Les produits électroniques modernes sont de plus en plus petits, rapides et complexes. Des contrôleurs industriels aux dispositifs médicaux, en passant par les modules de communication et l'électronique grand public, de nombreux produits exigent désormais des circuits haute densité et une grande fiabilité des signaux. C'est l'une des raisons pour lesquelles… package de réseau de sphères est devenue largement utilisée dans la conception et la fabrication de circuits imprimés.
Contrairement aux composants à broches traditionnels, les boîtiers BGA utilisent des billes de soudure disposées sous le corps du composant. Cette structure permet de gagner de la place sur la carte, de prendre en charge davantage de connexions d'E/S et d'améliorer les performances électriques et thermiques. Cependant, elle présente également des inconvénients. Assemblage de circuit imprimé BGA Plus difficile que l'assemblage CMS standard car les joints de soudure sont cachés sous le boîtier et ne peuvent pas être inspectés visuellement.
Pour les ingénieurs, les acheteurs et les équipes matérielles, comprendre Assemblage BGA Il est important de bien comprendre le processus avant de démarrer un projet. Cet article explique les principales étapes, les règles de conception essentielles, les défauts courants, les méthodes d'inspection et comment choisir un fournisseur fiable. Fabricant d'assemblages de circuits imprimés BGA.
Qu'est-ce que l'assemblage de circuits imprimés BGA ?
Assemblage PCB BGA Le procédé de montage BGA consiste à fixer des composants sur un circuit imprimé à l'aide de la technologie de montage en surface et du soudage par refusion. BGA signifie « Ball Grid Array » (réseau de billes et de fils). Au lieu de broches ou de conducteurs sur le pourtour du boîtier, un composant BGA possède de nombreuses billes de soudure disposées en grille sur sa face inférieure.
Lors de l'assemblage, la pâte à braser est déposée sur les pastilles du circuit imprimé. Ensuite, Puce BGA Le composant est placé sur la carte par une machine de placement. Lors du passage de la carte dans le four de refusion, la pâte à braser et les billes de soudure fondent et assurent la liaison entre le composant et le circuit imprimé.
Structure du boîtier BGA
Une typique Emballage BGA La structure comprend la puce semi-conductrice, le substrat du boîtier, la structure de liaison ou d'interconnexion interne, le matériau d'encapsulation et les billes de soudure. Ces dernières sont placées sur la face inférieure du boîtier et servent de points de connexion électriques et mécaniques.
Cette structure permet Puces BGA Il permet de prendre en charge davantage de connexions dans un espace réduit. Il est couramment utilisé pour les processeurs, les puces mémoire, les FPGA, les contrôleurs et les circuits intégrés de communication.
connexion à bille de soudure BGA
Les billes de soudure constituent les principaux points de connexion entre le composant et le substrat. PCB BGALors du refusion, les billes de soudure fondent avec la pâte à braser sur les pastilles du circuit imprimé. Après refroidissement, elles se solidifient. soudure BGA les articulations.
Ces joints étant situés sous le corps du composant, ils ne sont pas visibles de l'extérieur. C'est pourquoi le contrôle des procédés et l'inspection par rayons X sont particulièrement importants dans la production de BGA.
Assemblage BGA vs. assemblage SMT standard
Les composants CMS standard tels que les résistances, les condensateurs, les boîtiers SOP et QFP présentent généralement des terminaisons visibles. L'inspection optique automatisée (AOI) et l'inspection visuelle permettent de contrôler directement de nombreuses soudures. En revanche, Composants BGA Elles comportent des joints de soudure dissimulés, une inspection visuelle normale ne suffit donc pas.
Cela rend Assemblage de circuit imprimé BGA Plus exigeante. Elle nécessite un contrôle plus strict de la conception du circuit imprimé, de l'impression de la pâte à braser, du placement des composants, du profil de refusion et de l'inspection post-refusion.
Le processus principal d'assemblage des circuits imprimés BGA
Le Assemblage PCB BGA Le processus ne se limite pas au placement d'un composant sur un circuit imprimé. Il comprend la revue de conception, la préparation des matériaux, l'application de la pâte à braser, le placement, le refusion, l'inspection, les tests et, parfois, la vérification des retouches.
Conception de circuits imprimés et revue DFM
Avant la production, le fabricant doit examiner les fichiers de conception du circuit imprimé. Un examen DFM (Design for Manufacturing) rigoureux vérifie le pas des BGA, la taille des pastilles, l'ouverture du masque de soudure, la structure des vias, le routage des sorties, l'espacement, la conception des pochoirs, les repères de positionnement et la conception thermique.
Pour un complexe PCB BGACette étape permet d'éviter de nombreux problèmes avant même le début de la production. Si les risques liés à la conception sont détectés en amont, il est plus facile et moins coûteux de les corriger.
Impression de pâte à souder
L'application de pâte à braser est l'une des étapes les plus importantes de Assemblage BGALe volume de pâte à braser doit être constant et précis. Un excès de pâte peut provoquer des ponts disjoints. Une quantité insuffisante peut entraîner des joints ouverts ou des soudures fragiles.
L'épaisseur du pochoir, la taille et la forme des ouvertures, ainsi que l'état de la pâte à braser, influent sur la qualité d'impression. Pour les BGA à pas fin, il est souvent recommandé de contrôler la hauteur, la surface, le volume et le décalage de la pâte à braser.
placement des composants BGA
Après l'application de la pâte à braser, la machine de placement place les composants. Composants BGA sur le circuit imprimé. La précision du placement est primordiale car même un léger décalage peut affecter la formation des joints de soudure.
Bien que les boîtiers BGA présentent un certain auto-alignement lors du refusion grâce à la tension superficielle de la soudure, la précision de placement reste essentielle. Une orientation correcte, un placement stable et une programmation machine appropriée sont toujours nécessaires.
contrôle du profil de refusion
Le brasage par refusion est l'étape clé de la formation des joints de soudure. Le profil de température doit correspondre à la pâte à braser, au matériau du circuit imprimé, aux exigences des composants et à la masse thermique de la carte.
Si la température est trop basse, les billes de soudure risquent de ne pas fondre complètement. Si elle est trop élevée, le composant risque d'être endommagé ou le boîtier de se déformer davantage. Un profil de refusion approprié comprend généralement un préchauffage, un maintien à température, une phase de refusion maximale et un refroidissement contrôlé.
Gestion post-refusion
Après refusion, la carte doit être manipulée avec précaution. Les contraintes mécaniques, les variations brusques de température ou une manipulation incorrecte peuvent endommager les soudures. Pour certains produits, un nettoyage, un vernis de protection ou une inspection supplémentaire peuvent être nécessaires.
À ce stade, l'inspection par rayons X et les tests électriques sont souvent utilisés pour confirmer la qualité des joints de soudure BGA cachés.
Considérations clés de conception pour l'assemblage de circuits imprimés BGA
De nombreux problèmes liés aux BGA ne sont pas uniquement dus à la chaîne d'assemblage. Ils peuvent provenir de la conception du circuit imprimé. Une bonne conception est la base d'une fiabilité optimale. Assemblage PCB BGA.
Conception du pas et des pastilles BGA
Le pas des BGA influe sur la difficulté de routage, la taille des pastilles, le dégagement du masque de soudure, la conception du pochoir et les tolérances de fabrication. Les BGA à pas fin exigent un contrôle de conception plus rigoureux et des capacités de fabrication plus avancées.
La conception des pastilles doit respecter la fiche technique du composant et les recommandations d'assemblage. Des pastilles de taille incorrecte peuvent entraîner une soudure insuffisante, des pontages ou une faible fiabilité des joints.
pastilles définies par le masque de soudure
Les pastilles délimitées par le masque de soudure utilisent l'ouverture de ce dernier pour définir leur zone. Cette conception peut assurer un meilleur ancrage de la pastille dans certains cas, mais elle peut également affecter la forme du joint de soudure.
Les pastilles SMD peuvent être utilisées pour certaines conceptions BGA, mais elles doivent être soigneusement sélectionnées en fonction du type de composant, du pas et des exigences de fiabilité.
Pastilles non définies par masque de soudure
Les pastilles non définies par masque de soudure (NSMD) sont fréquemment utilisées dans la conception des BGA. Dans cette structure, la pastille de cuivre délimite la zone soudable et l'ouverture du masque de soudure est plus grande que la pastille.
Les pastilles NSMD permettent d'obtenir des joints de soudure de meilleure qualité et plus fiables dans de nombreuses applications. Toutefois, le choix final doit dépendre des exigences de conception et des capacités du fabricant.
Conception Via-in-pad
La technique du via-dans-pastille est fréquemment utilisée dans les conceptions BGA ou HDI à pas fin. Elle permet aux signaux de s'échapper des zones BGA denses et contribue à gagner de la place sur le circuit imprimé.
Cependant, le via dans la pastille doit être correctement rempli et planarisé. Si le via n'est pas correctement rempli, la soudure risque de s'y infiltrer lors du refusion, entraînant un volume de soudure insuffisant et des joints ouverts.
routage en os de chien
Le routage en forme d'os de chien relie une pastille BGA à un via voisin par une piste courte. Cette méthode est courante pour les boîtiers BGA à grand pas.
Pour les tonalités très fines Circuit imprimé BGA Dans certaines conceptions, le dérivation en forme d'os de chien peut ne pas offrir suffisamment d'espace pour le routage. Dans ce cas, une conception avec via dans la pastille ou HDI peut s'avérer nécessaire.
Conception d'ouverture de pochoir
La conception du pochoir influe directement sur le volume de pâte à braser. Pour les pastilles BGA, la taille et la forme de l'ouverture doivent être optimisées pour assurer un dépôt stable de la pâte.
Une mauvaise conception du pochoir peut entraîner des ponts de soudure, une quantité insuffisante de soudure, des joints de soudure irréguliers ou des vides. Pour les produits à haute fiabilité, la conception du pochoir doit être revue conjointement avec celle des pastilles de circuit imprimé.
Défauts et causes courants d'assemblage BGA
Les joints de soudure des BGA étant invisibles, les défauts peuvent passer inaperçus lors d'un simple examen visuel. La connaissance des types de défauts courants permet aux ingénieurs de prévenir les problèmes dès la conception et la production.
Pontage de soudure
Un pont de soudure se produit lorsque deux joints de soudure adjacents sont reliés par un excès de soudure. Cela peut être dû à une quantité excessive de pâte à braser, à une conception de pochoir inadéquate, à un positionnement incorrect ou à des conditions de refusion inappropriées.
Pour les BGA à pas fin, même une petite erreur d'impression ou de placement peut provoquer un court-circuit.
Joints de soudure ouverts
Les joints de soudure ouverts se produisent lorsque la bille de soudure ne forme pas un contact complet avec la pastille du circuit imprimé. Les causes courantes incluent une quantité insuffisante de pâte à braser, une mauvaise finition de la pastille, une perte de soudure au niveau des vias, une contamination ou une déformation du boîtier.
Les joints ouverts peuvent provoquer une panne de circuit complète ou des problèmes électriques intermittents.
Mouillage insuffisant de la soudure
Un mouillage insuffisant signifie que la soudure n'adhère pas correctement à la pastille ou à la bille de soudure. Cela peut être dû à l'oxydation, à des pastilles contaminées, à une mauvaise réactivité de la pâte à braser, à des matériaux périmés ou à un profil de refusion inadapté.
Ce défaut peut réduire la résistance des joints de soudure et leur fiabilité à long terme.
Défauts de la tête dans l'oreiller
Le défaut « tête dans l'oreiller » est un défaut grave des puces BGA. Il se produit lorsque la bille de soudure et la pâte à braser semblent se toucher mais ne fusionnent pas complètement lors du refusion.
Ce défaut est souvent lié à une déformation du boîtier, à l'oxydation, à une mauvaise réactivité de la pâte thermique ou à un profil thermique incorrect. Il peut réussir certains tests électriques simples, mais présenter une défaillance ultérieure sous l'effet des vibrations, des cycles de température ou d'une utilisation prolongée.
Vides de soudure BGA
Les vides sont des espaces vides à l'intérieur des joints de soudure. Un certain nombre de vides peuvent être acceptables, mais un nombre excessif peut affecter le transfert thermique, la résistance mécanique et la fiabilité.
La formation de vides peut être liée à la pâte à braser, à la conception des pastilles, à la finition de surface, au profil de refusion et à la contamination.
page de couverture du colis
La déformation du boîtier se produit lorsque le boîtier BGA se courbe pendant le chauffage. Si la déformation est trop importante, certaines billes de soudure risquent de ne pas faire un contact correct avec les pastilles.
Cela peut entraîner des joints ouverts, des défauts de type « tête dans l'oreiller » ou des soudures fragiles. Le contrôle du profil de refusion et les conditions de stockage des composants sont essentiels pour réduire ce risque.
Désalignement des composants
Un mauvais alignement des composants peut survenir lors du placement ou du refusion. Bien que les boîtiers BGA puissent s'auto-aligner dans une certaine mesure, un décalage excessif peut tout de même provoquer des défauts de soudure.
Un positionnement précis, des repères appropriés et un support de circuit imprimé stable sont nécessaires pour maîtriser ce problème.
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Méthodes d'inspection et de test des BGA
L'inspection et les tests sont essentiels pour Assemblage PCB BGA car les joints de soudure BGA sont cachés sous le boîtier.
Inspection des joints de soudure cachés
La principale difficulté lors de l'inspection réside dans l'impossibilité d'observer directement les joints BGA. L'inspection visuelle permet uniquement de vérifier le contour du composant, son positionnement et la zone environnante, sans pouvoir confirmer la qualité des joints de soudure internes.
C’est pourquoi la production de BGA nécessite des méthodes d’inspection supplémentaires.
Inspection aux rayons X
L'inspection par rayons X est l'une des méthodes les plus importantes pour le contrôle qualité des BGA. Elle permet de vérifier les joints de soudure cachés sous le boîtier et de détecter les pontages, les circuits ouverts, les vides, les défauts d'alignement, les billes manquantes et autres défauts.
Pour les produits à haute densité ou à haute fiabilité, l'inspection par rayons X n'est pas une simple option. C'est un élément clé de l'assurance qualité.
Inspection AOI
L'inspection AOI reste utile pour l'assemblage BGA, mais elle présente des limites. Elle permet d'inspecter l'impression de la pâte à braser, la présence des composants, leur polarité, leur position et les joints de soudure visibles autour d'autres composants.
Cependant, l'inspection optique automatisée (AOI) ne permet pas d'inspecter complètement les joints de soudure BGA cachés. Elle doit être utilisée conjointement avec une inspection aux rayons X et des tests électriques.
Essais ICT et par sonde volante
Les tests par ICT et par sonde volante permettent de vérifier les connexions électriques et de détecter les circuits ouverts ou les courts-circuits. Les tests par sonde volante sont souvent adaptés aux prototypes et aux petites séries car ils ne nécessitent pas de dispositif spécifique.
L'ICT est plus adaptée aux conceptions stables et aux grandes séries. Cependant, les tests électriques ne permettent pas d'observer la forme physique des joints de soudure et ne peuvent donc pas remplacer entièrement le contrôle par rayons X.
Test fonctionel
Les tests fonctionnels vérifient le bon fonctionnement de la carte assemblée dans des conditions réelles ou simulées. Ils permettent de contrôler l'alimentation, la communication, la sortie de signaux, le fonctionnement du firmware et les fonctionnalités du produit.
Pour les complexes circuit imprimé BGA Les tests fonctionnels permettent de confirmer les performances du produit final.
Vérification des retouches
Si un composant BGA nécessite une réparation, une vérification est indispensable après cette réparation. La carte doit être inspectée à nouveau par rayons X et testée électriquement et fonctionnellement.
La reprise des composants BGA exige un chauffage contrôlé, un alignement précis, un état correct des billes de soudure et une maîtrise rigoureuse du processus. Une reprise mal effectuée peut endommager le circuit imprimé ou réduire sa fiabilité à long terme.
Comment choisir un fabricant d'assemblages de circuits imprimés BGA ?
Choisir le bon Fabricant d'assemblages de circuits imprimés BGA devrait prendre en compte les aspects suivants :
expérience d'assemblage BGA
Un fabricant doit posséder une expérience concrète des différents types de boîtiers BGA, des pas de connexion, des dimensions de cartes et des applications produits. Cette expérience permet à l'équipe d'identifier les risques en amont et de maîtriser les défauts de production.
Pour les entreprises qui s'approvisionnent en Asie, de nombreux acheteurs comparent Assemblage de circuits imprimés BGA en Chine La Chine offre de nombreuses options grâce à sa solide chaîne d'approvisionnement en circuits imprimés et assemblages de cartes électroniques. Cependant, le prix ne doit pas être le seul critère. Les capacités, la communication, le contrôle qualité et la traçabilité sont essentiels pour une fiabilité à long terme.
Support DFM et ingénierie
Un bon fabricant devrait fournir un retour d'information sur la fabrication (DFM) avant la production. Il devrait être en mesure d'examiner la conception des pastilles BGA, la structure des vias dans les pastilles, la conception des pochoirs, l'espacement, les repères de positionnement et les risques de refusion.
Pour le développement de nouveaux produits, le soutien technique peut réduire les essais et les erreurs et aider à éviter les problèmes d'assemblage cachés.
contrôle du processus de refusion
Le contrôle du profil de refusion est essentiel pour soudure BGA Qualité des joints. Le fabricant doit maîtriser le profilage thermique, les exigences en matière de pâte à braser, la sensibilité du boîtier et l'équilibre thermique de la carte.
Un processus stable contribue à réduire les défauts tels que les ouvertures, les vides, les têtes enfoncées dans l'oreiller et les défaillances liées au gauchissement.
capacité d'inspection par rayons X
Un fabricant fiable doit disposer d'un système d'inspection par rayons X pour ses produits BGA. Sans rayons X, la qualité des joints de soudure invisibles ne peut être correctement vérifiée.
Lors de l'évaluation d'un Fournisseur chinois d'assemblage de circuits imprimés BGALes acheteurs doivent se renseigner sur la disponibilité d'un contrôle par rayons X, sur les défauts détectables et sur la possibilité de fournir un rapport d'inspection.
Capacité de retouche BGA
La réparation des BGA est plus complexe que le remplacement des composants CMS standard. Elle nécessite des stations de réparation professionnelles, un contrôle précis de la température, un alignement exact et des opérateurs qualifiés.
Un fabricant disposant de capacités de retouche BGA peut mieux prendre en charge les prototypes, les modifications d'ingénierie, les besoins de réparation et la production en petites séries.
traçabilité de la qualité
La traçabilité permet d'identifier les matériaux, les lots de production, les enregistrements de processus, les résultats d'inspection et les données d'essais. Elle est essentielle pour les produits à haute fiabilité.
Un système qualité performant peut contribuer à réduire les risques et à accélérer l'analyse des problèmes en cas de défaillance.
Prise en charge de l'assemblage BGA de PCBasic
PCBasic, fabricant de cartes PCBA offrant une solution complète, prend en charge la fabrication de circuits imprimés, l'approvisionnement en composants, l'assemblage SMT, l'assemblage BGA, l'inspection, les tests et la livraison finale. Pour les projets impliquant Assemblage de circuit imprimé BGAPCBasic peut assurer la revue technique, le contrôle des processus, l'assistance à l'inspection par rayons X et la traçabilité de la qualité grâce à sa propre solution. MES. Allons-y devis pour l'assemblage BGA sur PCBasic.com.
Conclusion
Assemblage PCB BGA Les boîtiers BGA jouent un rôle essentiel dans la fabrication électronique moderne. Ils permettent un gain de place, une meilleure densité d'intégration, des performances électriques accrues et une gestion thermique optimisée. Cependant, leur assemblage exige un contrôle de conception rigoureux, un dépôt précis de la pâte à braser, un positionnement exact, un brasage par refusion stable et des inspections minutieuses.
Les joints de soudure des BGA étant dissimulés sous le boîtier, le contrôle qualité repose sur l'inspection par rayons X, les tests électriques et les tests fonctionnels. De nombreux défauts des BGA peuvent être évités grâce à un examen minutieux de la conception et du processus de fabrication avant la production.
Lorsque vous choisissez un Fabricant d'assemblages de circuits imprimés BGALes acheteurs ne doivent pas se focaliser uniquement sur le prix. Un partenaire compétent doit posséder une expérience en assemblage BGA, une expertise en conception pour la fabrication (DFM), une maîtrise du processus de refusion, des capacités d'inspection par rayons X et de retouche, ainsi qu'une traçabilité. Pour les entreprises comparant… Assemblage de circuits imprimés BGA en Chine Les services, et notamment la collaboration avec un fournisseur compétent et communicatif, peuvent contribuer à réduire les risques et à améliorer la fiabilité des produits.
QFP
Qu'est-ce que l'assemblage PCB BGA ?
Assemblage PCB BGA Le procédé de montage de composants BGA sur un circuit imprimé (PCB) utilise de la pâte à braser, des équipements de placement et le brasage par refusion. Les billes de soudure situées sous le boîtier BGA assurent la connexion électrique et mécanique avec les pastilles du circuit imprimé.
Pourquoi l'assemblage BGA est-il plus difficile que l'assemblage SMT standard ?
Assemblage BGA La tâche est plus complexe car les joints de soudure sont dissimulés sous le boîtier. Cela exige une meilleure conception du circuit imprimé, un dépôt précis de la pâte à braser, un refusion contrôlé, une inspection aux rayons X et des tests fiables.
Les joints de soudure BGA peuvent-ils être inspectés visuellement ?
Non. Les joints de soudure BGA étant situés sous le boîtier du composant, ils ne peuvent être inspectés visuellement. Un contrôle par rayons X est généralement nécessaire pour vérifier la qualité des joints de soudure invisibles.
Pourquoi l'inspection par rayons X est-elle importante pour l'assemblage des circuits imprimés BGA ?
L'inspection aux rayons X permet de détecter des défauts cachés tels que des ponts de soudure, des joints ouverts, des vides, des billes manquantes, un mauvais alignement et d'autres problèmes sous le boîtier BGA.
Quels sont les défauts d'assemblage BGA courants ?
Les défauts courants comprennent les ponts de soudure, les joints de soudure ouverts, un mouillage insuffisant de la soudure, les défauts de type « tête dans l'oreiller », les vides, la déformation du boîtier et le mauvais alignement des composants.
Quels fichiers de conception sont nécessaires pour l'assemblage de circuits imprimés BGA ?
Les fichiers de conception courants comprennent les fichiers Gerber, la nomenclature, le fichier de placement, le dessin d'assemblage, les informations d'empilement du circuit imprimé et les exigences spéciales de fabrication ou de test.
Comment choisir un fabricant fiable d'assemblages de circuits imprimés BGA ?
Choisissez un fabricant possédant une expérience en assemblage BGA, une assistance DFM, un contrôle du processus de refusion, une capacité d'inspection par rayons X, une capacité de retouche BGA, des tests électriques, des tests fonctionnels et une traçabilité de la qualité.
