BGA и премудрости шариковой технологии
Очень часто, в среде ремонтников, можно услышать странное слово “Бэ-гэ-А” или “Биджиэй”. Этим словом мастера ремонта называют тип корпуса поверхностно-монтируемых интегральных микросхем. Аббревиатура BGA произошла от английских слов ball grid array, что значит массив шариков. Под массивом шариков понимаются все выводы (контакты) микросхемы, реализованные в виде шариков из припоя, нанесённые на контактные площадки с обратной стороны микросхемы.
Микросхему располагают на печатной плате, согласно маркировке первого контакта на микросхеме и на плате. На самой микросхеме есть “ключ”, который указывает на первый контакт микросхемы (А1). На плате, также в большинстве случаев, нанесён “ключ” для установки микросхему.
Матрица маркируется следующим образом:
* A1 B1 C1 D1 E1 …
A2 B2 C2 D2 E2 …
…
AN BN CN DN EN…
где * - это ключ. По горизонтали (буквенный ряд) не используют буквы I, O, S из-за схожести с цифрами 1, 0, 5.
Установка микросхем в корпусах BGA - высокотехнологичный процесс, который требует от мастера наличия определённого оборудования и навыков. После установки микросхемы на плату и центрирования, осуществляют её нагрев с помощью термовоздушной паяльной станции или инфракрасного источника, так что шарики начинают плавиться. Поверхностное натяжение заставляет расплавленный припой зафиксировать микросхему ровно над тем местом, где она должна находиться на плате. Сочетание определённого припоя, температуры пайки, флюса и паяльной маски не позволяет шарикам полностью деформироваться.
У технологии BGA есть свои преимущества и недостатки. Рассмотрим их далее.
Высокая плотность контактов (преимущество)
BGA — это технология, которая пришла на помощь в производстве миниатюрных корпусов ИС (интегральных схем). Массивы выводов при использовании поверхностного монтажа «две-линии-по-бокам» (SOIC) производятся всё с меньшим и меньшим расстоянием и шириной выводов для уменьшения места, занимаемого выводами, но это вызывает определённые сложности при монтаже данных компонентов. В технологии SOIC выводы располагаются слишком близко, и растёт процент брака по причине спаивания припоем соседних выводов. BGA не имеет такой проблемы — припой наносится на заводе в нужном количестве и месте.
Теплопроводность (преимущество)
По отношению к “микросхемам с ножками” технология BGA имеет лучший тепловой контакт между микросхемой и платой, что в большинстве случаев избавляет от установки теплоотводов, поскольку тепло уходит от кристалла на плату более эффективно.
Если же рассеивание не достаточно, то на корпус микросхемы устанавливают радиаторы, а пространство между ними заполняется компаундом.
Малые наводки (преимущество)
Чем меньше длина выводов, тем меньше наводки и излучение. У BGA длина проводника очень мала, и определяется расстоянием между платой и микросхемой, таким образом применение BGA позволяет увеличить диапазон рабочих частот и увеличить скорость обработки информации.
Негибкие выводы (недостаток)
Так как выводы выполнены в виде шариков припоя маленького диаметра (0.05 - 0.7мм), их нельзя считать гибкими. Часть, при тепловом расширении, сильной вибрации (удары) некоторые выводы могут сломаться. Поэтому BGA не является популярной технологией в военной технике и авиастроении.
Отчасти эту проблему решают с помощью залития промежутка между микросхемой и платой специальным полимерным веществом — компаундом. Он скрепляет всю поверхность микросхемы с платой. Одновременно компаунд препятствует проникновению влаги под корпус BGA-микросхемы, что особенно актуально для бытовой электроники — например, для сотовых телефонов. Но залитие выводов микросхем компаундов - является также и дополнительной помехой в сервисном обслуживании электроники. На лицо сложность демонтажа (снятия) таких микросхем.
Дорогое обслуживание (недостаток)
Ещё одним недостатком можно считать сложность определения дефектов пайки. Для выявления такого рода дефектов обычно применяют специальное рентген-оборудование или специальные электронные микроскопы, которые были разработаны специально для решения данной проблемы, и являются очень дорогостоящим профессиональным оборудованием. Самым недорогим методом устранения неисправностей, возникающих при монтаже, является периферийное сканирование. Если решено, что BGA плохо припаяна, её снимают с помощью паяльной станции, восстанавливают выводы (процедура восстановления шариковых выводов называется реболлинг, от англ. reball) и снова устанавливают на плату; или заменяют новой микросхемой.
