを使用して吸収性ワイヤーを加熱し、錫ボールを溶かします。
BGA の表面を工業用アルコールですぐに拭きます。 摩擦動作を使用して、BGA 表面のはんだ助剤を除去します。
顕微鏡を使用して、きれいなパッド、損傷したパッド、および除去されていない錫ボールを検査します。
脱イオン水とブラシを使用して、BGA の表面を注意深くこすります。
BGA を空気中で乾燥させ、BGA の表面を再確認します。
BGA パッケージは、電気および電子製品市場で今後ますます人気が高まるでしょう。 BGA PCB は、ピン数が多く薄型であるため、コンピュータ、携帯電話、ゲーム機などのさまざまな電子機器で使用されています。 ピン数が多いため、デバイスと PCB の間でより多くの接続を行うことができ、また、薄型であるため、よりコンパクトな設計が可能になります。
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