Aspectos Clave del Proceso de Ensamblaje SMT para Componentes BGA

Palabras clave: Ensamblaje BGA

Junto con el rápido crecimiento de los circuitos integrados (CI) a gran escala extremadamente grande, los tipos de paquetes existentes nunca pueden satisfacer las demandas del ensamblaje electrónico, y surgen nuevos paquetes como resultado de la mayor demanda de mayor integridad, menor espacio en la placa y un mayor número de E/S. Entre todas las formas más nuevas de paquetes discutidas anteriormente, el paquete BGA (matriz de rejilla de bolas) es el tipo principal con las áreas de aplicación más amplias debido a su variedad, que supera muchas limitaciones observadas en los paquetes más antiguos. En términos de tecnología de soldadura, el paquete BGA es bastante similar a paquetes anteriores, como el QFP (paquete plano cuádruple). Sin embargo, los pines son reemplazados por bolas de soldadura, lo que resulta en una revolución en el ensamblaje electrónico y la introducción de paquetes derivados como el CSP. La soldadura del ensamblaje BGA se ha integrado con la SMT (tecnología de montaje en superficie) tradicional y puede llevarse a cabo utilizando equipos estándar de ensamblaje SMT.

La Matriz de Rejilla de Bolas (BGA) es un empaquetado de montaje en superficie con conexiones de bolas de soldadura debajo del componente. Los BGA tienen una mayor densidad de conectores que otros métodos de empaquetado, sin embargo, pueden ser difíciles de soldar con éxito en el ensamblaje de tecnología de montaje en superficie (SMT).

El uso de BGA (matriz de rejilla de bolas) reduce significativamente las fallas de ensamblaje cuando los profesionales de SMT (tecnología de montaje en superficie) / SMD (dispositivo de montaje en superficie) descubren que el QFP (paquete plano cuádruple) con un paso de 0.3mm es incapaz de lograr el éxito en la calidad SMT. Según la teoría de sistemas, reducir el nivel de dificultad de la tecnología de procesos conduce a que los problemas se resuelvan lo más rápido posible y a que la calidad del producto sea más fácil de controlar, lo cual es consistente con el concepto de fabricación moderna, aunque la inspección de componentes BGA es difícil de implementar. Este blog examinará y analizará el método de ensamblaje SMT para componentes BGA en todas las direcciones utilizando fabricación en volumen real.

Resumen de los Paquetes BGA

Ventajas

Los componentes BGA ofrecen varias ventajas:

• Más interconexiones que los componentes con conexiones perimetrales
• Huella más pequeña que los componentes con conexiones perimetrales
• Longitudes de conexión cortas
• Protección para el dado y las uniones por cable.

Desafíos

Sin embargo, la soldadura BGA presenta problemas de proceso

• Las uniones de soldadura están enterradas debajo del contenedor.
• La huella densa del paquete restringe la impresión de pasta de soldar
• La masa térmica de los BGA grandes afecta la creación del perfil térmico.
• Sensibilidad a la deformación de la placa y a la coplanaridad
• Las uniones de soldadura BGA robustas necesitan un control cuidadoso del proceso.

Características Clave del Proceso de Ensamblaje SMT para Componentes BGA

Pretratamiento

Aunque ciertos componentes BGA son menos susceptibles a la humedad, todos los componentes deben ser horneados a 125°C ya que no se ha demostrado que el horneado a baja temperatura tenga efectos perjudiciales. Eso también funciona para las PCB (placas de circuito impreso) desnudas que están listas para el ensamblaje SMT. Después de todo, la humedad puede abordarse primero, resultando en menos defectos en las bolas de soldadura y una mejor soldabilidad.

Impresión de Pasta de Soldar

Según mi experiencia en ensamblaje, la impresión de pasta de soldar es típicamente simple de ejecutar en componentes BGA con un paso mayor a 0.8mm y componentes QFP con un paso de 0.5mm. Sin embargo, puede haber situaciones en las que el estaño necesita ser corregido manualmente porque ciertas bolas de soldadura no recibieron suficiente impresión de pasta de soldar, resultando en desplazamiento de la soldadura o cortocircuitos.

No obstante, no se cree que la pasta de soldadura sea más fácil de imprimir en componentes BGA con un paso de 0.8 mm que en componentes QFP con un paso de 0.5 mm. Se cree que muchos ingenieros son conscientes de la diferencia entre la impresión horizontal y vertical en QFP con un paso de 0.5 mm, lo cual puede explicarse mecánicamente. Por lo tanto, ciertas impresoras pueden imprimir a 45 grados. Según la idea de que la impresión juega un papel importante en el ensamblaje SMT, se debe prestar la debida atención.

Colocación y montaje

Según la experiencia real de ensamblaje, dado que las cualidades físicas conducen a una alta fabricabilidad, los componentes BGA son más fáciles de montar que los componentes QFP con un paso de 0.5 mm. Sin embargo, el mayor problema que enfrentamos durante todo el proceso de ensamblaje SMT es la vibración en los componentes cuando se utiliza una boquilla grande con un anillo de goma para posicionar componentes en placas de circuito mayores de 30 mm. Según estudios, se considera que ocurre como resultado de demasiada presión dentro de la boquilla debido a una fuerza de montaje excesiva, y puede erradicarse con cambios apropiados. Los componentes BGA tienen un efecto de autocentrado obvio durante el proceso de soldadura debido a la tensión superficial del soldante, por lo que algunos diseñadores amplían deliberadamente las almohadillas en las cuatro esquinas en el diseño de almohadillas BGA para hacer el efecto de autocentrado más obvio, asegurando que los componentes BGA puedan reajustarse automáticamente cuando las posiciones de montaje se desplazan.

Soldadura

La soldadura por refusión utilizando aire caliente es un procedimiento inusual dentro del proceso de ensamblaje SMT, o puede clasificarse como una tecnología única. Aunque los componentes de ensamblaje BGA tienen una curva de tiempo y temperatura igual a la curva estándar, difieren de la mayoría de los SMD convencionales en términos de soldadura por refusión. Las juntas de soldadura de los componentes BGA se encuentran debajo de los componentes, entre el cuerpo del componente y la PCB, lo que significa que los componentes BGA están significativamente más influenciados por las juntas de soldadura que los SMD típicos, cuyos pines se encuentran en el perímetro del cuerpo del componente. Como mínimo, están inmediatamente expuestos al aire caliente. Los cálculos y prácticas de resistencia térmica muestran que las bolas de soldadura en la parte central del cuerpo del componente BGA experimentan retraso térmico, aumento moderado de temperatura y una temperatura máxima baja.

Inspección

Debido a las arquitecturas físicas de los componentes BGA, la inspección visual no puede satisfacer las necesidades de inspección de las conexiones de soldadura ocultas, por lo tanto, se requiere inspección por rayos X para detectar defectos de soldadura, por ejemplo, agujeros de aire, huecos, cortocircuitos y bolas de soldadura faltantes. El único inconveniente del examen por rayos X es su alto costo.

Retrabajo

El retrabajo de BGA ha ganado importancia debido al uso generalizado de componentes BGA y la adopción de productos electrónicos para telefonía personal. Sin embargo, a diferencia de los componentes QFP, los componentes BGA no pueden reutilizarse una vez que han sido desmontados de la placa de circuito.

Ahora que la tecnología de empaquetado BGA se ha convertido en la norma en el ensamblaje SMT, su nivel de complejidad tecnológica nunca debe subestimarse, y los aspectos principales discutidos en este artículo deben evaluarse exhaustiva y precisamente, resolviendo las preocupaciones de manera lógica. Al elegir un fabricante o ensamblador de contratos electrónicos, busque una línea de fabricación profesional, así como capacidades y equipos de ensamblaje a gran escala.

En el proceso de ensamblaje BGA, la protección electrostática y el horneado de componentes BGA son factores adicionales a considerar. Los componentes BGA normalmente requieren contenedores especiales que proporcionen protección electrostática. Durante el proceso de ensamblaje de la placa de circuito impreso, se deben implementar medidas estrictas de protección electrostática, incluyendo puesta a tierra de equipos, gestión del personal y administración ambiental.

Conclusión

En resumen, los productos de matriz de rejilla de bolas ofrecen mejoras significativas en la densidad de conectividad, pero presentan problemas únicos en el proceso de soldadura. Se pueden obtener conexiones de soldadura BGA de calidad siguiendo los siete pasos especificados para la impresión de precisión, el ensamblaje correcto, el reflujo óptimo, el diseño resistente de la placa, los controles de manipulación y la inspección exhaustiva. A medida que los encapsulados sofisticados evolucionan, será necesaria una mayor innovación en los procesos para lograr rendimientos y fiabilidad aceptables. Con muchos años de experiencia gestionando solicitudes de ensamblaje de PCB de clientes globales, EFPCB puede soldar prácticamente cualquier tipo de componente en las placas de circuitos, incluidos los componentes de ensamblaje BGA. Entre todas las formas más recientes de encapsulados, el encapsulado BGA (matriz de rejilla de bolas) es el tipo principal con las áreas de aplicación más amplias debido a su variedad, que supera muchas limitaciones observadas en encapsulados más antiguos.