Wichtige Aspekte des SMT-Montageprozesses für BGA-Komponenten

Schlüsselwörter: BGA-Montage

Mit dem rasanten Wachstum extrem hochintegrierter Schaltkreise (ICs) können bestehende Gehäusetypen den Anforderungen der Elektronikmontage nicht mehr gerecht werden, und neue Gehäuse entstehen als Folge der gesteigerten Nachfrage nach höherer Integrität, geringerem Leiterplattenplatz und größerer Anzahl von Ein-/Ausgängen. Unter allen oben diskutierten neueren Gehäuseformen ist das BGA (Ball Grid Array) Gehäuse aufgrund seiner Vielfalt der wichtigste Typ mit den breitesten Anwendungsbereichen, da es viele Einschränkungen älterer Gehäuse überwindet. In Bezug auf die Löttechnik ist das BGA-Gehäuse früheren Gehäusen wie dem QFP (Quad Flat Package) recht ähnlich. Dennoch werden Anschlüsse durch Lötkugeln ersetzt, was eine Revolution in der Elektronikmontage und die Einführung von abgeleiteten Gehäusen wie CSP zur Folge hat. Die BGA-Montage-Lötung wurde in die traditionelle SMT (Oberflächenmontagetechnik) integriert und kann mit standardmäßiger SMT-Montageausrüstung durchgeführt werden.

Das Ball Grid Array (BGA) ist ein oberflächenmontierbares Gehäuse mit Lötkugelverbindungen unterhalb des Bauteils. BGAs haben eine höhere Anschlussdichte als andere Verpackungsmethoden, jedoch kann es schwierig sein, sie in der Oberflächenmontagetechnik (SMT) erfolgreich zu löten.

Der Einsatz von BGA (Ball Grid Array) reduziert Montagefehler erheblich, wenn SMT (Oberflächenmontagetechnik) / SMD (Oberflächenmontagebauteil) Praktiker feststellen, dass QFP (Quad Flat Package) mit einer Rasterweite von 0,3mm nicht in der Lage ist, SMT-Qualitätserfolge zu erzielen. Nach der Systemtheorie führt die Verringerung des Schwierigkeitsgrades der Prozesstechnologie dazu, dass Probleme so schnell wie möglich gelöst werden und die Produktqualität leichter kontrollierbar wird, was mit dem Konzept der modernen Fertigung übereinstimmt, auch wenn die BGA-Bauteilinspektion schwierig durchzuführen ist. Dieser Blog wird die SMT-Montagemethode für BGA-Bauteile anhand der tatsächlichen Serienfertigung umfassend untersuchen und analysieren.

Überblick über BGA-Gehäuse

Vorteile

BGA-Bauteile bieten verschiedene Vorteile:

• Mehr Verbindungen als komponenten mit Anschlüssen am Rand
• Kleinere Grundfläche als komponenten mit Anschlüssen am Rand
• Kurze Verbindungslängen
• Schutz für Die und Bonddrähte.

Herausforderungen

Allerdings stellt das BGA-Löten prozesstechnische Probleme dar

• Lötstellen sind unter dem Gehäuse verborgen.
• Dichte Gehäusegrundfläche erschwert das Drucken der Lötpaste
• Die thermische Masse großer BGAs beeinflusst das Profiling.
• Empfindlich gegenüber Leiterplattenverzug und Koplanarität
• Robuste BGA-Lötstellen erfordern sorgfältige Prozesskontrolle.

Hauptmerkmale des SMT-Montageprozesses für BGA-Bauteile

Vorbehandlung

Obwohl bestimmte BGA-Bauteile weniger anfällig für Feuchtigkeit sind, sollten alle Bauteile bei 125°C getrocknet werden, da nicht nachgewiesen wurde, dass Niedertemperaturtrocknung schädliche Auswirkungen hat. Das gilt auch für blanke Leiterplatten, die für die SMT-Montage bereit sind. Schließlich kann Feuchtigkeit zuerst angegangen werden, was zu weniger Lötkugelfehlern und verbesserter Lötbarkeit führt.

Lötpastendruck

Nach meiner Montageerfahrung ist der Lötpastendruck bei BGA-Bauteilen mit einer Rasterweite größer als 0,8mm und QFP-Bauteilen mit einer Rasterweite von 0,5mm in der Regel einfach durchzuführen. Es kann jedoch Situationen geben, in denen Zinn manuell korrigiert werden muss, weil bestimmte Lötkugeln nicht genügend Lötpaste beim Drucken erhalten haben, was zu Lötversatz oder Kurzschlüssen führt.

Dennoch wird nicht angenommen, dass Lötpaste auf BGA-Bauteilen mit 0,8 mm Raster einfacher aufzudrucken ist als auf QFP-Bauteilen mit 0,5 mm Raster. Es wird angenommen, dass vielen Ingenieuren der Unterschied zwischen horizontalem und vertikalem Druck auf QFP mit 0,5 mm Raster bewusst ist, was mechanisch erklärt werden kann. Daher können bestimmte Drucker im 45-Grad-Winkel drucken. Gemäß der Idee, dass das Drucken eine wichtige Rolle in der SMT-Montage spielt, sollte dem angemessene Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Platzierung und Bestückung

Nach tatsächlicher Montageerfahrung sind BGA-Bauteile aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften, die zu hoher Fertigbarkeit führen, einfacher zu bestücken als QFP-Bauteile mit 0,5 mm Raster. Das größte Problem, dem wir im gesamten SMT-Montageprozess begegnen, ist jedoch Vibration an Bauteilen, wenn eine große Düse mit einem Gummiring verwendet wird, um Bauteile auf Leiterplatten größer als 30 mm zu positionieren. Studien zufolge wird angenommen, dass dies aufgrund von zu hohem Druck innerhalb der Düse durch übermäßige Bestückungskraft auftritt und durch entsprechende Anpassungen beseitigt werden kann. BGA-Bauteile haben aufgrund der Oberflächenspannung des Lots einen offensichtlichen Selbstzentrierungseffekt während des Lötprozesses, daher vergrößern einige Designer in der BGA-Pad-Gestaltung absichtlich die Pads an den vier Ecken, um den Selbstzentrierungseffekt deutlicher zu machen und sicherzustellen, dass BGA-Bauteile sich bei verschobenen Bestückungspositionen selbst zurücksetzen können.

Löten

Reflow-Löten mit Heißluft ist ein ungewöhnliches Verfahren im SMT-Montageprozess oder kann als einzigartige Technologie eingestuft werden. Obwohl BGA-Montagebauteile eine gleiche Zeit- und Temperaturkurve wie die Standardkurve aufweisen, unterscheiden sie sich von der Mehrheit der konventionellen SMDs in Bezug auf das Reflow-Löten. Die Lötstellen von BGA-Bauteilen befinden sich unter den Bauteilen, zwischen dem Bauteilkörper und der Leiterplatte, was bedeutet, dass BGA-Bauteile deutlich stärker von den Lötstellen beeinflusst werden als typische SMDs, deren Anschlüsse sich am Umfang des Bauteilkörpers befinden. Zumindest sind sie unmittelbar der erhitzten Luft ausgesetzt. Thermische Widerstandsberechnungen und Praktiken zeigen, dass Lötkugeln im mittleren Teil des BGA-Bauteilkörpers thermische Verzögerung, moderaten Temperaturanstieg und eine niedrige Maximaltemperatur erfahren.

Inspektion

Aufgrund der physikalischen Strukturen von BGA-Bauteilen kann die Sichtprüfung den Prüfanforderungen an verdeckte Lötverbindungen nicht gerecht werden, daher ist eine Röntgeninspektion erforderlich, um Lötfehler wie Lufteinschlüsse, Hohlräume, Kurzschlüsse und fehlende Lötkugeln zu erkennen. Der einzige Nachteil der Röntgenuntersuchung sind ihre hohen Kosten.

Nacharbeit

Die BGA-Nacharbeit hat aufgrund der weit verbreiteten Verwendung von BGA-Bauteilen und der Einführung elektronischer Geräte für persönliche Telefonie an Bedeutung gewonnen. Im Gegensatz zu QFP-Bauteilen können BGA-Bauteile jedoch nicht wiederverwendet werden, sobald sie von der Leiterplatte demontiert wurden.

Da BGA-Verpackungstechnologie inzwischen zum Standard in der SMT-Montage geworden ist, darf ihr technischer Komplexitätsgrad niemals unterschätzt werden, und die in diesem Artikel diskutierten Hauptaspekte sollten gründlich und genau bewertet werden, wobei Bedenken logisch gelöst werden. Bei der Auswahl eines elektronischen Auftragsfertigers oder Montagepartners sollte man auf eine professionelle Fertigungslinie sowie umfassende Montagefähigkeiten und -ausrüstung achten.

Im BGA-Montageprozess sind elektrostatischer Schutz und das Trocknen von BGA-Bauteilen weitere zu berücksichtigende Faktoren. BGA-Bauteile benötigen typischerweise spezielle Behälter, die elektrostatischen Schutz bieten. Während des Leiterplatten-Montageprozesses sollten strenge elektrostatische Schutzmaßnahmen implementiert werden, einschließlich Geräteerdung, Personalmanagement und Umweltverwaltung.

Fazit

Zusammenfassend bieten Ball-Grid-Array-Produkte erhebliche Verbesserungen der Verbindungsdichte, haben jedoch einzigartige Lötprozessprobleme. Qualitativ hochwertige BGA-Lötverbindungen können durch Befolgen der sieben Schritte für Präzisionsdruck, korrekte Montage, optimales Reflow, robuste Leiterplatten Design, Handhabungskontrollen und umfassende Inspektion erzielt werden. Da anspruchsvolle Gehäuse zunehmen, werden weitere Prozessinnovationen notwendig sein, um akzeptable Ausbeuten und Zuverlässigkeit zu erreichen. Mit langjähriger Expertise in der Bearbeitung von Leiterplatten Montageanfragen globaler Kunden kann EFPCB praktisch jede Art von Bauteil auf Leiterplatten löten, einschließlich BGA-Montagekomponenten. Unter allen neueren Gehäuseformen ist das BGA (Ball Grid Array) Gehäuse aufgrund seiner Vielfalt der wichtigste Typ mit den breitesten Anwendungsbereichen, da es viele Einschränkungen überwindet, die bei älteren Gehäusen zu beobachten sind.