Produk elektronik modern semakin kecil, cepat, dan kompleks. Mulai dari pengontrol industri dan perangkat medis hingga modul komunikasi dan elektronik konsumen, banyak produk kini membutuhkan tata letak sirkuit dengan kepadatan tinggi dan kinerja sinyal yang andal. Inilah salah satu alasan mengapa... paket susunan kisi bola telah banyak digunakan dalam desain dan pembuatan PCB.
Berbeda dengan komponen bertimbal tradisional, kemasan BGA menggunakan bola solder yang disusun di bawah badan komponen. Struktur ini menghemat ruang papan, mendukung lebih banyak koneksi I/O, dan meningkatkan kinerja listrik dan termal. Namun, hal ini juga menyebabkan Perakitan PCB BGA lebih sulit daripada perakitan SMT standar karena sambungan solder tersembunyi di bawah kemasan dan tidak dapat diperiksa secara visual.
Bagi para insinyur, pembeli, dan tim perangkat keras, pemahaman perakitan BGA Hal ini penting sebelum memulai sebuah proyek. Artikel ini menjelaskan proses utama, aturan desain kunci, cacat umum, metode inspeksi, dan cara memilih pemasok yang andal. Produsen perakitan PCB BGA.
Apa itu perakitan PCB BGA?
Majelis PCB BGA Proses pemasangan komponen BGA ke papan sirkuit tercetak menggunakan teknologi pemasangan permukaan dan penyolderan reflow disebut surface mount. BGA merupakan singkatan dari Ball Grid Array. Alih-alih memiliki pin atau kaki di sekeliling tepi kemasan, komponen BGA memiliki banyak bola solder yang disusun dalam pola kisi di sisi bawahnya.
Selama proses perakitan, pasta solder dicetak ke bantalan PCB. Kemudian chip BGA atau kemasan ditempatkan di atas papan oleh mesin pick-and-place. Ketika papan melewati oven reflow, pasta solder dan bola solder meleleh dan membentuk sambungan antara kemasan dan PCB.
Struktur paket BGA
tipikal Kemasan BGA Struktur kemasan mencakup die semikonduktor, substrat kemasan, struktur pengikatan internal atau interkoneksi, bahan enkapsulasi, dan bola solder. Bola solder ditempatkan di sisi bawah kemasan dan berfungsi sebagai titik koneksi listrik dan mekanis.
Struktur ini memungkinkan Chip BGA untuk mendukung lebih banyak koneksi dalam area yang lebih kecil. Ini umumnya digunakan untuk prosesor, chip memori, FPGA, pengontrol, dan IC komunikasi.
Koneksi bola solder BGA
Bola-bola solder adalah titik penghubung utama antara komponen dan Papan Sirkuit Terpadu BGASaat dipanaskan selama proses reflow, bola-bola solder meleleh bersama dengan pasta solder pada bantalan PCB. Setelah mendingin, mereka membentuk padatan. Solder BGA sendi.
Karena sambungan-sambungan ini berada di bawah badan komponen, sambungan tersebut tidak terlihat dari luar. Inilah mengapa pengendalian proses dan inspeksi sinar-X sangat penting dalam produksi BGA.
Perakitan BGA vs. perakitan SMT standar
Komponen SMT standar seperti resistor, kapasitor, SOP, dan QFP biasanya memiliki terminasi yang terlihat. AOI dan inspeksi visual dapat memeriksa banyak sambungan solder secara langsung. Sebaliknya, Komponen BGA memiliki sambungan solder tersembunyi, sehingga pemeriksaan visual biasa tidak cukup.
Hal ini membuat Perakitan PCB BGA lebih menuntut. Ini memerlukan kontrol yang lebih ketat terhadap desain PCB, pencetakan pasta solder, penempatan komponen, profil reflow, dan inspeksi pasca-reflow.
Proses Perakitan PCB BGA Utama
The Majelis PCB BGA Proses ini bukan hanya tentang menempatkan komponen pada PCB. Proses ini mencakup tinjauan desain, persiapan material, pencetakan pasta solder, penempatan, reflow, inspeksi, pengujian, dan terkadang verifikasi pengerjaan ulang.
Desain PCB dan tinjauan DFM
Sebelum produksi, pabrikan harus meninjau file desain PCB. Tinjauan DFM yang baik memeriksa jarak antar BGA, ukuran pad, bukaan solder mask, struktur via, perutean fanout, jarak antar komponen, desain stensil, tanda fiducial, dan desain termal.
Untuk yang kompleks Papan Sirkuit Terpadu BGALangkah ini dapat mencegah banyak masalah sebelum proses manufaktur dimulai. Jika risiko desain ditemukan sejak dini, maka akan lebih mudah dan murah untuk memperbaikinya.
Pencetakan pasta solder
Pencetakan pasta solder adalah salah satu langkah terpenting dalam Perakitan BGAVolume pasta solder harus konsisten dan akurat. Terlalu banyak pasta solder dapat menyebabkan jembatan solder. Terlalu sedikit pasta solder dapat menyebabkan sambungan terbuka atau koneksi solder yang lemah.
Ketebalan stensil, ukuran lubang, bentuk lubang, dan kondisi pasta solder semuanya memengaruhi kualitas pencetakan. Untuk BGA dengan jarak antar lubang yang rapat, pemeriksaan pasta solder sering direkomendasikan untuk memeriksa tinggi, luas, volume, dan offset pasta.
Penempatan komponen BGA
Setelah pencetakan pasta solder, mesin pick-and-place menempatkan Komponen BGA ke PCB. Akurasi penempatan sangat penting karena bahkan sedikit pergeseran dapat memengaruhi pembentukan sambungan solder.
Meskipun paket BGA memiliki beberapa penyesuaian otomatis selama proses reflow karena tegangan permukaan solder, ini bukan berarti akurasi penempatan dapat diabaikan. Orientasi yang benar, penempatan yang stabil, dan pemrograman mesin yang tepat tetap diperlukan.
Kontrol profil reflow
Penyolderan reflow adalah langkah kunci di mana sambungan solder dibentuk. Profil suhu harus sesuai dengan pasta solder, material PCB, persyaratan komponen, dan massa termal papan.
Jika suhu terlalu rendah, bola-bola solder mungkin tidak sepenuhnya meleleh. Jika suhu terlalu tinggi, komponen dapat rusak atau terjadi peningkatan distorsi pada kemasan. Profil reflow yang tepat biasanya mencakup pemanasan awal, perendaman, puncak reflow, dan pendinginan terkontrol.
Penanganan pasca-reflow
Setelah proses reflow, papan sirkuit harus ditangani dengan hati-hati. Tekanan mekanis, perubahan suhu yang tiba-tiba, atau penanganan yang tidak tepat dapat merusak sambungan solder. Untuk beberapa produk, pembersihan, pelapisan konformal, atau pemeriksaan tambahan mungkin diperlukan.
Pada tahap ini, inspeksi sinar-X dan pengujian listrik sering digunakan untuk memastikan kualitas sambungan solder BGA yang tersembunyi.
Pertimbangan Desain Utama untuk Perakitan PCB BGA
Banyak masalah BGA tidak hanya disebabkan oleh jalur perakitan. Masalah tersebut mungkin bermula dari tahap desain PCB. Desain yang baik adalah dasar dari keandalan. Majelis PCB BGA.
Desain pitch dan pad BGA
Jarak antar pin BGA memengaruhi kesulitan perutean, ukuran pad, jarak bebas solder mask, desain stensil, dan toleransi manufaktur. BGA dengan jarak antar pin yang rapat membutuhkan kontrol desain yang lebih ketat dan kemampuan fabrikasi yang lebih canggih.
Desain bantalan harus mengikuti lembar data komponen dan rekomendasi perakitan. Ukuran bantalan yang salah dapat menyebabkan kurangnya penyolderan, jembatan solder, atau keandalan sambungan yang buruk.
bantalan yang ditentukan oleh lapisan pelindung solder
Pad yang ditentukan oleh solder mask menggunakan bukaan solder mask untuk menentukan area pad. Desain ini dapat memberikan penambatan pad yang lebih baik dalam beberapa kasus, tetapi juga dapat memengaruhi bentuk sambungan solder.
Pad SMD dapat digunakan untuk desain BGA tertentu, tetapi pemilihannya harus dilakukan dengan cermat berdasarkan jenis komponen, jarak antar pin, dan persyaratan keandalan.
Bantalan yang tidak ditentukan oleh lapisan pelindung solder
Pad yang tidak ditentukan oleh lapisan pelindung solder, atau pad NSMD, sering digunakan dalam desain BGA. Dalam struktur ini, pad tembaga menentukan area yang dapat disolder, dan bukaan lapisan pelindung solder lebih besar daripada pad tersebut.
Pad NSMD dapat membantu menciptakan bentuk dan keandalan sambungan solder yang lebih baik dalam banyak aplikasi. Namun, pilihan akhir harus bergantung pada persyaratan desain dan kemampuan pabrikan.
Desain via-in-pad
Via-in-pad sering digunakan dalam desain BGA atau HDI dengan jarak antar pin yang rapat. Fitur ini memungkinkan sinyal keluar dari area BGA yang padat dan membantu menghemat ruang PCB.
Namun, via-in-pad harus diisi dan diratakan dengan benar. Jika via tidak diisi dengan benar, timah solder dapat mengalir ke dalam via selama proses reflow, menyebabkan volume timah solder tidak mencukupi dan sambungan terbuka.
Perutean percabangan berbentuk tulang anjing
Perutean fanout berbentuk tulang anjing menghubungkan bantalan BGA ke via terdekat melalui jalur pendek. Metode ini umum digunakan untuk paket BGA dengan jarak antar pin yang lebih besar.
Untuk jarak antar nada yang sangat rapat PCB BGA Pada desain tersebut, fanout dog-bone mungkin tidak menyediakan ruang routing yang cukup. Dalam hal ini, desain via-in-pad atau HDI mungkin diperlukan.
Desain bukaan stensil
Desain stensil secara langsung memengaruhi volume pasta solder. Untuk bantalan BGA, ukuran dan bentuk lubang harus dioptimalkan untuk mencapai pelepasan pasta yang stabil.
Desain stensil yang buruk dapat menyebabkan jembatan solder, solder yang tidak cukup, sambungan solder yang tidak rata, atau rongga. Untuk produk dengan keandalan tinggi, desain stensil harus ditinjau bersama dengan desain bantalan PCB.
Cacat dan Penyebab Umum pada Perakitan BGA
Karena sambungan solder BGA tersembunyi, cacat mungkin tidak ditemukan hanya dengan inspeksi visual sederhana. Memahami jenis cacat umum membantu para insinyur mencegah masalah selama proses desain dan produksi.
Menjembatani solder
Jembatan solder terjadi ketika dua sambungan solder yang berdekatan terhubung oleh kelebihan solder. Hal ini dapat disebabkan oleh terlalu banyak pasta solder, desain stensil yang buruk, penempatan yang tidak akurat, atau kondisi reflow yang tidak tepat.
Untuk BGA dengan jarak antar pin yang rapat, bahkan kesalahan pencetakan atau penempatan kecil pun dapat menyebabkan terjadinya bridging (penjembatanan).
Sambungan solder terbuka
Sambungan solder terbuka terjadi ketika bola solder tidak membentuk koneksi yang sempurna dengan bantalan PCB. Penyebab umum meliputi pasta solder yang tidak cukup, hasil akhir bantalan yang buruk, kehilangan solder pada via-in-pad, kontaminasi, atau distorsi kemasan.
Sambungan yang terbuka dapat menyebabkan kegagalan sirkuit total atau masalah listrik yang terputus-putus.
Pembasahan solder yang tidak memadai
Pembasahan yang tidak memadai berarti timah solder tidak menempel dengan baik pada bantalan atau bola solder. Hal ini dapat disebabkan oleh oksidasi, bantalan yang terkontaminasi, aktivitas pasta solder yang buruk, bahan yang kedaluwarsa, atau profil reflow yang tidak sesuai.
Cacat ini dapat mengurangi kekuatan sambungan solder dan keandalan jangka panjang.
Cacat kepala di dalam bantal
"Head-in-pillow" adalah cacat BGA yang serius. Hal ini terjadi ketika bola solder dan pasta solder tampak bersentuhan satu sama lain tetapi tidak sepenuhnya menyatu selama proses reflow.
Cacat ini seringkali terkait dengan perubahan bentuk kemasan, oksidasi, aktivitas pasta termal yang buruk, atau profil termal yang tidak tepat. Mungkin lolos beberapa uji listrik sederhana, tetapi kemudian gagal akibat getaran, siklus suhu, atau penggunaan jangka panjang.
Rongga solder BGA
Rongga adalah ruang kosong di dalam sambungan solder. Beberapa rongga mungkin dapat diterima, tetapi rongga yang berlebihan dapat memengaruhi perpindahan panas, kekuatan mekanik, dan keandalan.
Pembentukan rongga mungkin terkait dengan pasta solder, desain bantalan, lapisan permukaan, profil reflow, dan kontaminasi.
Kemasan melengkung
Lengkungan kemasan terjadi ketika kemasan BGA melengkung selama pemanasan. Jika lengkungannya terlalu besar, beberapa bola solder mungkin tidak bersentuhan dengan bantalan dengan benar.
Hal ini dapat menyebabkan sambungan terbuka, kerusakan akibat panas berlebih pada komponen, atau sambungan solder yang lemah. Pengendalian profil reflow dan kondisi penyimpanan komponen sangat penting untuk mengurangi risiko ini.
Ketidakselarasan komponen
Ketidaksejajaran komponen dapat terjadi selama penempatan atau proses reflow. Meskipun kemasan BGA dapat melakukan penyejajaran sendiri sampai batas tertentu, pergeseran yang berlebihan masih dapat menyebabkan cacat pada proses penyolderan.
Penempatan yang akurat, penanda yang tepat, dan penyangga PCB yang stabil diperlukan untuk mengendalikan masalah ini.
Tentang PCBasic
Waktu adalah uang dalam proyek Anda – dan PCBasis mengerti. PCBasis adalah Perusahaan perakitan PCB yang memberikan hasil cepat dan sempurna setiap saat. jasa perakitan PCB termasuk dukungan teknik ahli di setiap langkah, memastikan kualitas terbaik di setiap papan. Sebagai perusahaan terkemuka Produsen perakitan PCB, Kami menyediakan solusi terpadu yang menyederhanakan rantai pasokan Anda. Bermitralah dengan tim kami yang canggih. Pabrik prototipe PCB untuk penyelesaian yang cepat dan hasil terbaik yang dapat Anda percaya.
Metode Inspeksi dan Pengujian BGA
Inspeksi dan pengujian sangat penting untuk Majelis PCB BGA karena sambungan solder BGA tersembunyi di bawah kemasan.
Inspeksi sambungan solder tersembunyi
Tantangan inspeksi terbesar adalah sambungan BGA tidak dapat dilihat secara langsung. Inspeksi visual hanya dapat memeriksa garis luar komponen, kondisi penempatan, dan area sekitarnya. Hal ini tidak dapat memastikan kualitas sambungan solder internal.
Inilah mengapa produksi BGA memerlukan metode inspeksi tambahan.
Pemeriksaan sinar-X
Inspeksi sinar-X adalah salah satu metode terpenting untuk kontrol kualitas BGA. Metode ini dapat memeriksa sambungan solder tersembunyi di bawah kemasan dan membantu mendeteksi jembatan solder, kerusakan terbuka, rongga, ketidaksejajaran, bola solder yang hilang, dan cacat lainnya.
Untuk produk dengan kepadatan tinggi atau keandalan tinggi, inspeksi sinar-X bukan hanya langkah opsional. Ini adalah bagian kunci dari jaminan kualitas.
inspeksi AOI
Inspeksi AOI masih dapat berguna dalam perakitan BGA, tetapi memiliki keterbatasan. AOI dapat memeriksa pencetakan pasta solder, keberadaan komponen, polaritas, posisi, dan sambungan solder yang terlihat di sekitar komponen lain.
Namun, AOI tidak dapat sepenuhnya memeriksa sambungan solder BGA yang tersembunyi. AOI harus digunakan bersamaan dengan pemeriksaan sinar-X dan pengujian listrik.
Pengujian TIK dan wahana antariksa
Pengujian ICT dan flying probe dapat memeriksa sambungan listrik dan mendeteksi beberapa rangkaian terbuka atau korsleting. Pengujian flying probe seringkali cocok untuk prototipe dan produksi dalam jumlah kecil karena tidak memerlukan perlengkapan khusus.
ICT lebih cocok untuk desain yang stabil dan produksi dalam jumlah besar. Namun, pengujian listrik tidak dapat menunjukkan bentuk fisik sambungan solder, sehingga tidak dapat sepenuhnya menggantikan inspeksi sinar-X.
Pengujian fungsional
Pengujian fungsional memeriksa apakah papan yang telah dirakit berfungsi dalam kondisi operasi nyata atau simulasi. Pengujian ini dapat memverifikasi daya, komunikasi, keluaran sinyal, pengoperasian firmware, dan fungsi tingkat produk.
Untuk kompleks Papan sirkuit BGA Pengujian fungsional produk membantu mengkonfirmasi kinerja produk akhir.
Verifikasi pengerjaan ulang
Jika komponen BGA perlu diperbaiki, verifikasi diperlukan setelah proses perbaikan. Papan sirkuit harus diperiksa kembali dengan sinar-X dan diuji secara elektrik atau fungsional.
Pengerjaan ulang BGA memerlukan pemanasan terkontrol, penyelarasan yang akurat, kondisi bola solder yang benar, dan kontrol proses yang tepat. Pengerjaan ulang yang buruk dapat merusak PCB atau mengurangi keandalan jangka panjang.
Cara Memilih Produsen Perakitan PCB BGA
Memilih yang benar Produsen perakitan PCB BGA harus dipertimbangkan dari aspek-aspek berikut:
Pengalaman perakitan BGA
Produsen harus memiliki pengalaman nyata dengan berbagai jenis paket BGA, jarak antar pin, ukuran papan sirkuit, dan aplikasi produk. Pengalaman membantu tim mengidentifikasi risiko sejak dini dan mengendalikan cacat selama produksi.
Bagi perusahaan yang melakukan pengadaan barang dari Asia, banyak pembeli membandingkan Perakitan PCB BGA China Terdapat banyak pilihan karena Tiongkok memiliki rantai pasokan PCB dan PCBA yang kuat. Namun, harga seharusnya bukan satu-satunya faktor. Kemampuan, komunikasi, inspeksi, dan ketertelusuran lebih penting untuk keandalan jangka panjang.
Dukungan DFM dan teknik
Produsen yang baik seharusnya memberikan umpan balik DFM (Design for Manufacturing) sebelum produksi. Mereka harus mampu meninjau desain pad BGA, struktur via-in-pad, desain stensil, jarak, penanda (fiducial), dan risiko reflow.
Untuk pengembangan produk baru, dukungan teknik dapat mengurangi proses coba-coba dan membantu menghindari masalah perakitan yang tersembunyi.
Kontrol proses reflow
Kontrol profil reflow sangat penting untuk Solder BGA Kualitas sambungan. Produsen harus memahami profil termal, persyaratan pasta solder, sensitivitas kemasan, dan keseimbangan termal papan.
Proses yang stabil membantu mengurangi cacat seperti lubang terbuka, rongga, bagian kepala di dalam bantalan, dan kegagalan yang terkait dengan lengkungan.
Kemampuan inspeksi sinar-X
Produsen yang andal harus memiliki kemampuan inspeksi sinar-X untuk produk BGA. Tanpa sinar-X, kualitas sambungan solder yang tersembunyi tidak dapat diperiksa dengan benar.
Saat mengevaluasi a Pemasok perakitan PCB BGA ChinaPembeli sebaiknya menanyakan apakah tersedia pemeriksaan sinar-X, cacat apa saja yang dapat dideteksi, dan apakah catatan pemeriksaan dapat diberikan.
Kemampuan pengerjaan ulang BGA
Pengerjaan ulang BGA lebih kompleks daripada penggantian komponen SMT standar. Hal ini membutuhkan stasiun pengerjaan ulang profesional, kontrol suhu yang tepat, penyelarasan yang akurat, dan operator yang terampil.
Produsen yang memiliki kemampuan pengerjaan ulang BGA dapat memberikan dukungan yang lebih baik untuk prototipe, perubahan teknik, kebutuhan perbaikan, dan produksi dalam jumlah kecil.
Ketertelusuran kualitas
Ketertelusuran membantu mengidentifikasi material, batch produksi, catatan proses, hasil inspeksi, dan data pengujian. Untuk produk dengan keandalan tinggi, ketertelusuran sangat penting.
Sistem mutu yang kuat dapat membantu mengurangi risiko dan memberikan analisis masalah yang lebih cepat jika terjadi kegagalan.
Dukungan perakitan BGA dari PCBasic
PCBasic, produsen PCBA terintegrasi, mendukung fabrikasi PCB, pengadaan komponen, perakitan SMT, perakitan BGA, inspeksi, pengujian, dan pengiriman akhir. Untuk proyek yang melibatkan Perakitan PCB BGAPCBasic dapat menyediakan tinjauan teknik, kontrol proses, dukungan inspeksi sinar-X, dan ketertelusuran kualitas dengan sistemnya sendiri. MES. Mari kita kutipan untuk perakitan BGA di PCBasic.com.
Kesimpulan
Majelis PCB BGA BGA memainkan peran penting dalam manufaktur elektronik modern. Paket BGA membantu menghemat ruang, mendukung tata letak kepadatan tinggi, meningkatkan kinerja listrik, dan mendukung manajemen termal yang lebih baik. Pada saat yang sama, perakitan BGA membutuhkan kontrol desain yang lebih ketat, pencetakan pasta solder yang akurat, penempatan yang tepat, penyolderan reflow yang stabil, dan inspeksi yang tepat.
Karena sambungan solder BGA tersembunyi di bawah kemasan, inspeksi sinar-X, pengujian listrik, dan pengujian fungsional sangat penting untuk pengendalian mutu. Banyak cacat BGA dapat dicegah jika desain dan proses ditinjau dengan cermat sebelum produksi.
Saat memilih a Produsen perakitan PCB BGAPembeli seharusnya melihat lebih dari sekadar harga. Mitra yang tepat harus memiliki pengalaman perakitan BGA, dukungan DFM, kontrol proses reflow, kemampuan inspeksi sinar-X, kemampuan pengerjaan ulang, dan ketertelusuran. Bagi perusahaan yang membandingkan Perakitan PCB BGA China Dalam hal layanan, bekerja sama dengan pemasok yang kompeten dan komunikatif dapat membantu mengurangi risiko dan meningkatkan keandalan produk.
FAQ (Pertanyaan Umum)
Apa itu perakitan PCB BGA?
Majelis PCB BGA Proses pemasangan komponen BGA ke PCB menggunakan pasta solder, peralatan penempatan, dan penyolderan reflow. Bola-bola solder di bawah kemasan BGA membentuk koneksi listrik dan mekanis dengan bantalan PCB.
Mengapa perakitan BGA lebih sulit daripada perakitan SMT standar?
perakitan BGA Hal ini lebih sulit karena sambungan solder tersembunyi di bawah kemasan. Ini membutuhkan desain PCB yang lebih baik, pencetakan pasta solder yang akurat, reflow yang terkontrol, inspeksi sinar-X, dan pengujian yang andal.
Apakah sambungan solder BGA dapat diperiksa secara visual?
Tidak. Sambungan solder BGA terletak di bawah badan komponen, sehingga tidak dapat diperiksa sepenuhnya dengan inspeksi visual. Inspeksi sinar-X biasanya diperlukan untuk memeriksa kualitas sambungan solder yang tersembunyi.
Mengapa inspeksi sinar-X penting untuk perakitan PCB BGA?
Inspeksi sinar-X dapat mendeteksi cacat tersembunyi seperti jembatan solder, sambungan terbuka, rongga, bola yang hilang, ketidaksejajaran, dan masalah lain di bawah paket BGA.
Apa saja cacat perakitan BGA yang umum terjadi?
Cacat umum meliputi jembatan solder, sambungan solder terbuka, pembasahan solder yang tidak memadai, cacat head-in-pillow, rongga, lengkungan kemasan, dan ketidaksejajaran komponen.
File desain apa saja yang dibutuhkan untuk perakitan PCB BGA?
Berkas desain umum meliputi berkas Gerber, BOM (Bill of Materials), berkas pick-and-place, gambar perakitan, informasi susunan PCB, dan persyaratan manufaktur atau pengujian khusus.
Bagaimana cara memilih produsen perakitan PCB BGA yang andal?
Pilihlah produsen yang memiliki pengalaman perakitan BGA, dukungan DFM (Design for Manufacturing), kontrol proses reflow, kemampuan inspeksi sinar-X, kemampuan pengerjaan ulang BGA, pengujian listrik, pengujian fungsional, dan ketertelusuran kualitas.
