Trefwoorden: BGA-assemblage

Met de snelle groei van extreem grootschalige geïntegreerde schakelingen (IC's) kunnen bestaande pakkettypen nooit meer voldoen aan de eisen van elektronica-assemblage, en nieuwe pakketten ontstaan als gevolg van de toenemende vraag naar grotere integriteit, minder printplaatruimte en een groter aantal I/O's. Van alle nieuwere pakketvormen die hierboven zijn besproken, is het BGA (ball grid array)-pakket het belangrijkste type met de breedste toepassingsgebieden vanwege zijn veelzijdigheid, die veel beperkingen van oudere pakketten overwint. Wat soldeertechnologie betreft, lijkt het BGA-pakket sterk op eerdere pakketten, zoals het QFP (quad flat package). Desalniettemin zijn pinnen vervangen door soldeerballen, wat een revolutie in de elektronica-assemblage teweegbracht en de introductie van afgeleide pakketten zoals CSP mogelijk maakte. BGA-assemblagesolderen is geïntegreerd met traditionele SMT (oppervlaktemontagetechnologie) en kan worden uitgevoerd met standaard SMT-assemblageapparatuur.

De Ball Grid Array (BGA) is een oppervlaktemontagepakket met soldeerbalverbindingen onder de component. BGA's hebben een hogere connectordichtheid dan andere verpakkingsmethoden, maar ze kunnen moeilijk succesvol te solderen zijn in oppervlaktemontagetechnologie (SMT)-assemblage.

Het gebruik van BGA (ball grid array) vermindert assemblagefouten aanzienlijk wanneer SMT (oppervlaktemontagetechnologie) / SMD (oppervlaktemontagecomponent) beoefenaars ontdekken dat QFP (quad flat package) met een afstand van 0,3mm niet in staat is om SMT-kwaliteitsprestaties te behalen. Volgens systeemtheorie leidt het verlagen van het moeilijkheidsniveau van proces technologie ertoe dat problemen zo snel mogelijk worden opgelost en de productkwaliteit gemakkelijker beheersbaar wordt, wat consistent is met het concept van moderne productie, ook al is BGA-componentinspectie moeilijk uit te voeren. Deze blog zal de SMT-assemblagemethode voor BGA-componenten in alle richtingen onderzoeken en analyseren aan de hand van daadwerkelijke volumeproductie.

Overzicht van BGA-pakketten

Voordelen

BGA-componenten bieden verschillende voordelen:

• Meer onderlinge verbindingen dan componenten met periferie-aansluitingen
• Kleinere footprint dan componenten met periferie-aansluitingen
• Korte verbindingslengtes
• Bescherming voor de chip en draadverbindingen.

Uitdagingen

BGA-solderen brengt echter procesproblemen met zich mee

• Soldeerverbindingen zijn begraven onder de behuizing.
• Dichte pakketfootprint beperkt soldeerpasta-aanbrenging
• De thermische massa van grote BGA's beïnvloedt het profiel.
• Gevoelig voor printplaatvervorming en coplanariteit
• Robuuste BGA-soldeerverbindingen vereisen zorgvuldige procescontrole.

Belangrijkste kenmerken van het SMT-assemblageproces voor BGA-componenten

Voorbehandeling

Hoewel bepaalde BGA-componenten minder gevoelig zijn voor vocht, moeten alle componenten worden gebakken op 125°C, aangezien is aangetoond dat bakken op lage temperatuur geen schadelijke effecten heeft. Dat geldt ook voor kale printplaten die klaar zijn voor SMT-assemblage. Immers, vocht kan eerst worden aangepakt, wat resulteert in minder soldeerbaldefecten en verbeterde soldeerbaarheid.

Soldeerpasta-aanbrenging

Volgens mijn assemblage-expertise is soldeerpasta-aanbrenging over het algemeen eenvoudig uit te voeren op BGA-componenten met een afstand groter dan 0,8mm en QFP-componenten met een afstand van 0,5mm. Er kunnen zich echter situaties voordoen waarin tin handmatig moet worden gecorrigeerd omdat bepaalde soldeerballen niet voldoende soldeerpasta-aanbrenging hebben gekregen, wat leidt tot soldeerverplaatsing of kortsluiting.

Desalniettemin wordt er niet aangenomen dat soldeerpasta gemakkelijker aan te brengen is op BGA-componenten met een 0,8 mm pitch dan op QFP-componenten met een 0,5 mm pitch. Men is van mening dat veel ingenieurs zich bewust zijn van het verschil tussen horizontaal en verticaal printen op QFP met een 0,5 mm pitch, wat mechanisch kan worden verklaard. Daarom kunnen bepaalde printers onder een hoek van 45 graden printen. Volgens het idee dat printen een belangrijke rol speelt in de SMT-assemblage, moet er voldoende aandacht aan worden besteed.

Plaatsing en montage

Volgens daadwerkelijke assemblage-ervaring, en omdat fysieke eigenschappen leiden tot een hoge maakbaarheid, zijn BGA-componenten gemakkelijker te monteren dan QFP-componenten met een 0,5 mm pitch. Het grootste probleem waar we tijdens het SMT-assemblageproces mee worden geconfronteerd, is echter trillingen op componenten wanneer een grootschalige nozzle met een rubberen ring wordt gebruikt om componenten op printplaten groter dan 30 mm te positioneren. Op basis van studies wordt aangenomen dat dit gebeurt als gevolg van te veel druk binnen de nozzle door overmatige montagekracht, en het kan worden geëlimineerd met passende aanpassingen. BGA-componenten hebben een duidelijk zelfcentrerend effect tijdens het soldeerproces dankzij de oppervlaktespanning van soldeer. Daarom vergroten sommige ontwerpers opzettelijk de pads op de vier hoeken in het BGA-padontwerp om het zelfcentrerende effect duidelijker te maken, zodat BGA-componenten zichzelf kunnen herpositioneren wanneer de montageposities zijn verschoven.

Solderen

Herflowsolderen met hete lucht is een ongebruikelijke procedure binnen het SMT-assemblageproces, of het kan worden geclassificeerd als een unieke technologie. Hoewel BGA-assemblagecomponenten een gelijke tijd- en temperatuurcurve hebben als de standaardcurve, verschillen ze van de meerderheid van conventionele SMD's wat betreft herflowsolderen. De soldeerverbindingen van BGA-componenten bevinden zich onder de componenten, tussen het componentlichaam en de printplaat. Dit betekent dat BGA-componenten aanzienlijk meer worden beïnvloed door de soldeerverbindingen dan typische SMD's, waarvan de pennen zich aan de omtrek van het componentlichaam bevinden. Deze zijn ten minste direct blootgesteld aan verhitte lucht. Thermische weerstandsberekeningen en praktijken tonen aan dat soldeerbollen in het middelste deel van het BGA-componentlichaam thermische vertraging, een gematigde temperatuurstijging en een lage maximumtemperatuur ervaren.

Inspectie

Vanwege de fysieke structuur van BGA-componenten kan visuele inspectie niet voldoen aan de inspectiebehoeften van verborgen soldeerverbindingen. Daarom is röntgeninspectie vereist om soldeerdefecten op te sporen, zoals luchtgaten, holtes, kortsluitingen en ontbrekende soldeerbollen. Het enige nadeel van röntgenonderzoek zijn de hoge kosten.

Herwerking

BGA-herwerking is belangrijker geworden vanwege het wijdverbreide gebruik van BGA-componenten en de adoptie van elektronische producten voor persoonlijke telefonie. In tegenstelling tot QFP-componenten kunnen BGA-componenten echter niet worden hergebruikt zodra ze van de printplaat zijn gedemonteerd.

Nu BGA-verpakkingstechnologie de norm is geworden in SMT-assemblage, mag het technologische complexiteitsniveau nooit worden onderschat. De belangrijkste aspecten die in dit artikel worden besproken, moeten grondig en nauwkeurig worden beoordeeld, waarbij zorgen logisch worden opgelost. Bij het kiezen van een elektronische contractfabrikant of assembler, zoek naar een professionele productielijn evenals volledige assemblagecapaciteiten en -apparatuur.

In het BGA-assemblageproces zijn elektrostatische bescherming en het bakken van BGA-componenten aanvullende factoren om te overwegen. BGA-componenten vereisen doorgaans speciale containers die elektrostatische bescherming bieden. Tijdens het printplaatassemblageproces moeten strikte elektrostatische beschermingsmaatregelen worden geïmplementeerd, inclusief apparatuur-aarding, personeelsmanagement en omgevingsbeheer.

Conclusie

Samengevat bieden Ball Grid Array-producten aanzienlijke verbeteringen in connectiviteitsdichtheid, maar hebben ze unieke soldeerprocesproblemen. Kwalitatieve BGA-soldeerverbindingen kunnen worden verkregen door de zeven stappen te volgen die zijn gespecificeerd voor precisieprinten, correcte assemblage, optimale reflow, veerkrachtige printplaatontwerp, hanteringscontroles en uitgebreide inspectie. Naarmate geavanceerde packages groeien, zal verdere procesinnovatie nodig zijn om acceptabele opbrengsten en betrouwbaarheid te bereiken. Met jarenlange expertise in het beheren van printplaatassemblageverzoeken van wereldwijde klanten, kan EFPCB vrijwel elk type onderdeel op printplaten solderen, inclusief BGA-assemblagecomponenten. Van alle nieuwere vormen van packages is de BGA (ball grid array) package het belangrijkste type met de breedste toepassingsgebieden vanwege zijn variëteit, die vele beperkingen overwint die in oudere packages worden gezien.