Aspectos Principais do Processo de Montagem SMT para Componentes BGA

Palavras-chave: Montagem BGA

Com o rápido crescimento dos circuitos integrados (CIs) extremamente grandes, os tipos de encapsulamento existentes nunca conseguem atender às demandas da montagem eletrônica, e novos encapsulamentos surgem como resultado da maior demanda por maior integridade, menor espaço na placa e maior número de I/Os. Entre todas as formas mais recentes de encapsulamento discutidas acima, o encapsulamento BGA (ball grid array) é o tipo principal com as áreas de aplicação mais amplas devido à sua variedade, que supera muitas limitações vistas em encapsulamentos mais antigos. Em termos de tecnologia de soldagem, o encapsulamento BGA é bastante semelhante aos encapsulamentos anteriores, como o QFP (quad flat package). No entanto, os pinos são substituídos por esferas de solda, resultando em uma revolução na montagem eletrônica e na introdução de encapsulamentos derivados, como o CSP. A soldagem na montagem BGA foi integrada à SMT (tecnologia de montagem em superfície) tradicional e pode ser realizada usando equipamentos padrão de montagem SMT.

O Ball Grid Array (BGA) é um encapsulamento para montagem em superfície com conexões por esferas de solda sob o componente. Os BGAs têm maior densidade de conectores do que outros métodos de encapsulamento, no entanto, eles podem ser difíceis de soldar com sucesso na montagem por tecnologia de montagem em superfície (SMT).

O uso do BGA (ball grid array) reduz significativamente as falhas de montagem quando os profissionais de SMT (tecnologia de montagem em superfície) / SMD (dispositivo de montagem em superfície) descobrem que o QFP (quad flat package) com um pitch de 0,3mm é incapaz de alcançar a qualidade SMT desejada. De acordo com a teoria dos sistemas, reduzir o nível de dificuldade da tecnologia de processo leva à resolução de problemas o mais rápido possível e torna a qualidade do produto mais facilmente controlável, o que é consistente com o conceito de manufatura moderna, mesmo que a inspeção de componentes BGA seja difícil de implementar. Este blog examinará e analisará o método de montagem SMT para componentes BGA em todas as direções usando a fabricação em volume real.

Visão Geral dos Encapsulamentos BGA

Vantagens

Os componentes BGA oferecem várias vantagens:

• Mais interconexões do que componentes com terminais perimetrais
• Pegada menor do que componentes com terminais perimetrais
• Comprimentos de conexão curtos
• Proteção para o chip (die) e ligações por fio (wire bonds).

Desafios

No entanto, a soldagem BGA apresenta problemas de processo

• As junções de solda estão enterradas abaixo do componente.
• A pegada densa do encapsulamento restringe a impressão da pasta de solda
• A massa térmica dos BGAs grandes afeta o perfil térmico.
• Sensível à empenamento da placa e à coplanaridade
• Junções de solda BGA robustas exigem controle cuidadoso do processo.

Características Principais do Processo de Montagem SMT para Componentes BGA

Pré-tratamento

Embora certos componentes BGA sejam menos suscetíveis à umidade, todos os componentes devem ser aquecidos a 125°C, pois não foi demonstrado que o aquecimento a baixa temperatura tenha quaisquer efeitos prejudiciais. Isso também funciona para PCBs (placas de circuito impresso) nuas que estão prontas para a montagem SMT. Afinal, a umidade pode ser tratada primeiro, resultando em menos falhas nas esferas de solda e melhor soldabilidade.

Impressão da Pasta de Solda

De acordo com minha experiência em montagem, a impressão da pasta de solda é tipicamente simples de executar em componentes BGA com um pitch maior que 0,8mm e componentes QFP com um pitch de 0,5mm. No entanto, pode haver situações em que a estanagem precise ser corrigida manualmente porque certas esferas de solda não receberam impressão de pasta de solda suficiente, resultando em deslocamento da solda ou curto-circuitos.

No entanto, não se acredita que a pasta de solda seja mais fácil de imprimir em componentes BGA com passo de 0,8 mm do que em componentes QFP com passo de 0,5 mm. Acredita-se que muitos engenheiros estejam cientes da diferença entre a impressão horizontal e vertical em QFP com passo de 0,5 mm, o que pode ser explicado mecanicamente. Assim, certas impressoras podem imprimir a 45 graus. De acordo com a ideia de que a impressão desempenha um papel importante na montagem SMT, deve-se prestar atenção adequada.

Posicionamento e montagem

De acordo com a experiência real de montagem, uma vez que as qualidades físicas levam a uma alta fabricabilidade, os componentes BGA são mais fáceis de montar do que os componentes QFP com passo de 0,5 mm. No entanto, o maior problema que enfrentamos durante todo o processo de montagem SMT é a vibração nos componentes quando um bocal de grande escala com um anel de borracha é utilizado para posicionar componentes em placas de circuito maiores que 30 mm. Com base em estudos, considera-se que isso ocorre como resultado de pressão excessiva dentro do bocal devido à força de montagem exagerada, e pode ser eliminado com alterações apropriadas. Os componentes BGA têm um efeito de autocentragem óbvio durante o processo de soldagem devido à tensão superficial do solda, então alguns projetistas ampliam propositalmente as pastilhas nos quatro cantos no projeto de pastilhas BGA para tornar o efeito de autocentragem mais óbvio, garantindo que os componentes BGA possam se reajustar quando as posições de montagem são deslocadas.

Soldagem

A soldagem por refluxo usando ar quente é um procedimento incomum dentro do processo de montagem SMT, ou pode ser classificada como uma tecnologia única. Embora os componentes de montagem BGA tenham uma curva de tempo e temperatura igual à curva padrão, eles diferem da maioria dos SMDs convencionais em termos de soldagem por refluxo. As junções de solda dos componentes BGA estão localizadas sob os componentes, entre o corpo do componente e a placa de circuito impresso, o que significa que os componentes BGA são significativamente mais influenciados pelas junções de solda do que os SMDs típicos, cujos pinos estão localizados no perímetro do corpo do componente. No mínimo, eles são imediatamente expostos ao ar aquecido. Cálculos e práticas de resistência térmica mostram que as esferas de solda na parte central do corpo do componente BGA experimentam atraso térmico, aumento moderado de temperatura e uma temperatura máxima baixa.

Inspeção

Devido às arquiteturas físicas dos componentes BGA, a inspeção visual não consegue atender às necessidades de inspeção das conexões de solda ocultas, sendo assim necessária a inspeção por raios-X para detectar defeitos de soldagem, por exemplo, bolhas de ar, vazios, curtos-circuitos e esferas de solda faltantes. A única desvantagem do exame de raios-X é seu alto custo.

Retrabalho

O retrabalho de BGA ganhou importância devido ao uso generalizado de componentes BGA e à adoção de produtos eletrônicos para telefonia pessoal. No entanto, ao contrário dos componentes QFP, os componentes BGA não podem ser reutilizados uma vez que tenham sido desmontados da placa de circuito.

Agora que a tecnologia de encapsulamento BGA se tornou a norma na montagem SMT, seu nível de complexidade tecnológica nunca deve ser subestimado, e os principais aspectos discutidos neste artigo devem ser avaliados de forma completa e precisa, com preocupações resolvidas logicamente. Ao escolher um fabricante ou montador contratado de eletrônicos, procure por uma linha de produção profissional, bem como capacidades e equipamentos de montagem em larga escala.

No processo de montagem BGA, a proteção eletrostática e a secagem de componentes BGA são fatores adicionais a considerar. Os componentes BGA normalmente requerem recipientes especiais que fornecem proteção eletrostática. Durante o processo de montagem da placa de circuito impresso, medidas rigorosas de proteção eletrostática devem ser implementadas, incluindo aterramento de equipamentos, gerenciamento de pessoal e administração ambiental.

Conclusão

Em resumo, os produtos de Matriz de Grade de Esferas oferecem melhorias significativas na densidade de conectividade, mas apresentam problemas únicos no processo de soldagem. Conexões de solda BGA de qualidade podem ser obtidas seguindo os sete passos especificados para impressão de precisão, montagem correta, reflow ideal, design de placa resiliente, controles de manuseio e inspeção abrangente. À medida que os pacotes sofisticados evoluem, mais inovação no processo será necessária para alcançar rendimentos aceitáveis e confiabilidade. Com muitos anos de experiência gerenciando solicitações de Montagem de PCB de clientes globais, a EFPCB pode soldar praticamente qualquer tipo de componente em placas de circuito, incluindo componentes de montagem BGA. Entre todas as formas mais recentes de pacotes, o pacote BGA (matriz de grade de esferas) é o tipo principal com as áreas de aplicação mais amplas devido à sua variedade, que supera muitas limitações observadas em pacotes mais antigos.