BGA

Un ball grid array (BGA) es un encapsulado de montaje superficial para circuitos integrados en el que las bolas de soldadura reemplazan los terminales o pines que se encuentran en encapsulados más antiguos. En lugar de terminales que se extienden desde los bordes del encapsulado del chip, cientos de pequeñas esferas de soldadura se asientan en un patrón de cuadrícula en la parte inferior. Cuando el encapsulado se calienta durante el ensamblaje, estas bolas se funden y forman uniones directamente a las almohadillas correspondientes en la placa de circuito impreso (PCB). Un solo encapsulado BGA puede contener de 200 a 2000 puntos de contacto.

Los BGA surgieron en la década de 1980 a medida que la densidad de los circuitos exigía más conexiones en espacios más pequeños. Los encapsulados anteriores, como los quad flat packs (QFP), tenían terminales que rodeaban el perímetro; un QFP grande podía ofrecer 300 pines dispuestos en cuatro lados. Un BGA con el mismo número de pines ocupa aproximadamente una cuarta parte de la huella de la PCB porque toda la parte inferior se convierte en espacio utilizable. Esta ventaja de densidad hizo que los BGA fueran esenciales para dispositivos móviles, procesadores gráficos y field-programmable gate arrays (FPGA).

Las bolas de soldadura suelen tener un diámetro de 0.5 mm a 1.27 mm, compuestas de aleación sin plomo (generalmente SAC305: estaño, plata, cobre) o formulaciones antiguas a base de plomo. El paso, la distancia entre los centros de las bolas, varía de 0.4 mm en encapsulados de paso fino a 1.5 mm o más en los más grandes. Las bolas se unen al sustrato del encapsulado durante la fabricación, generalmente mediante una prensa mecánica o un proceso de reflujo.

El ensamblaje de encapsulados BGA requiere soldadura por reflujo controlada en un horno con perfiles de temperatura precisos, típicamente aumentando de 240 a 260 grados Celsius durante varios minutos. El operador no puede inspeccionar visualmente las uniones de soldadura después del ensamblaje, ya que están ocultas debajo del encapsulado. Los defectos como uniones frías, huecos o soldadura insuficiente requieren inspección por rayos X o análisis térmico para detectarlos. La reelaboración es difícil y conlleva el riesgo de dañar el encapsulado o los componentes circundantes.

Los modos de falla comunes incluyen el agrietamiento de las uniones de soldadura debido al ciclo térmico (el encapsulado y la placa se expanden y contraen a diferentes velocidades), la formación de whiskers en soldaduras sin plomo bajo estrés y la absorción de humedad en el sustrato del encapsulado que conduce al agrietamiento por efecto palomitas de maíz durante el reflujo. Los BGA exigen un diseño cuidadoso de la PCB con enrutamiento de impedancia controlada y gestión térmica para evitar problemas de fiabilidad en la producción.