Consejos de diseño imperdibles para chips BGA

Con el desarrollo de la tecnología de empaquetado de chips, BGA (matriz de rejilla de bolas) se ha considerado como una forma de empaquetado estándar. En lo que respecta a los chips con cientos de pines, la aplicación del paquete BGA ofrece enormes ventajas.

Los chips BGA ganan a los chips QFP (paquete plano cuádruple) en cuanto a la forma de los paquetes BGA. Los paquetes BGA hacen que el tamaño físico de los chips se reduzca drásticamente con la matriz de bolas de soldadura que reemplaza los cables periféricos en los chips QFP, lo que es especialmente obvio cuando hay varios pines de E/S disponibles. El área de superficie de BGA aumenta linealmente con la mejora del recuento de pines de E/S, mientras que la de QFP aumenta con la mejora del cuadrado del recuento de pines de E/S. Como resultado, el paquete BGA brinda más capacidad de fabricación a los componentes con varios pines que QFP. En términos generales, el recuento de pines de E/S oscila entre 250 y 1089, lo que se determina específicamente según el tipo y el tamaño del paquete. En lo que respecta a la capacidad de fabricación, los chips BGA también funcionan mejor que los chips QFP. Los pines de los chips del paquete BGA tienen forma de bola y se distribuyen en una matriz 2D. Además, los pines de E/S presentan un paso más grande que el QFP y funcionan como bolas duras que no se deformarán debido al contacto. Cuando se trata de fabricantes de chips, otro mérito de los chips BGA radica en su alto rendimiento. La tasa de defectos de ensamblaje de los chips BGA es normalmente de 0,3 ppm a 5 ppm por pin, lo que se puede considerar equivalentemente sin defectos.

Gracias a las razones discutidas anteriormente, los ensambladores electrónicos utilizan ampliamente los chips de paquetes BGA. Sin embargo, la forma peculiar de los paquetes BGA conduce a un mayor riesgo de cortocircuitos en la soldadura, a menos que se aprovechen algunos consejos de diseño importantes en la fase de diseño. Por lo tanto, este artículo en la parte restante demostrará algunas reglas de diseño importantes para los chips BGA para que se pueda obtener un efecto de soldadura óptimo en el ensamblaje SMT (tecnología de montaje superficial).

• Paso y espaciado

El paso de bola de soldadura para paquetes BGA generalmente permanece en 50 mil. Para cumplir con los requisitos de la tecnología utilizada en el proceso de fabricación de PCB (placa de circuito impreso), el espacio entre el orificio pasante y el borde de la almohadilla debe ser de al menos 8 mil y el espacio entre las pistas y el borde de la almohadilla se puede reducir de 5 mil a 6 mil. Por lo tanto, es razonable definir el tamaño de la almohadilla de los chips BGA entre 18 mil y 25 mil y el ancho de trazado entre las bolas de soldadura BGA debe estar en el rango de 6 mil a 8 mil.

• Configuración de la marca de posicionamiento

Debido a que los paquetes BGA apenas se inspeccionan a simple vista y las uniones de soldadura ni siquiera se ven a simple vista, se deben establecer marcas fiduciarias precisas para que sean compatibles con el requisito de inspección de ensamblaje, ensamblaje manual y reemplazo después del retrabajo.

Es una práctica habitual colocar dos marcas de referencia en las esquinas opuestas de un componente BGA o dos marcas de esquina, como se muestra en la siguiente figura.

Tanto las marcas de referencia como las marcas de esquina se colocan en la capa equivalente con los paquetes BGA, es decir, la capa de componentes. Las marcas de referencia normalmente presentan tres tipos de forma:cuadrada, circular y triangular, cuyo tamaño oscila entre 20 mil y 80 mil, con un área sin máscara de soldadura cubierta que permanece con un tamaño de 60 mil. El ancho de las marcas de las esquinas está en el rango de 8 mil a 10 mil, lo que proporciona la alineación más precisa para los gráficos de almohadillas BGA.

• Agujeros pasantes conductores entre las almohadillas

En términos generales, los orificios pasantes NO deben colocarse entre las plataformas con vías ciegas y vías enterradas reemplazadas. Sin embargo, ese método conducirá a un costo más alto para la fabricación de PCB. Si se deben aplicar orificios pasantes entre las almohadillas, se debe usar aceite de máscara de soldadura para evitar que la soldadura fluya o para rellenar o cubrir los orificios para detener los cortocircuitos en la soldadura.

• Almohadilla

Entre todos los pines de los chips BGA, hay muchos que se derivan de la alimentación o la tierra. Si una almohadilla está diseñada como un orificio pasante, se ahorrará mucho espacio para el rastreo. Sin embargo, este tipo de diseño solo funciona para la tecnología de soldadura por reflujo. Como se utiliza el método de ensamblaje de orificio pasante, el volumen del orificio pasante debe ser compatible con la cantidad de pasta de soldadura. Siempre que se aplique esa tecnología, la soldadura en pasta se llenará a través del orificio. Con ese elemento fuera de consideración, las bolas de soldadura se hundirán en las uniones de soldadura y la conductividad disminuirá.

El diseño del chip BGA nunca se limita a los aspectos anteriores y es casi imposible que un solo artículo cubra todos los consejos de diseño para los chips BGA. Además de los elementos anteriores, el diseño de los componentes BGA también está asociado con las capacidades y los parámetros del equipo de los fabricantes o ensambladores por contrato. Por ejemplo, el tamaño de placa máximo y mínimo que un montador de chips puede manejar puede diferir entre sí, lo que requiere las modificaciones de diseño correspondientes para que sean compatibles con los diferentes requisitos de diseño. Como resultado, es de gran importancia realizar confirmaciones completas sobre todo lo relacionado con el diseño del chip BGA para obtener un rendimiento óptimo de la PCB ensamblada y otros productos finales.

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Recursos útiles
• Una introducción a la tecnología de empaque BGA
• Factores que afectan la calidad del ensamblaje BGA
• Aplicación de la tecnología de montaje superficial (SMT) en paquetes de matriz de rejilla de bolas (BGA)
• Medidas efectivas para el control de calidad en juntas de soldadura de matriz de rejilla esférica (BGA)
• Requisitos en los archivos de diseño para garantizar un ensamblaje BGA eficiente
• Cómo obtener una cotización precisa para sus demandas de ensamblaje BGA