BGA

Un boîtier matriciel à billes (BGA) est un boîtier de montage en surface pour circuits intégrés dans lequel des billes de soudure remplacent les broches ou les pattes que l'on trouvait sur les anciens boîtiers. Au lieu de broches s'étendant des bords du boîtier de la puce, des centaines de petites billes de soudure sont disposées en grille sur la face inférieure. Lorsque le boîtier est chauffé pendant l'assemblage, ces billes fondent et forment des joints directement sur les pastilles correspondantes de la carte de circuit imprimé (PCB). Un seul boîtier BGA peut contenir de 200 à 2000 points de contact.

Les BGA sont apparus dans les années 1980, lorsque la densité des circuits a exigé davantage de connexions dans des espaces plus petits. Les boîtiers antérieurs, comme les boîtiers plats quadruples (QFP), avaient des broches qui s'enroulaient autour du périmètre; un grand QFP pouvait offrir 300 broches disposées sur quatre côtés. Un BGA avec le même nombre de broches occupe environ un quart de l'empreinte sur le PCB, car toute la face inférieure devient un espace utilisable. Cet avantage de densité a rendu les BGA essentiels pour les appareils mobiles, les processeurs graphiques et les réseaux de portes programmables sur site (FPGA).

Les billes de soudure elles-mêmes ont généralement un diamètre de 0,5 mm à 1,27 mm, composées d'un alliage sans plomb (généralement SAC305: étain, argent, cuivre) ou de formulations héritées à base de plomb. Le pas, la distance entre les centres des billes, varie de 0,4 mm dans les boîtiers à pas fin à 1,5 mm ou plus dans les plus grands. Les billes sont fixées au substrat du boîtier pendant la fabrication, généralement par une presse mécanique ou un processus de refusion.

L'assemblage des boîtiers BGA nécessite une soudure par refusion contrôlée dans un four avec des profils de température précis, atteignant généralement 240 à 260 degrés Celsius en plusieurs minutes. L'opérateur ne peut pas inspecter visuellement les joints de soudure après l'assemblage, car ils sont cachés sous le boîtier. Les défauts tels que les joints froids, les vides ou l'insuffisance de soudure nécessitent une inspection aux rayons X ou une analyse thermique pour être détectés. La reprise est difficile et risque d'endommager le boîtier ou les composants environnants.

Les modes de défaillance courants incluent la fissuration des joints de soudure due au cyclage thermique (le boîtier et la carte se dilatent et se contractent à des vitesses différentes), la formation de whiskers dans les soudures sans plomb sous contrainte, et l'absorption d'humidité dans le substrat du boîtier entraînant des fissures de type "popcorn" pendant la refusion. Les BGA exigent une conception de PCB minutieuse avec un routage à impédance contrôlée et une gestion thermique pour éviter les problèmes de fiabilité en production.