Pájení BGA: Techniky, rentgenová kontrola a opravy

Neustálý technologický pokrok posunul elektroniku směrem k lehkým a malým produktům. Aby se těmto potřebám zákazníků dařilo, byla zavedena povrchová montáž (SMT). Rostoucí poptávka po těchto produktech navíc vyžaduje vývoj technologií s vysokou hustotou, které by bylo možné rychle sestavit. Tento impuls vedl k vývoji mřížkového pole s kuličkami. technika.

Na první pohled se však pájení BGA může zdát obtížné, protože pájecí kuličky jsou vloženy mezi desku plošných spojů a samotné tělo BGA. Osazování desek plošných spojů s použitím BGA se však ukázalo jako úspěšné. Výhody použití BGA jsou poměrně významné z hlediska výkonu a spolehlivosti.

Tento článek se zabývá klíčovými technikami pájení BGA, zařízeními, procesy a osvědčenými postupy pro montáž, kontrolu a přepracování desek plošných spojů s použitím součástek BGA.

Co je pájení BGA?

BGA je velmi odlišné pouzdro od těch, která používají piny, jako je například čtyřnásobné ploché pouzdro. Piny v BGA pouzdrech jsou uspořádány do mřížky, odkud pochází i jejich název. Místo tradičních drátových pinů se pro připojení používá více kontaktních plošek s kuličkami pájky. Na desce plošných spojů, na kterou se mají BGA komponenty osadit, nabízí odpovídající sada měděných kontaktů požadovanou konektivitu.

Výhoda BGA

· Pouzdra BGA nabízejí oproti svým konkurentům v podobě čtyřnásobně plochých pouzder řadu výhod. V důsledku toho se stále častěji používají k výrobě elektronických obvodů. Mezi tyto výhody patří například:

· Pájení BGA je robustní: Jiná pouzdra mají velmi jemné piny, které se snadno poškodí i při nejopatrnějším zacházení. A je téměř nemožné je opravit, jakmile se piny ohnou. BGA tímto problémem však netrpí, protože spoje jsou zajištěny ploškami s pájecími kuličkami BGA, které je velmi obtížné poškodit.

· Vysokorychlostní výkon: V BGA pouzdře jsou vodiče na spodní straně nosiče čipu. To znamená, že vývody uvnitř čipu jsou kratší. Nežádoucí úrovně indukčnosti vývodů jsou tedy nízké. Tímto způsobem nabízejí BGA součástky vyšší úroveň výkonu než jejich konkurenti.

· Vylepšený návrh desky plošných spojů: Hustota stop kolem mnoha pouzder je kvůli těsné blízkosti pinů velmi vysoká. BGA rozprostírá kontakty po celé ploše pouzdra, což potenciálně snižuje tento problém.

· Nízký tepelný odpor: BGA nabízí nižší tepelný odpor mezi křemíkovým čipem. To umožňuje rychlejší a efektivnější odvod tepla generovaného integrovaným obvodem uvnitř pouzdra ze zařízení na desku plošných spojů.

Aplikace BGA

Pájení kuličkovou mřížkou se používá v mnoha odvětvích, včetně leteckého průmyslu, oprav počítačů a výroby elektroniky. Používá se také ke zlepšení výkonu vysokorychlostních obvodů. Mezi jeho další využití patří:

· Opravy elektronických zařízení: Používá se k opravám zařízení, jako jsou notebooky, chytré telefony, herní konzole a tablety.

· Tepelný management: Pájení BGA může zlepšit tepelný management v elektronických zařízeních.

· Snížené elektromagnetické rušení: Může snížit elektromagnetické rušení v zařízeních, která pracují na vyšších frekvencích.

BGA pouzdra

Pouzdra BGA jsou typem SMT osazování, které se používá pro integrované obvody. Oproti tradičním součástkám s průchozím otvorem nabízejí řadu výhod, jako je spolehlivost a schopnost sledovat hustotu a odvod tepla.

Typy balíčků BGA

Jak se BGA pájí k desce plošných spojů - proces pájení BGA?

Proces pájení BGA je v moderní výrobě elektroniky velmi důležitý, protože zajišťuje spolehlivé spojení mezi pouzdrem BGA a deskou plošných spojů. Pokud však potřebujete správné provedení, měli byste dodržovat osvědčené postupy, abyste dosáhli vysoce kvalitních výsledků. Níže prozkoumáme základní kroky a techniky, které se v tomto procesu používají.

Techniky pájení BGA

Pájení BGA využívá primárně dvě techniky: reflow pájení a ruční pájení. První z nich zahrnuje použití reflow pece k ohřevu pájecí pasty, což způsobí její roztavení a vytvoření robustních elektrických a mechanických spojení. Druhá se používá pro opravy a prototypy a k dosažení nejlepších možných výsledků vyžaduje specializované nástroje, jako jsou horkovzdušné stanice, a zkušené operátory.

Jak jsem již zmínil, výběr techniky pájení BGA závisí na aplikaci, rozsahu výroby a složitosti návrhu desky plošných spojů.

Připojovací vzory BGA PCB

Správný návrh kontaktů na desce plošných spojů je zásadní pro efektivní pájení BGA. Vzory kontaktů by měly odpovídat rozteči a průměru kuliček BGA. Tyto vzory obsahují kontaktní plošky bez definované pájecí masky (NSMD) pro lepší spolehlivost pájeného spoje. Kromě toho tyto vzory také zahrnují provedení s via-in-pad pro desky s vysokou hustotou. A konečně, pokud dodržujete standardy IPC, pomůže vám to zajistit konzistentní výsledky a snížit vady pájení.

Tisk pájecí pasty BGA

Nejdůležitějším krokem je přesné nanesení pájecí pasty na desku plošných spojů. Mezi důležité faktory patří:

· Design šablony: Měli byste použít šablonu s odpovídajícími velikostmi otvorů, které odpovídají vzoru terénu.

· Konzistence pasty: Měli byste také zajistit, aby pájecí pasta měla rovnoměrnou viskozitu, aby se zabránilo vzniku dutin a mezer.

· Zarovnání: Měli byste dbát na přesné zarovnání šablony a desky plošných spojů, abyste se vyhnuli chybám v tisku.

Umístění komponent

Správné umístění součástek v pouzdře BGA na desce plošných spojů vyžaduje přesné zarovnání pájecích kuliček s odpovídajícími kontaktními ploškami. Naštěstí se pro tento krok obvykle používají automatizované stroje typu pick-and-place. Tyto stroje zajistí přesné umístění, šetrnou manipulaci, aby se zabránilo poškození pouzdra BGA, a ověření pomocí optických inspekčních systémů pro potvrzení zarovnání.

Proces pájení přetavením

Jedno pájení přetavením Tento proces se obvykle používá ke zpevnění pájených spojů a také zajišťuje elektrickou konektivitu. Zahrnuje:

1. Předehřívání: Tento krok postupně zvyšuje teplotu a v důsledku toho minimalizuje tepelný šok.

2. Namáčení: Stabilizuje teplotu desky plošných spojů a aktivuje tavidlo pro čištění povrchů.

3. Zóna přeformátování: Tento krok je navržen tak, aby se pájecí pasta zahřála nad bod tání. V důsledku toho se umožní jejímu roztékání a vytváření spojů.

4. Chlazení: Jak je z názvu tohoto kroku zřejmé, ztuhne pájku a zabrání tepelnému namáhání sestavy.

Přesné profilování teploty pájení je proto důležité, aby se předešlo vadám a chybám, jako jsou pájené můstky, náhrobky nebo dutiny. Dodržováním výše uvedených kroků mohou výrobci zajistit robustní spojení a vysoce výkonné sestavy, a to pro aplikace, které vyžadují bvšechno gzbavit akomponenty pole (RAY).

Inspekce pájených spojů BGA

Inspekce BGA je jednou z oblastí procesu osazování desek plošných spojů, která vzbudila značný zájem, když byly BGA poprvé představeny.

Inspekční techniky

Inspekci BGA nelze provést běžným způsobem pomocí jednoduchých optických technik. Protože je zcela zřejmé, že Pájené spoje jsou pod BGA součástkami a nejsou viditelné. To vyvolalo značné obavy ohledně této technologie, když byla poprvé zavedena. Mnoho výrobců provedlo testy, aby se ujistili, že jsou schopni BGA součástky uspokojivě pájet.

Kvalita pájených spojů BGA navíc vyžaduje specializované kontrolní techniky, jako je vizuální kontrola, rentgenová kontrola, měření příčných řezů a akustická mikroskopie. Tyto kontrolní techniky proaktivně identifikují jakékoli skryté problémy s pájením BGA ještě předtím, než produkty opustí výrobu.

Rentgenová kontrola pro BGA

Pájené spoje nelze plně otestovat kontrolou elektrického výkonu. Ačkoli tato forma testu pájecího procesu BGA v daném okamžiku odhalí vodivost, neposkytuje podrobný obraz o tom, jak byl proces pájení BGA úspěšný. Jediným testem pro tento účel je forma inspekce BGA pomocí rentgenového záření.

Rentgenová kontrola umožňuje prohlédnout si pájený spoj skrz zařízení. V důsledku toho se automatizovaná rentgenová kontrola stala hlavní technologií pro kontrolu desek plošných spojů, které obsahují BGA. Naštěstí je třeba poznamenat, že jakmile je tepelný profil pájecího stroje BGA správně nastaven, součástky BGA se pájejí velmi dobře a s procesem pájení BGA se vyskytuje jen málo problémů.

Řešení problémů se špatnými BGA spoji

Před zahájením opravy BGA je klíčové najít a vyřešit hlavní příčinu. Mezi možné hlavní příčiny špatných pájených spojů BGA patří:

· Trhliny způsobené tepelným namáháním

· Vady nebo poškození pájecí kuličky

· Nesprávné zarovnání mezi míčky a dosedacími plochami

· Absorpce vlhkosti pod obalem

· Zabraňující kontaminaci a smáčení

· Nedostatečná výška nebo objem pájecí pasty

Přepracování a opravy BGA

Jak se dalo očekávat, není snadné přepracovat sestavy BGA, pokud není k dispozici správné vybavení.

Přehled oprav BGA

Kroky v typickém procesu přepracování BGA součástky jsou:

1) Příprava: Nejprve si projděte původní montážní proces z hlediska možných faktorů. Také se ujistěte, že máte připravené náhradní nástroje a komponenty.

2) Odstranění: V tomto kroku důkladně očistěte kontaktní plošky, aby po nich nebyly žádné zbytky. Poté znovu naneste tavidlo, abyste připravili místo pro nové kuličky. Nyní upravte kontaktní plošky a připevněte kontaktní obrazec desky plošných spojů.

3) Přebalování: Nejprve pomocí šablony naneste nové pájecí kuličky na pouzdro BGA a poté je pomocí reflow kuliček připevněte k terminálům pouzdra.

4) Výměna, nahrazení: Nyní je nutné dočasně připevnit součástku lepidlem, opatrně na místě znovu zarovnat novou BGA destičku a přetavit ji pro vytvoření spojů.

5) Inspekce: Nakonec je nutné ověřit souosost a spoje kuliček a posoudit jakékoli vedlejší poškození destiček nebo desky.

Přepracovací zařízení

Typické zařízení pro přepracování BGA zahrnuje:

· Předehřívač postupně zahřívá desku, aby se zabránilo tepelnému šoku.

· Horkovzdušná tryska směruje proud ohřátého vzduchu pro lokální ohřev.

· Mikroskop poskytuje vysoké zvětšení pro kontrolu ustavení a spojů.

· Držák pro desku plošných spojů Zajistěte desku pod součástkou, aby se zabránilo přehřátí.

· Uzavřená smyčka regulace teploty Trysek je také jedním z přepracovaných zařízení.

· Konvekční přepracovací pec je určen pro malé desky vyžadující plný tepelný profil pece.

· Sada nástrojů BGA poskytuje zarovnávací vodítka, tavidla, kuličky, šablony a lepidla.

Tyto specializované nástroje pro opravy pomáhají správně odstraňovat a vyměňovat BGA s minimálním vedlejším poškozením.

Proces přepracování

Pokud existuje podezření na vadu BGA součástky, je možné ji vyjmout. Toho se dosáhne lokálním zahřátím BGA součástky, aby se roztavila pájka pod ní. Při opravě BGA V tomto procesu se ohřev často provádí ve specializované přepracovací stanici. Ta se skládá z přípravku vybaveného infračerveným ohřívačem, vakuového zařízení pro zvedání obalu a termočlánku pro sledování teploty.

Je třeba dbát na to, aby se zahřívala a odstraňovala pouze BGA. Ostatní zařízení v okolí by měla být ovlivněna co nejméně, jinak by mohla být poškozena.

Závěr

Stručně řečeno, technologie BGA obecně a pájení BGA Zejména procesy se od svého prvního zavedení osvědčily jako velmi úspěšné. Nyní jsou důležitou součástí procesu osazování desek plošných spojů, který se ve většině společností používá jak pro osazování prototypů desek plošných spojů, tak pro hromadnou výrobu.

PCBasic nabízí stanice pro opravy BGA, které vám pomohou nastavit váš interní komplexní proces opravy BGA. Pomůžeme vám vyhnout se běžným opravám BGA. chyby, které jsou známé těm, kteří na těchto unikátních součástech pracovali.

Případně můžete kontaktujte nás ještě dnes abychom prodiskutovali naši nabídku služeb, včetně všech aspektů opravy BGA.