Les progrès technologiques constants ont orienté l'électronique vers des produits légers et compacts. Pour répondre à ces besoins, la technologie CMS a été introduite. De plus, la demande croissante pour ces produits nécessite le développement de technologies haute densité permettant un assemblage rapide. Cette évolution a conduit au développement des matrices à billes. .
À première vue, la soudure BGA peut paraître complexe, car les billes de soudure sont intercalées entre le circuit imprimé et le corps du BGA. Pourtant, l'assemblage de circuits imprimés avec BGA s'est avéré efficace. Les avantages de l'utilisation de BGA sont considérables en termes de performances et de fiabilité.
Cet article couvre les principales techniques de soudage BGA, l'équipement, les processus et les meilleures pratiques pour l'assemblage, l'inspection et la retouche des circuits imprimés à l'aide de composants BGA.
Qu'est-ce que la soudure BGA ?
Le BGA est un boîtier très différent des boîtiers à broches, comme le quad flat pack. Les broches des boîtiers BGA sont disposées en grille, d'où leur nom. L'ajout de pastilles de soudure remplace les broches filaires traditionnelles pour les connexions. Sur le circuit imprimé, sur lequel les composants BGA sont montés, un jeu de pastilles de cuivre assorties assure la connectivité requise.
Avantage du BGA
Les boîtiers BGA offrent de nombreux avantages par rapport à leurs concurrents, les boîtiers plats quadruples. De ce fait, ils sont de plus en plus utilisés pour la fabrication de circuits électroniques. En voici quelques-uns :
· La soudure BGA est robuste : D'autres boîtiers ont des broches très fines, qui s'abîment facilement, même avec la plus grande précaution. Il est quasiment impossible de les réparer une fois pliées. En revanche, les BGA ne souffrent pas de ce problème, car les connexions sont assurées par des pastilles recouvertes de billes de soudure BGA, très difficiles à endommager.
· Performances à grande vitesse : Dans les boîtiers BGA, les conducteurs sont situés sous le support de la puce. Cela signifie que les broches de la puce sont plus courtes. Les niveaux d'inductance des broches indésirables sont donc faibles. Les composants BGA offrent ainsi des performances supérieures à celles de leurs concurrents.
· Conception de PCB améliorée : La densité des pistes autour de nombreux boîtiers devient très élevée en raison de la proximité des broches. Un BGA répartit les contacts sur toute la surface du boîtier, ce qui peut réduire le problème.
· Faible résistance thermique : Les BGA offrent une résistance thermique plus faible entre les puces de silicium. Cela permet d'évacuer la chaleur générée par le circuit intégré à l'intérieur du boîtier vers le PCB plus rapidement et plus efficacement.
Applications du BGA
Le soudage par matrice de billes est utilisé dans de nombreux secteurs, notamment l'aérospatiale, la réparation informatique et la fabrication électronique. Il permet également d'améliorer les performances des circuits à haute vitesse. Parmi ses autres applications :
· Réparation d'appareils électroniques : Il est utilisé pour réparer des appareils tels que des ordinateurs portables, des smartphones, des consoles de jeux et des tablettes.
· Gestion de la chaleur: La soudure BGA peut améliorer la gestion thermique des appareils électroniques.
· Interférence électromagnétique réduite : Il peut réduire les interférences électromagnétiques dans les appareils fonctionnant à des fréquences plus élevées.
Boîtiers BGA
Les boîtiers BGA sont un type d'assemblage CMS utilisé pour les circuits intégrés. Ils offrent de nombreux avantages par rapport aux composants traversants traditionnels, comme la fiabilité et la possibilité de suivre la densité et la dissipation thermique.
Types de paquet BGA
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Type
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Description
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Applications
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PoP (Package-on-Package)
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Ce type empile plusieurs boîtiers de circuits intégrés verticalement, permettant une conception compacte avec une fonctionnalité élevée.
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Il est utilisé dans les smartphones et les tablettes pour combiner les processeurs.
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CSP (Chip-Scale Package)
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C'est un plus petit Soudage de puce BGA un boîtier qui correspond étroitement à la taille de la puce qu'il abrite.
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C'est courant dans les appareils miniatures comme les gadgets portables et les appareils portables.
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TBGA (BGA en bande)
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Il utilise un substrat en bande au lieu d'un PCB pour un emballage plus léger et plus fin.
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On le trouve généralement dans les appareils électroniques grand public portables et légers.
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PBGA (BGA en plastique)
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Il est développé avec un substrat en plastique pour une production de masse rentable.
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Il est largement utilisé dans l’électronique grand public comme les consoles de jeux et les ordinateurs portables.
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CBGA (BGA en céramique)
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Il est souvent construit avec un substrat en céramique pour offrir des propriétés thermiques et mécaniques de premier ordre.
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Il est idéal pour les applications aérospatiales, automobiles et militaires.
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FBGA (BGA à pas fin)
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Il dispose d'un pas de bille de soudure plus petit pour une densité de connexion plus élevée.
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Il est largement préféré dans les circuits imprimés haute densité utilisés dans les équipements de calcul et de réseau hautes performances.
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EBGA (BGA amélioré)
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Ce type est conçu avec des fonctionnalités de gestion thermique améliorées telles que des vias thermiques ou des dissipateurs de chaleur.
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Il convient aux applications haute puissance telles que les équipements industriels et les serveurs.
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Comment le BGA est-il soudé à un PCB - Processus de soudage BGA ?
Le procédé de soudure BGA est essentiel dans la fabrication électronique moderne, car il garantit des connexions fiables entre le boîtier BGA et le circuit imprimé. Cependant, pour une exécution soignée, il est essentiel de respecter les bonnes pratiques afin d'obtenir des résultats de haute qualité. Nous explorons ci-dessous les étapes et techniques essentielles de ce procédé.
Techniques de soudage BGA
Le soudage BGA utilise principalement deux techniques : le soudage par refusion et le soudage manuel. La première consiste à utiliser un four de refusion pour chauffer la pâte à braser, ce qui la fait fondre et forme des connexions électriques et mécaniques robustes. La seconde, utilisée pour les réparations et les prototypes, nécessite des outils spécialisés, comme des stations à air chaud, et des opérateurs qualifiés pour obtenir les meilleurs résultats possibles.
Comme je l'ai mentionné précédemment, la sélection d'une technique de soudure BGA Cela dépend de l'application, de l'échelle de production et de la complexité de la conception du PCB.
Motifs de plots PCB BGA
Une conception appropriée du motif de terrain sur le PCB est essentielle pour une soudure BGA efficace. Les motifs des pastilles doivent correspondre au pas et au diamètre des billes du BGA. Ces motifs sont dotés de pastilles non définies par masque de soudure (NSMD) pour une meilleure fiabilité des soudures. De plus, ces motifs incluent des conceptions via-in-pad pour les cartes haute densité. Enfin, le respect des normes IPC vous permettra d'obtenir des résultats constants et de réduire les défauts de soudure.
Impression de pâte à souder BGA
L'étape la plus critique consiste à appliquer la pâte à braser avec précision sur le circuit imprimé. Voici quelques points à prendre en compte :
· Conception du pochoir : Vous devez utiliser un pochoir avec des tailles d'ouverture appropriées qui correspondent au motif du terrain.
· Consistance de la pâte : Vous devez également vous assurer que la pâte à souder a une viscosité uniforme pour éviter les vides et les espaces.
· Alignement: Vous devez veiller à obtenir un alignement précis entre le pochoir et le PCB pour éviter les erreurs d'impression.
Placement des composants
Le positionnement correct des composants du boîtier BGA sur le circuit imprimé nécessite un alignement précis des billes de soudure avec les pastilles correspondantes. Heureusement, des machines de placement automatisées sont généralement utilisées pour cette étape. Ces machines garantissent un positionnement précis, une manipulation délicate pour éviter d'endommager le boîtier BGA et une vérification de l'alignement par des systèmes d'inspection optique.
Processus de soudage par refusion
Le brasage par refusion Ce procédé est généralement utilisé pour solidifier les soudures et établir la connectivité électrique. Il implique :
1. Préchauffage: Cette étape augmente progressivement la température et, par conséquent, minimise le choc thermique.
2. Trempage: Il stabilise la température du PCB et active le flux pour nettoyer les surfaces.
3. Zone de refusion : Cette étape vise à chauffer la pâte à braser au-dessus de son point de fusion. Elle lui permettra ainsi de couler et de former des joints.
4. Climatisation Comme le montre le nom de cette étape, elle solidifie la soudure et empêche le stress thermique sur l'assemblage.
Il est donc essentiel de connaître précisément le profil de température de soudure afin d'éviter les défauts et les erreurs tels que les pontages, les effets de basculement ou les vides. En suivant les étapes mentionnées ci-dessus, les fabricants peuvent garantir des connexions robustes et des assemblages hautes performances, notamment pour les applications exigeantes. btous gdébarrasser acomposants du réseau.
Inspection des joints de soudure BGA
L'inspection BGA est un domaine du processus d'assemblage de circuits imprimés qui a suscité un intérêt considérable lorsque les BGA ont été introduits pour la première fois.
Techniques d'inspection
L'inspection des BGA ne peut être réalisée de manière classique avec de simples techniques optiques. Car, bien évidemment, Les soudures se trouvent sous les composants BGA et ne sont pas visibles. Lors de son introduction, cette technologie a suscité un certain malaise. De nombreux fabricants ont alors réalisé des tests pour s'assurer de la qualité de la soudure des composants BGA.
De plus, la qualité des soudures BGA nécessite des techniques d'inspection spécialisées telles que l'inspection visuelle, l'inspection par rayons X, la coupe transversale et la microscopie acoustique. Ces techniques d'inspection permettent d'identifier proactivement tout problème de soudure BGA latent avant la sortie de production.
Inspection aux rayons X pour BGA
Les soudures ne peuvent pas être entièrement testées par la simple vérification des performances électriques. Bien que ce test révèle la conductivité à ce stade, il ne donne pas une image précise de la réussite du processus. Pour cela, le seul test est une inspection des soudures BGA par rayons X.
L'inspection par rayons X permet d'observer la soudure située en dessous à travers l'appareil. L'inspection automatisée par rayons X est ainsi devenue une technologie incontournable pour le contrôle des circuits imprimés intégrant des BGA. Heureusement, une fois le profil thermique de la machine à souder BGA correctement réglé, les composants BGA se soudent très bien et le processus de soudure BGA présente peu de problèmes.
Dépannage des joints BGA défectueux
Il est essentiel de trouver et de traiter la cause profonde avant de tenter de retravailler un BGA. Les causes potentielles de soudures BGA défectueuses sont les suivantes :
· Fissures dues aux contraintes thermiques
· Défauts ou dommages de la bille de soudure
· Désalignement entre les balles et les terrains
· Absorption d'humidité sous l'emballage
· Contamination empêchant le mouillage
· Hauteur ou volume de pâte à souder insuffisant
Reprise et réparation BGA
Comme prévu, il n’est pas facile de retravailler les assemblages BGA à moins que l’équipement approprié ne soit disponible.
Présentation de la refonte BGA
Les étapes d'un processus typique de retravail d'un composant BGA sont les suivantes :
1) Préparation : Tout d'abord, examinez le processus d'assemblage initial pour identifier les facteurs potentiels. Assurez-vous également que les outils et composants de remplacement sont prêts.
2) Enlèvement: À cette étape, nettoyez soigneusement les pastilles, sans laisser de résidus. Appliquez ensuite du flux pour préparer les nouvelles billes. Remettez ensuite les pastilles et le motif de la carte PCB en place.
3) Rebillage : Tout d’abord, utilisez un pochoir pour appliquer de nouvelles billes de soudure sur le boîtier BGA, puis refusionnez les billes pour les fixer aux bornes du boîtier.
4) Remplacement: Maintenant, vous devez utiliser de l'adhésif pour fixer temporairement le composant, réaligner soigneusement le nouveau BGA sur place et refondre pour former des connexions.
5) inspection: À la fin, l'alignement et les connexions des billes doivent être vérifiés, et tout dommage collatéral aux plaquettes ou à la carte doit être évalué.
Équipement de reprise
L'équipement typique de retouche BGA comprend :
· Le préchauffeur chauffe progressivement la carte pour éviter les chocs thermiques.
· La buse à air chaud dirige le flux d'air chauffé pour un chauffage localisé.
· Le microscope fournit un grossissement élevé pour inspecter l'alignement et les joints.
· Support de PCB fixer la carte sous le composant pour éviter l'échauffement.
· Boucle fermée contrôle de la température des buses fait également partie des équipements retravaillés.
· Four de reprise à convection est destiné aux petites cartes nécessitant un profil thermique de four complet.
· La boîte à outils BGA fournit des guides d'alignement, des flux, des billes, des pochoirs et des adhésifs.
Ces outils de reprise spécialisés aident à retirer et à remplacer correctement les BGA avec un minimum de dommages collatéraux.
Processus de reprise
Si un composant BGA est suspecté d'être défectueux, il est possible de le retirer. Pour ce faire, il suffit de chauffer localement le composant BGA pour faire fondre la soudure située en dessous. Lors de la retouche du BGA, Le chauffage est souvent réalisé dans un poste de reprise spécialisé. Ce poste comprend un gabarit équipé d'un chauffage infrarouge, un dispositif à vide pour soulever l'emballage et un thermocouple pour surveiller la température.
Il est important de veiller à ne chauffer et à retirer que le BGA. Les autres composants à proximité doivent être le moins possible touchés, sous peine de les endommager.
Conclusion
Pour résumer, la technologie BGA en général et la soudure BGA Les procédés de fabrication additive, en particulier, ont fait leurs preuves depuis leur introduction. Ils constituent désormais un élément important du processus d'assemblage de circuits imprimés (PCB) utilisé dans la plupart des entreprises, pour l'assemblage de prototypes et la production en série.
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