बॉल ग्रिड सरणी

एक बॉल ग्रिड सरणी (बीजीए) एक प्रकार का सतह-माउंट पैकेजिंग (एक चिप वाहक) है जिसका उपयोग एकीकृत सर्किट के लिए किया जाता है। बीजीए पैकेज का उपयोग माइक्रोप्रोसेसर्स जैसे उपकरणों को स्थायी रूप से माउंट करने के लिए किया जाता है।एक बीजीए एक दोहरी इन-लाइन या फ्लैट पैकेज पर डालने की तुलना में अधिक इंटरकनेक्शन पिन प्रदान कर सकता है। केवल परिधि की बजाए डिवाइस की पूरी निचली सतह का उपयोग किया जा सकता है। पैकेज को जोड़ने वाले निशान तारों या गेंदों को जोड़ते हैं जो डाई को पैकेज से जोड़ते हैं, ओसत रूप से केवल एक परिधि प्रकार की तुलना में छोटे होते है, जिससे उच्च गति पर बेहतर प्रदर्शन होता है।बीजीए उपकरणों के सोल्डरिंग के लिए सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है और आमतौर पर स्वचालित प्रक्रियाओं जैसे कि कंप्यूटर-नियंत्रित स्वचालित रिफ्लो ओवन में किया जाता है।

विवरण
बीजीए को पिन ग्रिड सारणी (पीजीए) से उतारा गया है, जो एक पैकेज है जिसमे एक ग्रिड पैटर्न में पिन के साथ एक फेस कवर (या आंशिक रूप से कवर) होता है, जो एकीकृत सर्किट और मुद्रित सर्किट बोर्ड के बीच विद्युत संकेतों का संचालन करता है (पीसीबी) जिस पर इसे रखा जाता है। बीजीए में पिन को पैकेज के तल पर पैड द्वारा बदल दिया जाता है, प्रत्येक शुरुआत में एक छोटी सोल्डर बॉल के साथ उस पर चिपक जाता है। इन मिलाप क्षेत्रों को मैन्युअल रूप से या स्वचालित उपकरणों द्वारा रखा जा सकता है, और कठोर प्रवाह के साथ जगह में आयोजित किया जाता है। डिवाइस को एक पैटर्न में तांबे के पैड के साथ पीसीबी पर रखा जाता है जो सोल्डर गेंदों से मेल खाता हैं। फिर असेंबली को गर्म करके गेंदों को पिघलाया जाता है, या तो रिफ्लो ओवन में या अवरक्त हीटर द्वारा। सतह के तनाव के कारण पिघला हुआ मिलाप सर्किट बोर्ड के साथ संरेखण में पैकेज को सही पृथक्करण दूरी पर रखने का कारण बनता है, जब मिलाप ठंडा हो जाता है और जम जाता है, तब डिवाइस और पीसीबी के बीच सोल्डर कनेक्शन बनता है।

अधिक उन्नत तकनीकों में, पीसीबी और पैकेज दोनों पर सोल्डर गेंदों का उपयोग किया जा सकता है।इसके अलावा स्टैक्ड मल्टी-चिप मॉड्यूल में, (पैकेज पर पैकेज) सोल्डर गेंदों का उपयोग दो पैकेजों को जोड़ने के लिए किया जाता है।

उच्च घनत्व
बीजीए कई सैकड़ों पिनों के साथ एकीकृत सर्किट के लिए एक लघु पैकेज बनाने की समस्या का समाधान है।पिन ग्रिड सरणी और दोहरी इन-लाइन सरफेस माउंट स्मॉल-आउटलाइन इंटीग्रेटेड सर्किट (SOIC)

अधिक से अधिक पिन के साथ और पिनों के बीच घटती रिक्ति के साथ उत्पादित किए जा रहे थे, लेकिन यह सोल्डरिंग प्रक्रिया के लिए कठिनाइयां पैदा कर रहा था। जैसे -जैसे पैकेज पिन एक दूसरे के करीब आते गए, सोल्डरिंग की प्रक्रिया में पिनों की रिक्ति को भरने का खतरा बढ़ गया।

गर्मी चालन
असतत लीड के साथ पैकेज पर बीजीए पैकेज का एक और लाभ (यानी पैकेज के साथ पैकेज) पैकेज और पीसीबी के बीच थर्मल प्रतिरोध कम होता है। यह पैकेज के अंदर एकीकृत सर्किट द्वारा उत्पन्न गर्मी को पीसीबी में अधिक आसानी से प्रवाह करने की अनुमति देता है, जो चिप को ओवरहीटिंग होने से बचाता है।

कम-इंडक्शन लीड
एक विद्युत कंडक्टर जितना छोटा होता है, वह अपने अवांछित इंडक्शन को कम करता है, जिससे विशेष उच्च गति वाले इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के कारण संकेतों की अवांछित विकृति बनती है। बीजीएएस, पैकेज और पीसीबी के बीच बहुत कम दूरी के साथ, कम लीड इंडक्शन होता हैं, जिससे पिन किए गए उपकरणों को बेहतर विद्युत प्रदर्शन करने को मिलता है।

अनुपालन की कमी
बीजीए की एक हानि यह है कि वह सोल्डर गेंदों को लंबे समय तक फ्लेक्स नहीं कर सकता है, इसलिए वे यांत्रिक रूप से अनुपालन नहीं करते हैं।सभी सतह माउंट उपकरणों के साथ, पीसीबी सब्सट्रेट और बीजीए (थर्मल तनाव) या फ्लेक्सिंग और कंपन (यांत्रिक तनाव) के बीच थर्मल विस्तार के गुणांक में अंतर के कारण झुकने से मिलाप जोड़ों को फ्रैक्चर हो सकता है।

थर्मल विस्तार के मुद्दों को पैकेज के लिए पीसीबी के यांत्रिक और थर्मल विशेषताओं से मेल करके दूर किया जा सकता है।आमतौर पर, प्लास्टिक बीजीए डिवाइस सिरेमिक उपकरणों की तुलना में पीसीबी थर्मल विशेषताओं से अधिक निकटता से मेल खाते हैं।

ROHS अनुरूप लेड-फ्री सोल्डर धातु असेंबलियों के प्रमुख उपयोग ने BGAs को "सिर इन पिलो " सोल्डरिंग घटना, पैड क्रेटरिंग की समस्याओं के साथ-साथ उनकी कम विश्वसनीयता बनाम लीड आधारित सोल्डर BGAs सहित कुछ और चुनौतियां पेश की हैं।  परिचालन स्थितियों में उच्च तापमान, उच्च थर्मल शॉक और उच्च गुरुत्वाकर्षण बल वातावरण जैसी परिचालन स्थितियों में आंशिक रूप से ROHS अनुपालन करने वाले सोल्डर गेंद कम लचीले होते हैं । यांत्रिक तनाव के मुद्दों को "अंडरफिलिंग" प्रक्रिया के माध्यम से बोर्ड को उपकरणों से जोड़कर दूर किया जा सकता है जो कि पीसीबी को मिलाने के बाद डिवाइस के नीचे एक एपॉक्सी मिश्रण को इंजेक्ट करता है, प्रभावी रूप से बीजीए डिवाइस को पीसीबी से जोड़ देता है।काम करने की क्षमता और थर्मल हस्तांतरण के सापेक्ष भिन्न गुणों के साथ में कई प्रकार की अंडरफिल सामग्री का उपयोग किया जाता हैं।अंडरफिल का एक अतिरिक्त लाभ यह है कि यह टिन व्हिस्कर विकास को सीमित करता है।

गैर-अनुपालन कनेक्शन का एक अन्य समाधान पैकेज में एक "अनुपालन परत" डालना है जो गेंदों को पैकेज के संबंध में भौतिक रूप से स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। यह तकनीक BGA पैकेज में DRAMS की पैकेजिंग के लिए मानक बन गई है।

पैकेजों के बोर्ड-स्तरीय विश्वसनीयता को बढ़ाने के लिए अन्य तकनीकों में सिरेमिक BGA (CBGA) पैकेजों के लिए कम-विस्तार वाले पीसीबी का उपयोग पैकेज और पीसीबी के बीच इंटरपोजर और डिवाइस को दोबारा तैयार करना शामिल है।

निरीक्षण की कठिनाई
एक बार जब पैकेज में टांका लग जाता है तो टांका लगाने वाले जगह को खोजना मुश्किल हो जाता है। इस समस्या को दूर करने के लिए एक्स-रे मशीनें, औद्योगिक सीटी स्कैनिंग मशीनें विशेष सूक्ष्मदर्शी और सोल्डर पैकेज के नीचे देखने के लिए एंडोस्कोप विकसित किए गए हैं, यदि BGA एक दूसरे से मिल जाते है तो इसे एक पुनर्विक्रय स्टेशन से हटाया जा सकता है, जो इन्फ्रारेड लैंप (या गर्म हवा), थर्मोकपल और पैकेज को उठाने के लिए वैक्यूम डिवाइस से सुसज्जित एक जिग है। बीजीए को नए बीजीए के साथ बदला जा सकता है, या इसे नवीनीकृत करके सर्किट बोर्ड पर फिर से स्थापित किया जा सकता है। सरणी पैटर्न से मेल खाने वाले  दोबारा तैयार किए गए सोल्डर गेंदों का उपयोग बीजीए को फिर से नवीनीकृत करने के लिए किया जा सकता है जबकि केवल कुछ को ही फिर से काम करने की आवश्यकता होती है। अधिक मात्रा और बार-बार प्रयोगशाला के काम के लिए एक स्टैंसिल-कॉन्फ़िगर किया गया वैक्यूम-हेड पिक-अप और ढीले क्षेत्रों के नियुक्ति का उपयोग किया जा सकता है।

दृश्य एक्स-रे बीजीए निरीक्षण की लागत के कारण, इसके बजाय अक्सर विधुत परीक्षण का उपयोग किया जाता है। IEEE 1149.1 JTAG पोर्ट का उपयोग करके सीमा स्कैन परीक्षण बहुत आसान हो जाता है।

एक सस्ती और आसान निरीक्षण विधि, जो विनाशकारी है तेजी से लोकप्रिय हो रही है क्योंकि इसके लिए विशेष उपकरणों की आवश्यकता नहीं है। आमतौर पर "डाई-एंड-प्राइ" के रूप में जाना जाता है। "डाई और प्राइ" इस प्रक्रिया में पीसीबी को या सिर्फ बीजीए संलग्न मॉड्यूल को डाई में डाला जाता है और सूखने के बाद मॉड्यूल को बंद कर दिया जाता है और टूटे हुए जुड़ाव का निरीक्षण किया जाता है। यदि किसी सोल्डर स्थान में डाई होता है, तो यह इंगित करता है कि कनेक्शन अपूर्ण था।

सर्किट विकास के दौरान कठिनाइयाँ
विकास के दौरान बीजीए को जगह में मिलाप करना व्यावहारिक नहीं है, और इसके बजाय सॉकेट्स का उपयोग किया जाता है, लेकिन अविश्वसनीय होता है।सॉकेट के दो सामान्य प्रकार हैं, अधिक विश्वसनीय प्रकार में स्प्रिंग पिन होते हैं जो गेंदों के नीचे पुश अप करते हैं, हालांकि यह बीजीए को उपयोग करने की अनुमति नहीं देता है, क्योंकि स्प्रिंग पिन छोटे हो सकते हैं।

कम विश्वसनीय प्रकार एक ZIF सॉकेट है, जिसमें स्प्रिंग पिंचर्स हैं जो गेंदों को पकड़ते हैं।यह अच्छी तरह से काम नहीं करता है, खासकर अगर गेंदें छोटी हो|

उपकरण की लागत
बीजीए पैकेजों को मज़बूती से मिलाप करने के लिए महंगे उपकरण की आवश्यकता होती हैं, हैंड-सोल्डिंग बीजीए पैकेज बहुत मुश्किल और अविश्वसनीय है, केवल सबसे छोटी मात्रा और छोटे पैकेजों के लिए प्रयोग करने योग्य है। चूंकि अधिक आईसी केवल लीडलेस (जैसे क्वाड-फ्लैट नो-लीड्स पैकेज) या बीजीए पैकेजों में उपलब्ध हो गए हैं, विभिन्न DIY रिफ्लो विधियों को सस्ते ताप स्रोतों जैसे कि हिट गन, और घरेलू टोस्टर ओवन और इलेक्ट्रिक स्किलेट का उपयोग करके विकसित किया गया है।

वेरिएंट



 * CABGA: चिप सरणी बॉल ग्रिड सरणी
 * CBGA और PBGA सिरेमिक या प्लास्टिक सब्सट्रेट सामग्री को दर्शाते हैं जिससे सरणी संलग्न है।
 * CTBGA: पतली चिप सरणी बॉल ग्रिड सरणी
 * CVBGA: बहुत पतली चिप सरणी बॉल ग्रिड सरणी
 * DSBGA: डाई-साइज़ बॉल ग्रिड एरे
 * FBGA: बॉल ग्रिड सरणी तकनीक पर आधारित फाइन बॉल ग्रिड सरणी।इसमें पतले संपर्क होते हैं और मुख्य रूप से सिस्टम-ऑन-ए-चिप डिजाइनों में उपयोग किया जाता है; फाइन पिच बॉल ग्रिड एरे (जेडेक-मानक) के रूप में भी जाना जाता है ) या फाइन लाइन बीजीए द्वारा अल्टा।गढ़वाले बीजीए के साथ भ्रमित नहीं होना।
 * FCMBGA: फ्लिप चिप मोल्डेड बॉल ग्रिड सरणी
 * LBGA: लो-प्रोफाइल बॉल ग्रिड सरणी
 * LFBGA: लो-प्रोफाइल फाइन-पिच बॉल ग्रिड एरे
 * MBGA: माइक्रो बॉल ग्रिड सरणी
 * MCM-PBGA: मल्टी-चिप मॉड्यूल प्लास्टिक बॉल ग्रिड सरणी
 * NFBGA: नई फाइन बॉल ग्रिड सरणी
 * PBGA: प्लास्टिक बॉल ग्रिड सरणी
 * सुपरबगा (SBGA): सुपर बॉल ग्रिड सरणी
 * तबगा: टेप सरणी बीजीए
 * TBGA: पतली BGA
 * TEPBGA: थर्मल रूप से बढ़ाया प्लास्टिक बॉल ग्रिड सरणी
 * TFBGA या पतली और ठीक बॉल ग्रिड सरणी
 * UFBGA और UBGA और अल्ट्रा फाइन बॉल ग्रिड सरणी पिच बॉल ग्रिड सरणी पर आधारित है।
 * VFBGA: बहुत बढ़िया पिच बॉल ग्रिड सरणी
 * WFBGA: बहुत पतली प्रोफ़ाइल फाइन पिच बॉल ग्रिड सरणी

प्रभावी रूप से वाहक के बढ़ते चिप के लिए फ्लिप चिप विधियाँ भी एक बीजीए डिजाइन की तरह होती हैं, जो गेंदों के कार्यात्मक समकक्ष के साथ व्युत्पन्न होती है, जिसे फ्लिप या माइक्रो फ्लिप कहा जाता है। यह पहले से ही सूक्ष्म आकार के स्तर पर पायी जाती है।

बॉल ग्रिड सरणी (BGA) उपकरणों के उपयोग को आसान बनाने के लिए अधिकांश बीजीए पैकेजों में केवल पैकेज के बाहरी रिंगों में गेंदें होती हैं,जिससे अंतरतम वर्ग खाली हो जाता है।

इंटेल ने अपने पेंटियम II और शुरुआती सेलेरॉन मोबाइल प्रोसेसर के लिए नामित BGA1 पैकेज का उपयोग किया। BGA2 उनके पेंटियम III और कुछ बाद के सेलेरॉन मोबाइल प्रोसेसर के लिए इंटेल का पैकेज है। BGA2 को FCBGA-479 के नाम से भी जाना जाता है।इसने अपने पूर्ववर्ती, BGA1 को बदल दिया।

उदाहरण के लिए, माइक्रो-एफसीबीजीए (फ्लिप चिप बॉल ग्रिड सरणी) इंटेल का करंट है मोबाइल प्रोसेसर के लिए BGA माउंटिंग विधि है जो लगभग फ्लिप चिप बाइंडिंग तकनीक का उपयोग करती है।इसे कॉपरमाइन मोबाइल सेलेरॉन के साथ पेश किया गया था। माइक्रो-एफसीबीजीए में 479 गेंदें हैं जिसका व्यास 0.78 mm हैं। मदरबोर्ड में गेंदों को सोल्डर करके प्रोसेसर को मदरबोर्ड से जोड़ दिया जाता है। यह पिन ग्रिड सरणी सॉकेट व्यवस्था की तुलना में पतला है, लेकिन हटाने योग्य नहीं है।

माइक्रो-एफसीबीजीए पैकेज की 479 गेंदें (लगभग 478-पिन सॉकेटेबल माइक्रो-एफसीपीजीए पैकेज के समान एक पैकेज) को 1.27 mm पिच (20 गेंदें प्रति इंच) 26x26 वर्ग ग्रिड के 6 बाहरी रिंगों के रूप में व्यवस्थित किया गया है। आंतरिक 14x14 क्षेत्र खाली है।

खरीद
BGAs के मूल उपकरण निर्माता (OEMs) हैं। इलेक्ट्रॉनिक शौकीन लोगों के बीच एक बाजार भी है जो इसे स्वयं (DIY) करते हैं जैसे कि तेजी से लोकप्रिय निर्माता आंदोलन। जबकि (OEM)आम तौर पर निर्माता, या निर्माता के वितरक से उनके घटकों को स्रोत करते हैं, शौकीन लोग आमतौर पर इलेक्ट्रॉनिक घटक दलालों के माध्यम से बाज़ार के बाद  BGAs प्राप्त करते हैं।

यह भी देखें

 * दोहरी इन-लाइन पैकेज (डीआईपी)
 * पिन ग्रिड सरणी (पीजीए)
 * लैंड ग्रिड एरे (एलजीए)
 * पतला क्वाड फ्लैट पैक (TQFP)
 * स्मॉल-आउटलाइन इंटीग्रेटेड सर्किट (SOIC)
 * चिप वाहक: चिप पैकेजिंग और पैकेज प्रकार सूची
 * एम्बेडेड वेफर लेवल बॉल ग्रिड एरे

बाहरी संबंध

 * PBGA Package Information from Amkor Technology
 * PBGA Package Information from J-Devices Corporation