Aspects Clés du Processus d'Assemblage SMT pour les Composants BGA

Mots-clés : Assemblage BGA

Avec la croissance rapide des circuits intégrés (CI) à très grande échelle, les types de boîtiers existants ne peuvent plus répondre aux demandes de l'assemblage électronique, et de nouveaux boîtiers émergent en raison d'une demande accrue pour une plus grande intégrité, une empreinte plus faible sur la carte et un nombre d'entrées/sorties plus élevé. Parmi toutes les formes plus récentes de boîtiers mentionnées ci-dessus, le boîtier BGA (ball grid array) est le type majeur avec les domaines d'application les plus vastes en raison de sa variété, qui surmonte de nombreuses contraintes observées dans les anciens boîtiers. En termes de technologie de soudure, le boîtier BGA est assez similaire aux boîtiers précédents, comme le QFP (quad flat package). Néanmoins, les broches sont remplacées par des billes de soudure, entraînant une révolution dans l'assemblage électronique et l'introduction de boîtiers dérivés comme le CSP. Le soudage en assemblage BGA a été intégré à la technologie de montage en surface (SMT) traditionnelle et peut être réalisé en utilisant un équipement d'assemblage SMT standard.

Le Ball Grid Array (BGA) est un boîtier pour montage en surface avec des connexions par billes de soudure sous le composant. Les BGA ont une densité de connecteurs plus élevée que d'autres méthodes de conditionnement, cependant, ils peuvent être difficiles à souder avec succès dans un assemblage par technologie de montage en surface (SMT).

L'utilisation du BGA (ball grid array) réduit significativement les défauts d'assemblage lorsque les praticiens du SMT (technologie de montage en surface) / SMD (dispositif à montage en surface) constatent qu'un QFP (quad flat package) avec un pas de 0,3mm est incapable d'atteindre la qualité de soudure SMT requise. Selon la théorie des systèmes, réduire le niveau de difficulté de la technologie de procédé conduit à résoudre les problèmes aussi rapidement que possible et à rendre la qualité du produit plus facilement contrôlable, ce qui est cohérent avec le concept de fabrication moderne, même si l'inspection des composants BGA est difficile à mettre en œuvre. Ce blog examinera et analysera sous tous les angles la méthode d'assemblage SMT pour les composants BGA en utilisant une fabrication en volume réelle.

Aperçu des Boîtiers BGA

Avantages

Les composants BGA offrent divers avantages :

• Plus d'interconnexions que les composants à broches périphériques
• Une empreinte plus petite que les composants à broches périphériques
• Des longueurs de connexion courtes
• Une protection pour la puce et les liaisons par fils.

Défis

Cependant, le soudage BGA présente des problèmes de procédé

• Les joints de soudure sont enfouis sous le composant.
• L'empreinte dense du boîtier limite l'impression de la pâte à souder
• La masse thermique des grands BGA affecte le profilage thermique.
• Sensibilité à la déformation de la carte et à la coplanarité
• Des jonctions de soudure BGA robustes nécessitent un contrôle minutieux du procédé.

Caractéristiques Clés du Processus d'Assemblage SMT pour les Composants BGA

Prétraitement

Bien que certains composants BGA soient moins sensibles à l'humidité, tous les composants doivent être cuits à 125°C puisque la cuisson à basse température n'a pas démontré d'effets nocifs. Cela vaut également pour les circuits imprimés nus prêts pour l'assemblage SMT. Après tout, l'humidité peut être traitée en premier, ce qui entraîne moins de défauts sur les billes de soudure et une meilleure soudabilité.

Impression de la Pâte à Souder

Selon mon expertise en assemblage, l'impression de la pâte à souder est généralement simple à exécuter sur les composants BGA avec un pas supérieur à 0,8mm et les composants QFP avec un pas de 0,5mm. Cependant, il peut y avoir des situations où l'étain doit être corrigé manuellement parce que certaines billes de soudure n'ont pas reçu assez de pâte à souder lors de l'impression, entraînant un déplacement lors du soudage ou des courts-circuits.

Néanmoins, on ne considère pas que la pâte à souder soit plus facile à imprimer sur les composants BGA avec un pas de 0,8 mm que sur les composants QFP avec un pas de 0,5 mm. On estime que de nombreux ingénieurs connaissent la différence entre l'impression horizontale et verticale sur un QFP à pas de 0,5 mm, ce qui peut s'expliquer mécaniquement. Ainsi, certaines imprimantes peuvent imprimer à 45 degrés. Selon l'idée que l'impression joue un rôle important dans l'assemblage SMT, une attention adéquate devrait y être accordée.

Placement et montage

Selon l'expérience réelle d'assemblage, étant donné que leurs qualités physiques confèrent une grande fabricabilité, les composants BGA sont plus faciles à monter que les composants QFP avec un pas de 0,5 mm. Cependant, le plus grand problème auquel nous sommes confrontés tout au long du processus d'assemblage SMT est la vibration des composants lorsqu'une buse à grande échelle avec un joint en caoutchouc est utilisée pour positionner des composants sur des circuits imprimés de plus de 30 mm. D'après des études, on considère que cela se produit en raison d'une pression excessive dans la buse due à une force de montage trop élevée, et cela peut être éliminé par des ajustements appropriés. Les composants BGA présentent un effet d'auto-centrage évident pendant le processus de soudure grâce à la tension superficielle de la soudure. Ainsi, certains concepteurs agrandissent délibérément les pastilles aux quatre coins dans la conception des pastilles BGA pour rendre l'effet d'auto-centrage plus évident, garantissant que les composants BGA peuvent se repositionner d'eux-mêmes lorsque les positions de montage sont décalées.

Soudure

Le refusion à l'air chaud est une procédure inhabituelle dans le processus d'assemblage SMT, ou elle peut être classée comme une technologie unique. Bien que les composants d'assemblage BGA aient une courbe temps-température égale à la courbe standard, ils diffèrent de la majorité des CMS conventionnels en termes de refusion. Les joints de soudure des composants BGA sont situés sous les composants, entre le corps du composant et le circuit imprimé, ce qui signifie que les composants BGA sont bien plus influencés par les joints de soudure que les CMS typiques, dont les broches sont situées sur le périmètre du corps du composant. Au minimum, ces derniers sont immédiatement exposés à l'air chaud. Les calculs et pratiques de résistance thermique montrent que les billes de soudure dans la partie centrale du corps du composant BGA subissent un retard thermique, une montée en température modérée et une température maximale basse.

Inspection

En raison de l'architecture physique des composants BGA, l'inspection visuelle ne peut répondre aux besoins d'inspection des connexions de soudure cachées. Ainsi, une inspection par rayons X est nécessaire pour détecter les défauts de soudure, par exemple les trous d'air, les cavités, les courts-circuits et les billes de soudure manquantes. Le seul inconvénient de l'examen par rayons X est son coût élevé.

Réparation

La réparation des BGA a gagné en importance en raison de l'utilisation généralisée des composants BGA et de l'adoption des produits électroniques pour la téléphonie personnelle. Cependant, contrairement aux composants QFP, les composants BGA ne peuvent pas être réutilisés une fois qu'ils ont été démontés du circuit imprimé.

Maintenant que la technologie de conditionnement BGA est devenue la norme dans l'assemblage SMT, son niveau de complexité technologique ne doit jamais être sous-estimé, et les aspects majeurs discutés dans cet article doivent être évalués de manière approfondie et précise, avec des préoccupations résolues logiquement. Lors du choix d'un fabricant ou d'un assembleur sous contrat électronique, recherchez une ligne de fabrication professionnelle ainsi que des capacités et équipements d'assemblage à grande échelle.

Dans le processus d'assemblage BGA, la protection électrostatique et le préchauffage des composants BGA sont des facteurs supplémentaires à considérer. Les composants BGA nécessitent généralement des conteneurs spéciaux offrant une protection électrostatique. Pendant le processus d'assemblage du circuit imprimé, des mesures strictes de protection électrostatique doivent être mises en œuvre, incluant la mise à la terre des équipements, la gestion du personnel et l'administration de l'environnement.

Conclusion

Pour résumer, les produits à matrice de billes offrent des améliorations significatives de la densité de connectivité mais présentent des problèmes de processus de soudage uniques. Des connexions de soudage BGA de qualité peuvent être obtenues en suivant les sept étapes spécifiées pour l'impression de précision, l'assemblage correct, le refusion optimal, la conception résiliente du circuit imprimé, les contrôles de manipulation et l'inspection complète. À mesure que les boîtiers sophistiqués évoluent, des innovations supplémentaires du processus seront nécessaires pour atteindre des rendements et une fiabilité acceptables. Forte de nombreuses années d'expertise dans la gestion des demandes d'assemblage de circuits imprimés de clients mondiaux, EFPCB peut souder pratiquement tout type de composant sur les cartes de circuit, y compris les composants d'assemblage BGA. Parmi toutes les formes plus récentes de boîtiers, le boîtier BGA (matrice de billes) est le type principal avec les domaines d'application les plus vastes en raison de sa variété, qui surmonte de nombreuses contraintes observées dans les anciens boîtiers.