Ключевые аспекты процесса сборки SMT для компонентов BGA

Ключевые слова: сборка BGA

Вместе с быстрым ростом сверхбольших интегральных схем (ИС) существующие типы корпусов уже не могут удовлетворить требованиям электронного монтажа, и в результате повышенного спроса на большую интеграцию, меньшую занимаемую площадь на плате и большее количество выводов появляются новые типы корпусов. Среди всех новых форм корпусов, упомянутых выше, корпус BGA (массив шариковых выводов) является основным типом с наиболее широкими областями применения благодаря своему разнообразию, что преодолевает многие ограничения, присущие старым типам корпусов. С точки зрения технологии пайки корпус BGA весьма похож на предыдущие корпуса, такие как QFP (квадратный плоский корпус). Тем не менее, выводы заменены припойными шариками, что привело к революции в электронном монтаже и появлению производных корпусов, таких как CSP. Пайка при сборке BGA интегрирована с традиционной SMT (технологией поверхностного монтажа) и может осуществляться с использованием стандартного оборудования для SMT-сборки.

Массив шариковых выводов (BGA) — это корпус для поверхностного монтажа с соединениями в виде припойных шариков под компонентом. BGA имеют более высокую плотность соединений по сравнению с другими методами упаковки, однако их может быть сложно успешно припаять в процессе сборки по технологии поверхностного монтажа (SMT).

Использование BGA (массива шариковых выводов) значительно сокращает количество ошибок сборки, когда специалисты по SMT (технологии поверхностного монтажа) / SMD (устройствам поверхностного монтажа) обнаруживают, что QFP (квадратный плоский корпус) с шагом 0.3 мм не способен обеспечить достижение качества SMT. Согласно системной теории, снижение уровня сложности технологического процесса приводит к максимально быстрому решению проблем и делает качество продукции более легко контролируемым, что соответствует концепции современного производства, даже несмотря на то, что инспекцию компонентов BGA трудно реализовать. В этом блоге будет всесторонне рассмотрен и проанализирован метод SMT-сборки для компонентов BGA на примере реального серийного производства.

Обзор корпусов BGA

Преимущества

Компоненты BGA предлагают различные преимущества:

• Большее количество межсоединений по сравнению с компонентами с периферийными выводами
• Меньшая занимаемая площадь, чем у компонентов с периферийными выводами
• Короткая длина соединений
• Защита кристалла и проволочных связок.

Проблемы

Однако пайка BGA создает технологические трудности:

• Паяные соединения скрыты под корпусом.
• Плотная занимаемая площадь корпуса ограничивает нанесение паяльной пасты
• Тепловая масса больших BGA влияет на температурный профиль.
• Чувствительность к деформации платы и соосности
• Для получения надежных паяных соединений BGA необходим тщательный контроль процесса.

Ключевые особенности процесса SMT-сборки для компонентов BGA

Предварительная обработка

Хотя некоторые компоненты BGA менее чувствительны к влажности, все компоненты следует прокаливать при 125°C, поскольку не было доказано вредного воздействия низкотемпературного прокаливания. Это также применимо к готовым к SMT-сборке незаполненным печатным платам. В конечном счете, влажность можно устранить в первую очередь, что приведет к меньшему количеству дефектов припойных шариков и улучшенной паяемости.

Нанесение паяльной пасты

Согласно моему опыту сборки, нанесение паяльной пасты обычно легко выполнить на компонентах BGA с шагом более 0.8 мм и компонентах QFP с шагом 0.5 мм. Однако могут возникнуть ситуации, когда олово необходимо корректировать вручную, потому что некоторые припойные шарики не получили достаточного количества паяльной пасты, что приводит к смещению при пайке или коротким замыканиям.

Тем не менее, не считается, что паяльную пасту легче наносить на компоненты BGA с шагом 0.8 мм, чем на компоненты QFP с шагом 0.5 мм. Считается, что многие инженеры осведомлены о разнице между горизонтальным и вертикальным нанесением пасты на QFP с шагом 0.5 мм, что можно объяснить механически. Таким образом, некоторые принтеры могут наносить пасту под углом 45 градусов. Согласно идее о том, что нанесение пасты играет важную роль в SMT-монтаже, этому следует уделять достаточное внимание.

Установка и монтаж

Согласно практическому опыту сборки, благодаря физическим свойствам, обеспечивающим высокую технологичность, компоненты BGA монтировать легче, чем компоненты QFP с шагом 0.5 мм. Однако самой большой проблемой, с которой мы сталкиваемся в процессе SMT-сборки, является вибрация компонентов, когда крупногабаритное сопло с резиновым кольцом используется для позиционирования компонентов размером более 30 мм на печатных платах. Согласно исследованиям, считается, что это происходит из-за избыточного давления внутри сопла вследствие чрезмерной силы монтажа, и эту проблему можно устранить путем соответствующих корректировок. Компоненты BGA обладают выраженным эффектом самоцентрирования в процессе пайки благодаря поверхностному натяжению припоя, поэтому некоторые конструкторы намеренно увеличивают контактные площадки по четырем углам в дизайне площадок BGA, чтобы сделать эффект самоцентрирования более очевидным, гарантируя самовыравнивание компонентов BGA при смещении монтажного положения.

Пайка

Пайка оплавлением с использованием горячего воздуха является нестандартной процедурой в процессе SMT-сборки или может быть классифицирована как особая технология. Хотя компоненты для сборки BGA имеют равные кривые времени и температуры со стандартной кривой, они отличаются от большинства традиционных SMD-компонентов в отношении пайки оплавлением. Паяные соединения компонентов BGA расположены под корпусом, между корпусом компонента и печатной платой, что означает, что компоненты BGA значительно больше зависят от состояния паяных соединений, чем типичные SMD-компоненты, выводы которых расположены по периметру корпуса. Последние, по крайней мере, непосредственно подвергаются воздействию горячего воздуха. Расчеты и практика теплового сопротивления показывают, что припойные шарики в центральной части корпуса компонента BGA испытывают тепловую задержку, умеренный рост температуры и имеют низкую максимальную температуру.

Контроль

Из-за физической конструкции компонентов BGA визуальный контроль не соответствует требованиям проверки скрытых паяных соединений, поэтому для выявления дефектов пайки, таких как поры, пустоты, короткие замыкания и отсутствие припойных шариков, необходим рентгеновский контроль. Единственным недостатком рентгеновского контроля является его высокая стоимость.

Ремонт

Ремонт BGA приобрел большое значение из-за широкого использования компонентов BGA и применения электронных устройств в персональной телефонии. Однако, в отличие от компонентов QFP, компоненты BGA не могут быть использованы повторно после демонтажа с печатной платы.

Теперь, когда технология корпусирования BGA стала нормой в SMT-сборке, ее уровень технологической сложности никогда не следует недооценивать, а основные аспекты, рассмотренные в этой статье, должны быть тщательно и точно оценены, а проблемы — логично решены. При выборе электронного контрактного производителя или монтажника ищите профессиональную производственную линию, а также полномасштабные возможности сборки и оборудование.

В процессе сборки BGA дополнительными факторами, которые следует учитывать, являются защита от электростатического разряда и прокаливание компонентов BGA. Компоненты BGA обычно требуют специальных контейнеров, обеспечивающих электростатическую защиту. В процессе сборки печатной платы должны быть реализованы строгие меры защиты от электростатического разряда, включая заземление оборудования, управление персоналом и контроль окружающей среды.

Заключение

Подводя итог, продукты с шариковой решетчатой матрицей предлагают значительное улучшение плотности соединений, но имеют уникальные проблемы процесса пайки. Качественные паяные соединения BGA могут быть достигнуты путем следования семи указанным шагам для прецизионной печати, правильной сборки, оптимального оплавления, устойчивого дизайна печатной платы, контроля обращения и всестороннего контроля. По мере усложнения корпусов дальнейшие инновации в процессе будут необходимы для достижения приемлемого выхода годных изделий и надежности. Обладая многолетним опытом управления запросами на сборку печатных плат от глобальных клиентов, EFPCB может припаивать практически любой тип компонента на печатные платы, включая компоненты для сборки BGA. Среди всех новых форм корпусов, корпус BGA (шариковая решетчатая матрица) является основным типом с наиболее широкими областями применения благодаря своему разнообразию, что преодолевает многие ограничения, присущие старым корпусам.