À mesure que les appareils électroniques deviennent plus petits et plus puissants, les méthodes de packaging traditionnelles sont progressivement remplacées par des solutions plus compactes et plus performantes. La technologie BGA (Ball Grid Array) est devenue le cœur de la conception de circuits haute densité, mais elle présente également des défis uniques, notamment lors du processus de soudure des BGA.
Que vous utilisiez des puces BGA ou que vous manipuliez un assemblage BGA, la compréhension de la soudure par réseau de billes est une étape cruciale pour vous aider à fabriquer des PCB de haute qualité.
Qu'est-ce qu'un réseau de billes?
Le boîtier BGA (Ball Grid Array) est une méthode de boîtier spécialement conçue pour le montage de circuits intégrés. Il diffère du boîtier traditionnel avec de fines broches sur les bords. Au bas de la puce BGA se trouvent des rangées de très petites billes de soudure servant à la connexion au circuit imprimé. Cette conception permet un plus grand nombre de points de connexion, une meilleure conduction thermique et une transmission du signal électrique plus stable.
Si vous souhaitez savoir « Qu'est-ce que le BGA ? », il s'agit d'une méthode de packaging de puce compacte et efficace, largement utilisée dans les appareils électroniques hautes performances comme les processeurs et les cartes graphiques.
Avantages des boîtiers BGA
Par rapport aux autres méthodes d'emballage, les puces BGA présentent de nombreux avantages évidents, ce qui en fait également une option d'emballage couramment utilisée dans la fabrication de circuits imprimés de nos jours :
• Densité de broches plus élevée:
L'emballage BGA peut organiser davantage de points de connexion dans un très petit espace et convient à la fabrication de circuits imprimés de petite taille et multifonctionnels.
• Meilleures performances thermiques:
Les billes de soudure situées sous la puce BGA entrent en contact direct avec le circuit imprimé, ce qui peut aider la chaleur à l'intérieur de la puce à se dissiper plus rapidement et éviter la surchauffe.
• Performances électriques supérieures:
Grâce à la distance de connexion plus courte, le signal se propage plus rapidement et les interférences et le bruit sont réduits. Ce système est particulièrement adapté aux puces fonctionnant à haute vitesse.
• Une plus grande fiabilité mécanique:
Par rapport aux broches minces précédentes, les joints de soudure BGA sont plus solides et moins susceptibles de se casser en raison de changements de température ou de forces externes.
C'est précisément en raison de ces avantages que la soudure par réseau de billes devient de plus en plus importante dans divers produits électroniques hautes performances et haute densité, tels que les téléphones portables, les ordinateurs, les serveurs, etc.
Processus de soudage BGA : étape par étape
Une soudure BGA correcte peut améliorer la sécurité et la stabilité de la connexion entre les puces BGA et les circuits imprimés. Le processus de soudure par matrice de billes se décompose en plusieurs étapes :
• Préparation des PCB
Tout d’abord, nettoyez soigneusement les pastilles de soudure sur le circuit imprimé, puis appliquez une couche de flux pour garantir que la soudure ultérieure puisse adhérer fermement.
• Impression au pochoir
Appliquez de la pâte à braser sur les pastilles du circuit imprimé à l'aide d'un pochoir CMS. Cette pâte à braser facilite la soudure, comme de la colle.
• Placement BGA
Placez avec précision la puce BGA sur la pâte à souder à l'aide d'une machine de placement, en alignant chaque bille de soudure avec les pastilles du circuit imprimé. Le positionnement doit être très précis.
• Soudure par refusion
Placez le circuit imprimé avec la puce BGA fixée au four de refusion. Il sera chauffé à une température donnée, permettant à la pâte à braser et aux billes de soudure de fondre ensemble et de souder solidement la puce sur la carte.
• Refroidissement
Après la soudure, il faut la refroidir lentement pour durcir et fixer les points de soudure, afin d'éviter les problèmes causés par les changements de température.
L'ensemble du processus est non seulement très efficace, mais garantit également que la qualité de soudure de chaque carte est très stable, ce qui la rend adaptée à la production de masse.
Problèmes courants de soudure BGA
Malgré ses nombreux avantages, la soudure BGA fait encore face à certains défis techniques :
• Vides : Des bulles d'air ou des espaces à l'intérieur des joints de soudure peuvent affaiblir la connexion.
• Joints froids : La soudure ne fond pas complètement ou ne se lie pas correctement, ce qui rend le joint peu fiable.
• Pontage: Les billes de soudure se connectent accidentellement les unes aux autres, provoquant des courts-circuits.
• Circuits ouverts : Certaines billes de soudure ne se connectent pas au PCB, ce qui entraîne un contact électrique médiocre ou manquant.
• Déformation du PCB : Des températures élevées pendant la soudure peuvent provoquer la flexion du circuit imprimé, ce qui entraîne de mauvaises connexions.
Étant donné que les joints de soudure sont cachés sous les composants BGA, ces défauts peuvent être difficiles à détecter et à corriger sans outils d'inspection appropriés.
Inspection et test des joints de soudure BGA
Étant donné que les joints de soudure BGA sont cachés sous la puce, des méthodes d'inspection spécialisées sont nécessaires :
• Imagerie à rayons X : Révèle l'alignement et les défauts des billes de soudure.
• Inspection optique automatisée (AOI) : Vérifie les problèmes au niveau de la surface.
• Essais électriques : Valide la connectivité dans les packages BGA.
Ces méthodes garantissent la qualité de l’ensemble de l’assemblage BGA.
Techniques de retouche et de réparation BGA
Lorsqu'une puce BGA présente des problèmes, il n'est généralement pas nécessaire de mettre au rebut l'intégralité du circuit imprimé. Il est souvent possible de la réparer par une remise en état. Cependant, les soudures d'une puce BGA étant cachées sous la puce, la réparation est plus complexe et nécessite des outils et des compétences professionnelles. Voici les étapes courantes de la remise en état d'une puce BGA :
• Retrait de la puce défectueuse (dessoudage)
Utilisez un pistolet à air chaud ou une station de reprise pour retirer soigneusement la puce BGA problématique de la carte.
• Nettoyage des tampons
Nettoyez les restes de soudure et de saleté des pastilles sous la puce pour préparer l'étape suivante.
• Rebillage de la puce
Fixez de nouvelles billes de soudure sur la puce retirée afin qu'elle puisse être à nouveau soudée sur le PCB.
• Repositionnement et ressoudage
Remettez la puce re-billée dans sa position d'origine, alignez-la soigneusement et utilisez un chauffage contrôlé pour faire fondre les billes de soudure et reconnecter la puce.
Bien que ce processus soit un peu délicat et nécessite une manipulation précise, il est beaucoup plus rentable que de jeter la carte entière.
Conclusion
La maîtrise du soudage BGA est essentielle pour travailler avec des boîtiers BGA modernes. De la compréhension du BGA au dépannage des problèmes d'assemblage, des techniques appropriées garantissent une électronique fiable et de haute qualité.
Que vous assembliez ou répariez des composants BGA, la précision et les bons outils font toute la différence dans la soudure par grille à billes.
En optimisant votre processus de soudage BGA, vous pouvez exploiter tout le potentiel de la technologie de réseau de billes dans vos conceptions de circuits imprimés.
Si vous avez besoin de soudure BGA, contactez PCBasic.
