Aujourd'hui, les boîtiers BGA sont largement utilisés dans les produits électroniques de toutes sortes, tels que les smartphones et les serveurs hautes performances, en particulier pour les circuits intégrés haute densité. Ils gagnent en popularité en raison de leur disposition dense des broches ainsi que de leurs performances thermiques et électriques supérieures. Cet article présente 7 types de boîtiers BGA fondamentaux, qui détaille leurs principales caractéristiques et leurs scénarios d'utilisation optimaux avec des avantages supplémentaires.
Qu'est-ce qu'un package BGA ?
Le boîtier BGA (Ball Grid Array) est un type de boîtier monté en surface. Mais contrairement aux boîtiers traditionnels à broches, où les broches sont situées sur les bords d'une puce et soudées au PCB, le BGA utilise un réseau de billes de soudure sur la surface inférieure d'une puce qui se connecte au PCB. Surtout, cette méthode maximise la densité de connexion et permet simultanément une conception plus compacte et plus efficace.
Les 7 types de boîtiers BGA les plus courants
Tous les boîtiers BGA sont conçus de la même manière, mais il existe d'autres variétés pour répondre à des exigences spécifiques. Dans ce qui suit, nous allons présenter 7 types courants de boîtiers BGA :
PBGA (réseau à billes en plastique) :
Le boîtier PBGA (Plastic Ball Grid Array) a été inventé par Motorola, puis adopté par d'autres fabricants du secteur. Il est constitué de résine de bismaléimide triazine (BT) comme substrat. Ce type de boîtier BGA est considéré comme le choix privilégié pour les circuits imprimés double face et est couramment utilisé dans l'électronique grand public, notamment les smartphones et les tablettes, ainsi que dans divers systèmes informatiques.
CBGA (réseau de billes en céramique) :
Les boîtiers BGA en céramique présentent une composition caractéristique de billes de soudure étain/plomb de 10:90. La température de fusion de ces boîtiers est élevée, ce qui nécessite l'utilisation de la méthode C4 (Controlled Collapse Chip Connection) afin de connecter les boîtiers BGA au circuit imprimé. Bien que les boîtiers CBGA soient plus chers que les boîtiers BGA en plastique, ils offrent une fiabilité bien supérieure en termes de performances électriques améliorées et de capacités de dissipation de chaleur.
TBGA (réseau à billes en bande) :
Un boîtier TBGA (Tape Ball Grid Array) est doté d'un substrat flexible en ruban polyimide pour supporter la puce semi-conductrice. Par rapport aux BGA standard, il offre des performances électriques et une gestion thermique améliorées. Sa structure adaptable diminue la pression sur les joints de soudure, ce qui améliore la durabilité et offre de meilleures performances dans les applications à température variable. La taille compacte et la forme mince du TBGA permettent une utilisation dans les appareils électroniques portables, notamment les téléphones portables, les ordinateurs portables et les équipements d'imagerie numérique.
FBGA (réseau à billes à pas fin)
Le Fine Pitch Ball Grid Array est une variante plus petite et plus dense du boîtier BGA classique. La conception à l'échelle d'une puce permet aux FBGA d'avoir des dimensions plus fines ainsi qu'une taille de corps réduite par rapport aux BGA traditionnels. Un pas de bille serré est la caractéristique distinctive du Fine Pitch Ball Grid Array, ce qui signifie que les billes de soudure sont placées plus près les unes des autres. Les FBGA offrent une valeur particulière dans l'électronique portable et les appareils portables intelligents en raison de leur taille minimale et de leurs capacités de haute performance.
FC-BGA (réseau de billes à puce retournée) :
Le FC-BGA intègre la technologie flip-chip ou une connexion de puce à effondrement contrôlé. Il possède une structure de type BGA en céramique utilisant de la résine BT à la place du substrat en céramique à un prix inférieur. De plus, ce type de boîtier BGA présente de meilleures performances électriques car il réduit la longueur des voies de circuit internes. Par conséquent, le FCBGA est un choix privilégié pour les applications hautes performances et il est également largement utilisé dans les solutions de puces d'accélération graphique.
MBGA (réseau de billes métalliques) :
Dans ce type de boîtier, les substrats en métal et céramique sont utilisés pour une meilleure durabilité et des performances thermiques supérieures. La puce est orientée vers le bas et les circuits sont formés à l'aide d'un procédé de revêtement par pulvérisation cathodique. La connexion électrique dans le MBGA est réalisée par liaison par fils. L'excellente propriété de dissipation thermique le rend très utilisé dans l'électronique de puissance, les systèmes automobiles, ainsi que dans les applications de calcul haute puissance.
Boîtier Micro BGA :
Le Micro Ball Grid Array (µBGA) est la technologie de boîtier à montage en surface la plus avancée et la plus populaire parmi les concepteurs de PCB. Les boîtiers BGA standard utilisent un pas de billes de 0.8 mm à 1.0 mm, tandis que le µBGA a un pas très fin de 0.4 mm ou moins. En raison de sa conception compacte, il occupe un très petit espace et convient donc aux applications où une taille de boîtier plus petite est essentielle.
Principaux avantages du packaging BGA
Bien que les boîtiers BGA offrent des avantages, leur utilisation présente également des défis :
- Empreinte plus petite : la rangée de billes de soudure sous les composants dans les boîtiers BGA crée une empreinte plus petite tout en réduisant l'espace requis sur le PCB.
- Nombre de broches plus élevé : les BGA peuvent accueillir davantage de connexions d'entrée/sortie sans augmenter la taille du boîtier, permettant ainsi aux concepteurs d'ajouter plus de fonctionnalités à des espaces minimaux.
- Performances électriques améliorées : les connexions de soudure uniformes et directes améliorent les performances électriques et l'intégrité du signal en raison de la résistance et de l'inductance inférieures.
- Meilleure dissipation thermique : les billes de soudure touchant directement le PCB facilitent le transfert de chaleur qui minimise les situations de surchauffe.
Principaux défis liés à l'utilisation des boîtiers BGA
Malgré leurs avantages, leur utilisation présente plusieurs défis :
- Difficultés d'inspection : les joints de soudure cachés sous le boîtier ne peuvent pas être inspectés visuellement, Inspection aux rayons X doit être utilisé.
- Défis de retouche : lors de la retouche de BGA, des exigences plus élevées sont imposées aux équipements, qui nécessitent un contrôle thermique précis et des machines spéciales.
- Complexité de fabrication : Pour garantir des joints de soudure corrects, une conception bien pensée Circuit imprimé, des dépôts de pâte à braser contrôlés et un processus de brasage par refusion bien géré sont nécessaires.
Conclusion
L'électronique moderne repose sur la technologie d'encapsulation BGA, des produits grand public aux systèmes informatiques haute performance. Chaque type de BGA présente ses avantages et ses inconvénients ; il est donc essentiel de choisir le boîtier adapté et un fabricant expérimenté. Chez UnityPCB, nous bénéficions de nombreuses années d'expérience et de processus de contrôle qualité rigoureux, associés à un équipement de pointe, pour vous offrir un assemblage BGA fiable, quel que soit le type de boîtier. Contactez-nous dès maintenant pour discuter de votre projet !
