Ключевые факторы, влияющие на качество BGA сборки: исчерпывающее руководство

Вместе с быстрым развитием сверхбольших интегральных схем (IC), требования к электронной сборке никогда не могут быть удовлетворены традиционными типами корпусов, и новые типы корпусов возникают поощряемыми требованиями к более высокой интегральности, меньшему размеру платы и большему количеству I/O. Среди всех новых типов корпусов, упомянутых выше, BGA (ball grid array — массив шаровых контактов) корпус является основным типом с самыми широкими областями применения благодаря своему разнообразию, побеждающему множественные ограничения традиционных корпусов. С точки зрения элементов, касающихся технологий пайки, BGA корпус едва отличается от традиционных корпусов, например QFP (quad flat package). Тем не менее, выводы заменяются шарами припоя, что можно считать революцией в электронной сборке и приводящей к появлению производных корпусов, таких как CSP (chip scale package). Прямо сейчас BGA пайка все еще должна выполняться с применением традиционного SMT (поверхностного монтажа), и BGA пайка все еще может выполняться на обычном SMT сборочном оборудовании. В этой статье будут обсуждены некоторые факторы, влияющие на применение технологий BGA сборки, включая дизайн площадок BGA, печать паяльной пасты, точность монтажа, температурные кривые пайки и дефекты пайки.

Реализуемость дизайна площадок BGA

BGA корпуса приходят в нескольких классификациях на основе разных шагов. Вообще говоря, дизайн площадок BGA должен учитывать реализуемость CAD трассировки и технологичность печатной платы (PCB) в первичном рассмотрении. Площадки BGA бывают множеством типов и могут свободно выбираться, когда пространство позволяет, с следующими распространенными типами.

• Площадка типа Dog-bone (собачья косточка)

Площадка типа Dog-bone использует виа для вывода трассы на другие слои, поэтому на размер площадки накладываются некоторые ограничения. Из-за существования виа в процессе производства печатных плат могут возникать дефекты, такие как паяные мосты из-за осыпания паяльной маски. Поэтому размер площадки должен проектироваться путем строгого соблюдения практического производственного уровня для минимизации дефектов пайки, возникающих при BGA пайке, и оставления места для будущей переработки BGA.

• Виа, распределенные внешне к площадкам BGA

Этот тип площадки лучше всего работает для BGA компонентов с низким количеством I/O. Этот дизайн обеспечивает удобство пайки и дает больше свободного пространства для размера площадки. Конечно, фундаментальное требование должно быть выполнено в плане трассировки. Таким образом, почти невозможно использовать этот тип площадки на BGA с более высоким количеством I/O.

• Площадка Via-in-pad (виа в площадке)

Via-in-pad развивается вместе с прогрессом микровиа технологии в производстве печатных плат.

Помимо типа площадки, паяльная маска и позиция площадки BGA напрямую связаны с BGA пайкой. Основываясь на разных позициях паяльной маски, площадки BGA делятся на два типа: SMD (solder mask defined — определенные паяльной маской) и NSMD (non solder mask defined — не определенные паяльной маской) с соответствующими функциями на BGA пайке. При применении SMD площадки, площадка имеет большую площадь сцепления с площадкой, что приводит к эквивалентно большой площади сцепления между пайкиными соединениями и печатной платой. По мере увеличения размера площадки, однако, расстояние между соседними площадками становится малым, влияя на распределение виа площадок и способность трассировки.

В процедуре производства печатных плат, если паяльная маска смещается в одном направлении, BGA площадка не будет затронута, что полезно для BGA пайки. Но этот тип площадки склонен к поломке при переработке паяльной маски на крае, что плохо для эффекта переработки. При использовании NSMD площадки, площадка будет относительно маленькой, что полезно для распределения виа площадок и трассировки. Эта структура площадки, однако, приводит к уменьшению площади сцепления между пайкиными соединениями и площадкой и дальнейшему снижению интенсивности сцепления пайкиных соединений. В слово, обе площадки имеют свои преимущества и недостатки, и соответствующая площадка может быть определена на основе технологических соображений.

Печать паяльной пасты

Печать паяльной пасты играет ключевую роль в определении качества пайки. Печать паяльной пасты — это точное преобразование паяльной пасты из трафарета на площадку с участием трафарета, паяльной пасты и принтера. Точность принтера паяльной пасты должна сначала соответствовать требованиям BGA сборки. Трафарет определяет количество паяльной пасты через свою толщину и размер отверстия. Количество паяльной пасты, требуемое BGA корпусом, обычно определяется 3 аспектами:
• Достаточно припоя должно использоваться для обеспечения отличных BGA пайкиных соединений.
• Количество паяльной пасты должно компенсировать ошибку копланарности шаров припоя BGA компонентов (обычно 0.1 мм).
• Когда на печатной плате доступны другие мелкошаговые компоненты, количество паяльной пасты должно учитываться комплексно для предотвращения большего количества дефектов пайки.

Точность позиционирования

Точные позиции BGA компонентов на печатной плате полностью зависят от точности монтажных машин, большинство из которых содержат специальную систему позиционирования, способную помочь достичь точного позиционирования BGA компонентов. Кроме того, некоторые монтажные машины даже могут инспектировать шары припоя BGA в плане их копланарности и распознавать некоторые дефекты, такие как отсутствующие шары, что крайне полезно для повышения надежности BGA пайки.

Кроме того, некоторые другие меры могут быть приняты для дальнейшего улучшения точности монтажа BGA компонентов. Например, локальные фидуциальные маркеры устанавливаются на внешней части BGA площадок или несколько линий изгиба устанавливаются как фидуциальные маркеры для ручной инспекции после сборки, оба из которых были проверены эффективными в практическом производстве.

Кроме того, BGA компоненты обладают очевидным эффектом самоцентрирования в процессе пайки из-за поверхностного натяжения припоя, поэтому некоторые проектировщики намеренно увеличивают площадки на четырех углах в дизайне площадок BGA, делая эффект самоцентрирования более очевидным для обеспечения способности BGA компонентов само-восстанавливаться при смещении позиций монтажа.

Температурная кривая пайки и дефекты пайки

Температурная кривая пайки напрямую определяет качество пайки. Температурная кривая обычно включает четыре фазы: фазу предварительного нагрева, фазу просоакания, фазу рефлоу и фазу охлаждения, каждая из которых имеет разные физико-химические изменения. Поскольку настройка температурной кривой определяет процесс формирования пайкиных соединений, она имеет тесную связь с надежностью пайкиных соединений. Из-за особенности BGA корпуса, крайне трудно создать удовлетворительную температурную кривую. Вообще говоря, BGA компоненту нужно измерить три температуры: температуру корпуса, температуру поверхности печатной платы и температуру внутреннего пайкиного соединения BGA.

Технологии инспекции и переработки BGA

Поскольку все BGA пайкиные соединения находятся под корпусами после пайки, традиционные методы инспекции, такие как тест летающего зонда или визуальная инспекция, не удовлетворяют практическим потребностям. До сих пор ведущие методы, которые могут сканировать дефекты пайки BGA пайкиных соединений, — это AOI (автоматизированная оптическая инспекция) тест и AXI (автоматизированная рентгеновская инспекция) тест.

Основываясь на свойствах BGA структуры, практически невозможно инспектировать отдельное пайкиное соединение BGA компонента. Однако весь корпус упаковки должен быть переработан.

Другие факторы

Другие факторы должны быть замечены в процессе BGA сборки, такие как электростатическая защита и высушка BGA компонентов. Обычно BGA компоненты требуют специальные упаковки с требованием электростатической защиты. В процессе сборки печатных плат строгие меры электростатической защиты должны быть приняты, включая заземление оборудования, управление персоналом и администрирование среды.

BGA сборка по приятной цене

С более чем десятилетием опыта обработки требований к сборке печатных плат от клиентов по всему миру, у нас есть возможности паять почти все виды деталей в печатные платы, включая BGA компоненты. Если у вас есть вопросы или опасения по сборке печатных плат, обратитесь к нам для знаний о наших возможностях пайки печатных плат и обсудите custom проекты размещения компонентов. Не стесняйтесь нажать кнопку ниже, чтобы запросить цену BGA сборки! Это АБСОЛЮТНО БЕСПЛАТНО!

Полезные ресурсы:
• Исчерпывающее введение в BGA
• Основные причины трещин в BGA пайке
• Проблемы шаров припоя BGA компонентов и как их избежать
• Продвинутый turnkey сервис сборки печатных плат от PCBCart
• Как получить цены на сборку печатных плат
• Как оценить производителя печатных плат или сборщика печатных плат