工作与球网格阵列或…为什么我总是看到斑点
小型四针fet(让每个人都感到不适!)在芯片上的系统上，找到一种没有bga的产品越来越难了。所以让我们双脚都跳进去。
你无法摆脱这些事情。(我的照片，Aperto Networks FPGA)
历史
它们已经被使用了几十年，没有任何放缓的迹象。它们是引脚网格阵列的表面安装后代。在它们被采用之前，最常见的高密度包装形式是四方平面包装(QFP)，其中引线在四面都爆发。这些设备反过来取代了小轮廓集成电路(SOIC)的双面引线框架，以及让我们登上月球并返回地球的古老的双列直插式封装(DIP)。
解决方案会导致无穷无尽的问题。
每一代人的出现都是出于同样的原因。在芯片的引擎盖下还有更多的东西。我们需要更多从死亡到外部世界的联系。从本质上讲，摩尔定律将我们推向这样一个点:封装周围的线性空间不再足以容纳所有的I/ o。
图源:陶瓷金属粘合技术集团。
这些第一批元件上的引线除了作为信号的管道外，还有一个重要的用途。我们知道，物质随着温度的波动而膨胀和收缩。热的东西会生长，并在光谱的红外部分发光。不同材料膨胀和收缩的速度各不相同。这种变化速率被称为热膨胀系数(CTE)。不同材料的速率差异导致了CTE“不匹配”，这就是我们通过给组件安装小腿来解决的问题。
基片材料和模具本身的CTE是紧密匹配的。为什么?因为否则，一个失败的热循环的模具和它的载体将是一个问题拥有芯片厂。不能这样。将无所不在的故障模式推到系统上是很有意义的，为芯片供应商节省了很多钱。中间人就是引线。鸥翼或j型铅和其他配置提供了一个自然的应力缓解，因为部分预热在印刷电路板之前。
金属疲劳是真实存在的，并且是早期设计的一个真实问题——现在仍然如此。以前，有人教我如何把铁丝衣架扭来扭去，直到它失效。一个八岁的孩子不可能徒手把衣架撕成碎片。吸取的教训。不要把东西热循环到极限。
橡胶与路面相遇的地方就是BGA得名的小焊料球。
解决这个问题的重任落在了当时的材料科学家身上。如果你曾经见过芯片板(COB)，你会注意到这个东西被一个坚硬的茧覆盖;这就是所谓的球形陀螺。它显然是为了保护微小的芯片。不那么明显的是防止标的板以正常速度扩张和收缩。这种胶团可以牢牢地固定住周围的PCB材料，这样当电路板试图比设备更快地增长或收缩时，焊点就不会撕裂。两端的持续工作带来了基板和PCB材料，它们可以随着温度的升高和下降而共存。
我的照片，Airgo Networks基带芯片(未填充)
陶瓷在做许多工作时，在芯片加热引起的温度负载下更加稳定。塑料是弹性的，使一个良好的商业级别的材料之间的模具和板的选择。橡胶与路面相遇的地方就是BGA得名的小焊料球。用柔软的金属制作球，具有极佳的柔韧性和从液体到固体的快速转换，是一种理想的解决方案。相对较低的熔点/冰点也会有所帮助。迄今为止发现的最好的合金是含有63%锡和37%铅的合金。它被称为共晶焊料。这个近乎完美的解决方案有一个缺陷。引领它是一种无声的杀手，大多数情况下是被禁止的。
到目前为止，这些替代物的熔点要高得多，而且一旦凝固，它们的硬度也要高得多。我们经历了两次痛苦。当我们将设备连接到电路板上时一次，每次我们按下开关时一次又一次。一旦我们实现了完美的焊接轮廓，本身就不平凡，我们就会留下易碎的焊点，容易开裂。由这种现象引起的潜在缺陷是最糟糕的，因为产品工作-直到它不工作。
由这种现象引起的潜在缺陷是最糟糕的，因为产品工作-直到它不工作。
问题引导我们找到解决方案。在板上芯片上进行globo -topping的相同想法用于另一种方式。我们使用了一种底部填充材料，这种材料可以渗透到BGA下面的裂缝中，一旦它固化，就可以将所有东西固定在适当的位置。底填充是除了所谓的保形涂层，美国宇航局喷涂在整个PCB组件。这两个过程使得返工几乎是不可能的。解决方案会导致无穷无尽的问题。
保持凉爽
这里的图片是我们在英特尔的朋友的一个插图，描绘了BGA基板上的倒装芯片。热路径向下通过凸起和衬底到焊接球，最终进入PCB本身。
图表来源:英特尔
另一种方法是一个腔下设置，我们使用一个散热器，一个微型风扇或散热器到组件的顶部。这是相当强大的，并能够消耗大量的功率，需要运行我们的超级计算设备。热能仍然传递到板，但不是主要途径。
图表来源:英特尔
回到戈登•摩尔(Gordon Moore)和他那些成就斐然的律师们，密度依然有增无减。从前，BGA高尔夫球的标准针距是1/20英寸。以公制为单位，这是1.27毫米。我们已经降低到1.0 mm，然后降低到0.8 mm，再降低到0.65 mm，这是所有通孔布线解决方案中最小的间距。尽管这很可疑，而且我们还没说完。
亲爱的，我把薯片缩小了!
在世纪之交，高密度互连(HDI)从手机行业流传下来(据我所知)，使bga能够将间距降低到0.5毫米。微通道在垫是唯一合理的方式来处理风扇在这个pitch。我当时带着一个用于光学数据传输部门的色散管理设备。当所有的大公司都在霸占HDI供应链的时候，找到能够扩大规模的供应商对初创企业来说是个问题。
现在变得更容易了。越来越多的PCB厂商加入了竞争。中国有大多数工厂处理0.5毫米和0.4毫米螺距器件。对我来说，是高通开创了0.4毫米部件的时代。不满足于偶数行的球，我们使用偏移模式，允许更紧密的集成。我们不是用四个等距的相邻大头针，而是用六个蜂窝状的相邻大头针搏斗。混乱!
他们让我为一个供应商做参考设计，该供应商想要低成本的电路板来服务广大的中低端市场。所以，我发现自己在最便宜的1+4+1组合中处理最紧的筹码。我确信地面花边是不够的。我使用蕾丝这个词是因为在第2层上，通过微孔到核孔的过渡，平面几乎被削减到了零。不知何故，团队成功了，但有时，我仍然会在半夜冒冷汗醒来
顺便说一下，这是微孔尺寸决定衬垫尺寸的地方。
好吧，从0.4毫米的唯一方法是逐步下降到0.35毫米间距。以英寸计算，这个数字低于千分之十四;从50岁或50岁以上开始，这是一个巨大的飞跃。顺便说一下，这是微孔尺寸决定衬垫尺寸的地方。即使这样，我们也不能扩大阻焊板并期望它能粘在一起，所以这个细间距和以下最终被定义为阻焊板。
崩溃vs.非崩溃
这就引出了另一个方面。一些BGA器件被设计成在焊料回流过程中沉淀下来。他们指望更短的热路径和更低的电感。我们用一个比球本身小一点的垫子到达那里。根据定义，它是非焊屏蔽定义(NSMD)。这个过程允许球在陆地边缘“坍塌”。如果需要的话，设备和板之间仍有一些空气空间用于填充。
当这种技术没有更多的空间时，我们就切换到非折叠几何。球本身变得如此之小，以至于我们需要让它们保持直立，以减轻温度带来的压力。我发现的大多数来源都说这个开关发生在0.5 mm，而我刚刚写过，它是强制性的在0.35 mm pitch。我知道我读过什么，也知道我实际做过什么。如果你发现自己处于灰色地带，请查阅数据表，并将其运行到你最喜欢的晶圆厂。
嘿，谢谢你花时间阅读我关于BGAs的小故事。随着替代品越来越难找到，HDI板成为标准，您最终将不可避免地遇到我一直在解决的相同问题。我希望这能有所帮助。
还要吗?以下是一些知情人士的深入分析:
- TI BGA参考指南-对我来说，引用德州仪器的文件是很正常的，这次也不例外。这是我们18年前就知道的东西，但这是一个良好的开端。
- 英特尔BGA数据手册-如果你想要更多的信息，就去问英特尔。
- 热膨胀系数-如果我对物理不够详细，这套装备已经覆盖了你。第一张图值得称赞
- 最后,Siddarth绑定将这些图表结合在一起，并清晰地解释了定义BGA占用空间的两种方法。
