關於 PCB 組裝中的 BGA 技術，您需要知道的一切
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BGA，全稱 Ball Grid Array，是一種應用於 SMT 組裝的先進封裝技術。它是電子技術領域的一項重大成就，反映了封裝技術的顯著進步。
BGA 封裝表面具有大量球形凸點，提供眾多互連點，實現高密度封裝目標。
1. 什麼是 PCB 板上的球柵陣列（BGA）？
BGA 積體電路是無引腳的 SMD 元件，取而代之的是焊球陣列，這些金屬球陣列分布在 PCB 上。BGA 焊球透過 PCB 封裝板底部的層壓基板固定在 PCB 上。
金屬走線將晶片連接路由至焊球。與扁平封裝和雙列直插封裝相比，BGA-PCB 封裝可提供更多的 I/O 連接。
由於矽晶片到焊球的連接更短，BGA IC 展現出更高的效率與高速性能。憑藉其短引腳長度與寬裕的引腳間距，BGA 封裝成為高密度電路高速 PCB 產品的理想解決方案。
BGA 在 PCB 上的堆疊製程：
PoP：PoP（Package on Package）用於將 BGA 的 IC 與元件堆疊在指定封裝上。此製程可高效地將多個 IC 堆疊於單一封裝內，例如將記憶體/邏輯元件與處理器封裝在一起。
2. BGA 封裝有哪些類型？
- PBGA：塑封 BGA，採用塑膠包覆本體、玻璃混合層壓基板與蝕刻銅走線。焊球間距：1.0 mm、1.27 mm。2–4 層有機板。
- FlipChip BGA：採用硬質多層基板。
- CBGA：陶瓷 BGA，採用陶瓷基板與 FlipChip（FC）電氣連接。
- CDPBGA：腔體向下 PBGA，晶片區域具有方形凹陷，稱為腔體區。
- TBGA：帶式 BGA，採用 1–2 層軟性帶狀基板，亦稱 Flex Tape BGA。
- H-PBGA：高散熱 BGA。
3. BGA 的優缺點
BGA 的優點：
- 板子尺寸小。
- 電氣實現高效。
- 高散熱能力。
- 高效率與高可靠性。
- 成本友善。
BGA 的缺點：
- 焊接後檢測困難。
- 需高度謹慎且困難的重工。
- BGA 元件對環境變化高度敏感。
- 需靜電防護與高規格儲存維護。
4. BGA 的關鍵特性
- 因 PoP 堆疊而具備高互連密度並降低板子複雜度。
- 成本友善的製程。
- 低熱阻防止晶片過熱。
- 低電感。
- 佔用板面空間小。
5. BGA 在 PCB 組裝中的應用
球柵陣列（BGA）技術已成為現代 PCB 組裝的基石，特別適用於需要高可靠性與緊湊設計的產品。與傳統有引腳封裝相比，BGA 可在更小面積內提供更多 I/O 連接，是當今高密度電子系統的關鍵選擇。
BGA 貼裝的 SMT 要求
要成功組裝 BGA，製造商必須遵循嚴格的表面貼裝技術（SMT）要求：
- 鋼網設計與焊膏選擇：鋼網開口尺寸與焊膏黏度直接影響焊點品質。均勻的焊膏沉積對避免橋接或空洞至關重要。
- 貼裝精度：BGA 封裝對貼裝精度要求更高，偏移可能導致隱藏的焊接缺陷。
- 回焊溫度曲線控制：優化的回焊爐溫度曲線可確保焊球良好潤濕，同時避免過熱損壞封裝或 PCB。
BGA 技術的典型應用
BGA 封裝廣泛應用於對空間效率與訊號完整性要求高的產業：
- 高密度主機板：筆電、伺服器與遊戲機依賴 BGA 封裝的處理器、晶片組與記憶體模組。
- 通訊設備：路由器、基地台與網路交換器使用 BGA 元件進行高速訊號處理。
- 消費性電子：智慧型手機、平板與穿戴裝置受益於 BGA 的緊湊尺寸與更佳散熱性能。
BGA 組裝的關鍵考量
工程師在 PCB 設計與組裝過程中必須解決多項挑戰，以確保 BGA 焊點的長期可靠性：
- PCB 佈線密度：適當的焊墊設計與導孔擺放對 BGA 焊球的逃線路由至關重要。
- 焊球間距：更細的間距提高 I/O 密度，但也增加製造複雜度。
- 熱管理：高功耗 BGA 需透過散熱導孔與足夠銅面有效散熱。
透過理解這些應用需求與設計考量，工程師可充分發揮 BGA 技術的優勢，同時降低組裝風險。
6. BGA 檢測技術
BGA 封裝的檢測因焊球位置而具挑戰性，傳統光學方法無法檢測缺陷。為提高準確度，在採用 BGA 的 SMT 組裝中，常結合電性測試、邊界掃描檢測與自動 X 光檢測。
1. 電性測試：傳統方法，可識別開路與短路缺陷。
2. 邊界掃描檢測：利用邊界掃描設計的測試埠，逐一存取邊界連接器上的每個焊點，檢測元件開路與短路。
3. 自動 X 光檢測：
自動 X 光檢測可檢視元件下方的焊點，揭示 AOI 無法看到的空洞與氣泡等隱藏缺陷。常見 BGA 缺陷包括偏移、鬆動焊料、開路、冷焊、橋接短路、空腔、缺失/掉落焊球及尺寸不規則。
7. 如何修復 BGA 缺陷
拆下元件：可透過先將 BGA 元件從電路板上拆下來修復故障。方法是對板上的局部區域謹慎加熱，使焊點熔化，即可更換元件並重新建立焊點連接。
BGA 重工流程：BGA 重工在專用重工站進行，使用紅外線加熱器加熱 BGA-PCB 元件。熱量等級可由熱電偶監控。利用真空裝置及其他設備將封裝從底板上抬起。
局部加熱：加熱過程非常謹慎，僅限於板上的缺陷區域。局部加熱可確保鄰近元件的安全。
JLCPCB BGA 技術
JLCPCB是公認值得信賴的 PCB 製造與組裝服務供應商，將 BGA 生產作為其綜合服務組合的關鍵項目。其專長在於生產與組裝採用 BGA 封裝的 PCB。BGA 封裝以先進的焊球網格實現高密度互連。JLCPCB 在出貨前為 BGA-PCB 產品提供高效率的測試與檢驗系統。
JLCPCB 的 BGA 生產服務專為滿足當代電子需求而設計，確保客戶將 BGA 整合至 PCB 設計的各種需求都能以最高精度與品質達成。
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