Aspetti Chiave del Processo di Assemblaggio SMT per Componenti BGA

Parole chiave: Assemblaggio BGA

Con la rapida crescita dei circuiti integrati (IC) su scala estremamente grande, i tipi di package esistenti non riescono più a soddisfare le esigenze dell'assemblaggio elettronico, e nuovi package emergono a seguito della maggiore domanda di integrità superiore, minore ingombro sul circuito stampato e un numero maggiore di I/O. Tra tutte le forme più recenti di package discusse sopra, il package BGA (ball grid array) è il tipo principale con le aree di applicazione più ampie grazie alla sua varietà, che supera molti limiti riscontrati nei package più vecchi. In termini di tecnologia di saldatura, il package BGA è piuttosto simile ai package precedenti, come il QFP (quad flat package). Tuttavia, i pin sono sostituiti da sfere di saldatura, determinando una rivoluzione nell'assemblaggio elettronico e l'introduzione di package derivati come il CSP. La saldatura per l'assemblaggio BGA è stata integrata con la tradizionale SMT (tecnologia a montaggio superficiale) e può essere eseguita utilizzando apparecchiature standard per l'assemblaggio SMT.

Il Ball Grid Array (BGA) è un package a montaggio superficiale con connessioni a sfera di saldatura sotto il componente. I BGA hanno una densità di connessioni maggiore rispetto ad altri metodi di packaging, tuttavia, possono essere difficili da saldare con successo nell'assemblaggio con tecnologia a montaggio superficiale (SMT).

L'uso del BGA (ball grid array) riduce significativamente i difetti di assemblaggio quando gli operatori di SMT (tecnologia a montaggio superficiale) / SMD (dispositivi a montaggio superficiale) scoprono che il QFP (quad flat package) con un passo di 0,3mm non è in grado di raggiungere il successo qualitativo SMT. Secondo la teoria dei sistemi, ridurre il livello di difficoltà della tecnologia di processo porta a risolvere i problemi il più rapidamente possibile e a rendere la qualità del prodotto più facilmente controllabile, il che è coerente con il concetto di manifattura moderna, anche se l'ispezione dei componenti BGA è difficile da implementare. Questo blog esaminerà e analizzerà in tutte le direzioni il metodo di assemblaggio SMT per i componenti BGA utilizzando la produzione reale di volumi.

Panoramica dei Package BGA

Vantaggi

I componenti BGA offrono vari vantaggi:

• Più interconnessioni rispetto ai componenti con terminali perimetrali
• Ingombro ridotto rispetto ai componenti con terminali perimetrali
• Lunghezze di connessione brevi
• Protezione per il die e i bonding dei fili.

Sfide

Tuttavia, la saldatura BGA presenta problemi di processo

• I giunti di saldatura sono sepolti sotto il contenitore.
• L'ingombro denso del package limita la stampa della pasta saldante
• La massa termica dei BGA grandi influisce sulla profilatura termica.
• Sensibilità all'imbarcamento della scheda e alla coplanarità
• Giunzioni di saldatura BGA robuste richiedono un attento controllo del processo.

Caratteristiche chiave del processo di assemblaggio SMT per componenti BGA

Pretrattamento

Sebbene alcuni componenti BGA siano meno sensibili all'umidità, tutti i componenti dovrebbero essere sottoposti a baking a 125°C poiché non è stato dimostrato che il baking a bassa temperatura abbia effetti dannosi. Questo vale anche per i circuiti stampati nudi (printed circuit board) pronti per l'assemblaggio SMT. Dopotutto, l'umidità può essere affrontata per prima, risultando in meno difetti delle sfere di saldatura e in una migliorata saldabilità.

Stampa della Pasta Saldante

Secondo la mia esperienza di assemblaggio, la stampa della pasta saldante è tipicamente semplice da eseguire su componenti BGA con un passo superiore a 0,8mm e su componenti QFP con un passo di 0,5mm. Tuttavia, possono verificarsi situazioni in cui lo stagno deve essere corretto manualmente perché alcune sfere di saldatura non hanno ricevuto una quantità sufficiente di pasta saldante stampata, risultando in disallineamenti di saldatura o cortocircuiti.

Tuttavia, non si ritiene che la pasta saldante sia più facile da stampare sui componenti BGA con passo di 0,8 mm rispetto ai componenti QFP con passo di 0,5 mm. Si ritiene che molti ingegneri siano consapevoli della differenza tra stampa orizzontale e verticale sui QFP con passo di 0,5 mm, che può essere spiegata meccanicamente. Pertanto, alcune stampanti possono stampare a 45 gradi. Secondo l'idea che la stampa svolge un ruolo importante nell'assemblaggio SMT, si dovrebbe prestare un'adeguata attenzione.

Posizionamento e montaggio

Secondo l'esperienza pratica di assemblaggio, poiché le qualità fisiche portano a un'elevata producibilità, i componenti BGA sono più facili da montare rispetto ai componenti QFP con passo di 0,5 mm. Tuttavia, il problema più grande che affrontiamo durante il processo di assemblaggio SMT è la vibrazione sui componenti quando un ugello di grandi dimensioni con una guarnizione in gomma viene utilizzato per posizionare i componenti su circuiti stampati più grandi di 30 mm. In base agli studi, si considera che ciò avvenga a causa di una pressione eccessiva all'interno dell'ugello dovuta a una forza di montaggio troppo elevata, e può essere eliminata con modifiche appropriate. I componenti BGA hanno un evidente effetto di auto-centratura durante il processo di saldatura grazie alla tensione superficiale della lega saldante, quindi alcuni progettisti deliberatamente ingrandiscono i pad sui quattro angoli nel design dei pad BGA per rendere l'effetto di auto-centratura più evidente, garantendo che i componenti BGA possano riposizionarsi autonomamente quando le posizioni di montaggio sono spostate.

Saldatura

La saldatura a rifusione con aria calda è una procedura insolita nel processo di assemblaggio SMT, oppure può essere classificata come una tecnologia unica. Sebbene i componenti dell'assemblaggio BGA abbiano una curva di tempo e temperatura uguale a quella standard, differiscono dalla maggior parte degli SMD convenzionali in termini di saldatura a rifusione. Le giunzioni saldate dei componenti BGA si trovano sotto i componenti, tra il corpo del componente e il PCB, il che significa che i componenti BGA sono significativamente più influenzati dalle giunzioni saldate rispetto ai tipici SMD, i cui pin si trovano sul perimetro del corpo del componente. Almeno, questi sono immediatamente esposti all'aria riscaldata. Calcoli e pratiche di resistenza termica mostrano che le sfere di saldatura nella parte centrale del corpo del componente BGA subiscono un ritardo termico, un moderato aumento di temperatura e una bassa temperatura massima.

Ispezione

A causa delle architetture fisiche dei componenti BGA, l'ispezione visiva non può soddisfare le esigenze di ispezione delle connessioni saldate nascoste, quindi è necessaria l'ispezione a raggi X per rilevare difetti di saldatura come, ad esempio, bolle d'aria, vuoti, cortocircuiti e sfere di saldatura mancanti. L'unico svantaggio dell'esame a raggi X è il suo alto costo.

Riparazione

La riparazione dei BGA è diventata sempre più importante a causa dell'uso diffuso dei componenti BGA e dell'adozione di prodotti elettronici per la telefonia personale. Tuttavia, a differenza dei componenti QFP, i componenti BGA non possono essere riutilizzati una volta che sono stati smontati dal circuito stampato.

Ora che la tecnologia di incapsulamento BGA è diventata la norma nell'assemblaggio SMT, il suo livello di complessità tecnologica non deve mai essere sottovalutato, e gli aspetti principali discussi in questo articolo dovrebbero essere valutati in modo approfondito e accurato, con le preoccupazioni risolte logicamente. Quando si sceglie un produttore o assemblatore elettronico su contratto, cercare una linea di produzione professionale così come capacità e attrezzature di assemblaggio su larga scala.

Nel processo di assemblaggio BGA, la protezione elettrostatica e la preriscalda dei componenti BGA sono fattori aggiuntivi da considerare. I componenti BGA richiedono tipicamente contenitori speciali che forniscono protezione elettrostatica. Durante il processo di assemblaggio del circuito stampato, dovrebbero essere implementate rigorose misure di protezione elettrostatica, inclusa la messa a terra delle attrezzature, la gestione del personale e l'amministrazione ambientale.

Conclusione

Per riassumere, i prodotti Ball Grid Array offrono significativi miglioramenti nella densità di connettività ma presentano problemi unici nel processo di saldatura. Connessioni di saldatura BGA di qualità possono essere ottenute seguendo i sette passaggi specificati per la stampa di precisione, il corretto assemblaggio, il reflow ottimale, il design resiliente del circuito, i controlli di manipolazione e l'ispezione completa. Man mano che i package sofisticati si evolvono, sarà necessaria un'ulteriore innovazione di processo per raggiungere rese e affidabilità accettabili. Con molti anni di esperienza nella gestione di richieste di assemblaggio PCB da clienti globali, EFPCB può saldare praticamente qualsiasi tipo di componente su circuiti stampati, inclusi i componenti per l'assemblaggio BGA. Tra tutte le forme più recenti di package, il package BGA (ball grid array) è il tipo principale con le aree di applicazione più ampie grazie alla sua varietà, che supera molti limiti riscontrati nei package più vecchi.