BGA-solderen: technieken, röntgeninspectie en herbewerking

De constante technologische vooruitgang heeft de elektronica richting lichtgewicht, kleine producten gebracht. Om aan deze klantbehoeften te voldoen, werd SMT geïntroduceerd. Bovendien vereist de toenemende vraag naar deze producten de ontwikkeling van technologieën met hoge dichtheid die snel geassembleerd kunnen worden. Deze ontwikkeling leidde tot de ontwikkeling van de ball grid array. technologie.

Op het eerste gezicht lijkt BGA-solderen echter lastig, omdat de soldeerbolletjes tussen de printplaat en de BGA-behuizing zelf zitten. PCB-assemblage met BGA's is echter succesvol gebleken. De voordelen van BGA's zijn aanzienlijk wat betreft prestaties en betrouwbaarheid.

In dit artikel worden de belangrijkste BGA-soldeertechnieken, apparatuur, processen en best practices besproken voor het assembleren, inspecteren en herwerken van PCB's met BGA-componenten.

Wat is BGA-solderen?

BGA is een heel andere behuizing dan behuizingen die pinnen gebruiken, zoals een quad flat pack. De pinnen van de BGA-behuizingen zijn gerangschikt in een rasterpatroon, wat de naam verklaart. Er worden meer pads met soldeerbolletjes gebruikt in plaats van de meer traditionele draadpinnen voor de verbindingen. Op de printplaat, waarop de BGA-componenten worden gemonteerd, biedt een bijpassende set koperen pads de benodigde connectiviteit.

Voordeel van BGA

· BGA-behuizingen bieden diverse voordelen ten opzichte van hun concurrenten met platte quad-packs. Hierdoor worden ze steeds vaker gebruikt voor de productie van elektronische schakelingen. Enkele van deze voordelen zijn:

· Het BGA-soldeerwerk is robuust: Andere behuizingen hebben zeer dunne pinnen, die zelfs bij de meest voorzichtige behandeling gemakkelijk beschadigd raken. En het is bijna onmogelijk om ze te repareren als de pinnen eenmaal verbogen zijn. BGA's hebben hier echter geen last van, omdat de verbindingen worden verzorgd door pads met BGA-soldeerbolletjes erop, die zeer moeilijk te beschadigen zijn.

· Prestaties op hoge snelheid: Bij BGA-behuizingen bevinden de geleiders zich aan de onderkant van de chipdrager. Dit betekent dat de draden in de chip korter zijn. Hierdoor is de ongewenste inductantie van de draden laag. Hierdoor bieden BGA-apparaten hogere prestaties dan hun concurrenten.

· Verbeterd PCB-ontwerp: De spoordichtheid rond veel pakketten wordt zeer hoog door de zeer korte afstand tussen de pinnen. Een BGA verspreidt de contacten over het volledige pakketoppervlak, wat het probleem mogelijk verkleint.

· Lage thermische weerstand: BGA's bieden een lagere thermische weerstand tussen de siliciumchip. Hierdoor kan de warmte die door de geïntegreerde schakeling in de behuizing wordt gegenereerd, sneller en effectiever van het apparaat naar de printplaat worden afgevoerd.

Toepassingen van BGA

Ball Grid Array-soldeertechnologie wordt in veel industrieën gebruikt, waaronder de lucht- en ruimtevaart, computerreparatie en elektronicaproductie. Het wordt ook gebruikt om de prestaties van snelle circuits te verbeteren. Andere toepassingen zijn:

· Reparatie van elektronische apparaten: Het wordt gebruikt om apparaten zoals laptops, smartphones, spelcomputers en tablets te repareren.

· Thermisch beheer: BGA-solderen kan het thermisch beheer van elektronische apparaten verbeteren.

· Verminderde elektromagnetische interferentie: Het kan elektromagnetische interferentie in apparaten die op hogere frequenties werken, verminderen.

BGA-pakketten

BGA-behuizingen zijn een type SMT-assemblage dat wordt gebruikt voor geïntegreerde schakelingen. Ze bieden meerdere voordelen ten opzichte van traditionele through-hole componenten, zoals betrouwbaarheid en de mogelijkheid om dichtheid en warmteafvoer te volgen.

Typen BGA-pakketten

Hoe wordt de BGA op een PCB gesoldeerd - BGA-soldeerproces?

Het BGA-soldeerproces is erg belangrijk in de moderne elektronicaproductie, omdat het zorgt voor betrouwbare verbindingen tussen de BGA-behuizing en de printplaat. Wilt u echter een correcte uitvoering, volg dan de best practices om resultaten van hoge kwaliteit te behalen. Hieronder bespreken we de essentiële stappen en technieken die bij dit proces betrokken zijn.

BGA-soldeertechnieken

BGA-solderen maakt voornamelijk gebruik van twee technieken: reflow-solderen en handmatig solderen. De eerste techniek gebruikt een reflow-oven om de soldeerpasta te verhitten, waardoor deze smelt en robuuste elektrische en mechanische verbindingen vormt. De laatste techniek wordt gebruikt voor reparaties en prototypes en vereist gespecialiseerd gereedschap, zoals heteluchtstations en geschoolde operators, om de best mogelijke resultaten te bereiken.

Zoals ik eerder al zei, is het kiezen van een BGA-soldeertechniek hangt af van de toepassing, de productieomvang en de complexiteit van het PCB-ontwerp.

BGA PCB-landpatronen

Een correct landpatroonontwerp op de PCB is essentieel voor effectief BGA-solderen. Landpatronen moeten overeenkomen met de pitch en diameter van de BGA-bol. Deze patronen zijn voorzien van NSMD-pads (non-solder mask-defined) voor een betere betrouwbaarheid van de soldeerverbinding. Bovendien bevatten deze patronen ook via-in-pad-ontwerpen voor printplaten met hoge dichtheid. Tot slot, als u zich aan de IPC-normen houdt, zorgt u voor consistente resultaten en vermindert u soldeerdefecten.

BGA-soldeerpasta printen

De meest cruciale stap is het nauwkeurig aanbrengen van soldeerpasta op de printplaat. Hierbij moet u rekening houden met het volgende:

· Sjabloonontwerp: U dient een sjabloon te gebruiken met openingen die passen bij het landschapspatroon.

· Consistentie van de pasta: Zorg er ook voor dat de soldeerpasta een gelijkmatige viscositeit heeft om holtes en openingen te voorkomen.

· alignment: Zorg ervoor dat de stencil en de PCB nauwkeurig zijn uitgelijnd om drukfouten te voorkomen.

Componentplaatsing

Het correct plaatsen van de componenten van de BGA-behuizing op de printplaat vereist precisie om de soldeerballetjes uit te lijnen met de bijbehorende pads. Gelukkig worden hiervoor meestal geautomatiseerde pick-and-place machines gebruikt. Deze machines zorgen voor een nauwkeurige positionering, een voorzichtige behandeling om schade aan de BGA-behuizing te voorkomen en verificatie met optische inspectiesystemen om de uitlijning te bevestigen.

Reflow-soldeerproces

De reflow solderen Dit proces wordt meestal gebruikt om de soldeerpunten te verstevigen en zorgt ook voor elektrische connectiviteit. Het omvat:

1. Voorverwarmen: Deze stap verhoogt geleidelijk de temperatuur, waardoor thermische schokken tot een minimum worden beperkt.

2. Inweken: Het stabiliseert de PCB-temperatuur en activeert flux om de oppervlakken te reinigen.

3. Reflow-zone: Deze stap is bedoeld om de soldeerpasta boven het smeltpunt te verhitten, zodat deze kan vloeien en verbindingen kan vormen.

4. Koeling: Zoals de naam van deze stap al aangeeft, zorgt het ervoor dat het soldeer stolt en dat er geen thermische spanning op de constructie komt.

Daarom is nauwkeurige soldeertemperatuurprofilering belangrijk om defecten en fouten zoals soldeerbruggen, tombstones of holtes te voorkomen. Door de bovengenoemde stappen te volgen, kunnen fabrikanten robuuste verbindingen en hoogwaardige assemblages garanderen, en dat voor toepassingen die... ballen gontdoen array-componenten.

BGA soldeerverbinding inspectie

BGA-inspectie is een onderdeel van het PCB-assemblageproces dat veel aandacht trok toen BGA's voor het eerst werden geïntroduceerd.

Inspectietechnieken

BGA-inspectie kan niet op de normale manier worden uitgevoerd met behulp van eenvoudige optische technieken. Omdat, zoals duidelijk is, de Soldeerpunten bevinden zich onder de BGA-componenten en zijn niet zichtbaar. Dit zorgde voor veel onrust over de technologie toen deze voor het eerst werd geïntroduceerd. Veel fabrikanten voerden tests uit om er zeker van te zijn dat ze de BGA-componenten naar tevredenheid konden solderen.

Bovendien vereist de kwaliteit van BGA-soldeerverbindingen gespecialiseerde inspectietechnieken zoals visuele inspectie, röntgeninspectie, dwarsdoorsnedemeting en akoestische microscopie. Deze inspectietechnieken identificeren proactief latente BGA-soldeerproblemen voordat producten de productie verlaten.

Röntgeninspectie voor BGA

De soldeerverbindingen kunnen niet volledig worden getest door de elektrische prestaties te controleren. Hoewel deze vorm van testen van het BGA-soldeerproces de geleidbaarheid op dat moment zal aantonen, geeft het geen gedetailleerd beeld van hoe succesvol het BGA-soldeerproces is geweest. De enige test hiervoor is een vorm van BGA-inspectie met röntgenstraling.

Met röntgeninspectie kan door het apparaat heen naar de onderliggende soldeerverbinding worden gekeken. Hierdoor is geautomatiseerde röntgeninspectie een belangrijke technologie geworden voor het controleren van printplaten met BGA's. Gelukkig blijkt dat, zodra het warmteprofiel van de BGA-soldeermachine correct is ingesteld, de BGA-componenten zeer goed solderen en er weinig problemen optreden tijdens het BGA-soldeerproces.

Problemen met slechte BGA-verbindingen oplossen

Het vinden en aanpakken van de hoofdoorzaak is essentieel voordat u begint met BGA-rework. Mogelijke hoofdoorzaken van slechte BGA-soldeerverbindingen zijn onder andere:

· Thermische spanningsscheuren

· Defecten of schade aan de soldeerbal

· Verkeerde uitlijning tussen ballen en landen

· Vochtopname onder de verpakking

· Verontreiniging die bevochtiging voorkomt

· Onvoldoende hoogte of volume van de soldeerpasta

BGA Rework en reparatie

Zoals verwacht is het niet eenvoudig om BGA-assemblages te herwerken, tenzij de juiste apparatuur beschikbaar is.

Overzicht van BGA-herwerking

De stappen in een typisch BGA-component-reworkproces zijn:

1) Bereiding: Controleer allereerst het oorspronkelijke assemblageproces op mogelijke factoren. Zorg er ook voor dat vervangende gereedschappen en componenten klaarliggen.

2) Verwijdering: Reinig in deze stap de pads grondig, zonder resten achter te laten. Breng vervolgens opnieuw vloeimiddel aan ter voorbereiding op nieuwe ballen. Bewerk vervolgens de pads en land het PCB-landpatroon.

3) Reballing: Gebruik eerst een sjabloon om nieuwe soldeerballen op de BGA-behuizing aan te brengen en bevestig vervolgens de reflow-ballen aan de aansluitingen van de behuizing.

4) Vervanging: Nu moet het onderdeel tijdelijk met lijm worden vastgezet, moet de nieuwe BGA ter plekke zorgvuldig worden uitgelijnd en moet het opnieuw worden gesmolten om verbindingen te vormen.

5) Inspectie:  Tot slot moeten de uitlijning en de kogelverbindingen worden gecontroleerd. Ook moet eventuele bijkomende schade aan de pads of het bord worden beoordeeld.

Herwerk apparatuur

Typische BGA-rework-apparatuur omvat:

· De voorverwarmer verwarmt de printplaat geleidelijk om thermische schokken te voorkomen.

· Het heteluchtmondstuk richt de verwarmde luchtstroom op voor plaatselijke verwarming.

· De microscoop biedt een hoge vergroting voor inspectie van uitlijning en verbindingen.

· PCB-ondersteuningsarmatuur Bevestig de plaat onder het onderdeel om oververhitting te voorkomen.

· Gesloten lus temperatuurregeling van sproeiers behoort ook tot de vernieuwde uitrusting.

· Convectie-rework oven is voor kleine borden die een volledig oventhermisch profiel nodig hebben.

· De BGA-toolkit levert uitlijningsgidsen, vloeimiddelen, ballen, sjablonen en lijmen.

Met deze speciale herbewerkingsgereedschappen kunt u BGA's op de juiste manier verwijderen en vervangen, met minimale nevenschade.

Herwerkingsproces

Als er een vermoeden bestaat dat een BGA-component defect is, is het mogelijk om het apparaat te verwijderen. Dit wordt bereikt door de BGA-component lokaal te verwarmen om het soldeer eronder te smelten. Bij de BGA-rework Tijdens dit proces vindt de verwarming vaak plaats in een gespecialiseerd reworkstation. Dit station bestaat uit een mal met een infraroodstraler, een vacuümapparaat om de verpakking op te tillen en een thermokoppel om de temperatuur te bewaken.

Zorg ervoor dat alleen de BGA wordt verhit en verwijderd. Andere apparaten in de buurt moeten zo min mogelijk worden beïnvloed, anders kunnen ze beschadigd raken.

Conclusie

Om samen te vatten, BGA-technologie in het algemeen en het BGA-solderen Met name de PCB-assemblageprocessen hebben zich sinds hun introductie zeer succesvol bewezen. Ze vormen nu een belangrijk onderdeel van het PCB-assemblageproces dat in de meeste bedrijven wordt gebruikt voor de assemblage van prototypes en massaproductie.

PCB-basis Wij bieden BGA-reworkstations aan om u te helpen bij het opzetten van uw interne end-to-end BGA-reworkproces. Wij helpen u veelvoorkomende BGA-rework te voorkomen. fouten die bekend zijn bij degenen die aan deze unieke componenten hebben gewerkt.

Als alternatief kunt u Contacteer ons vandaag om onze dienstverlening, inclusief alle aspecten van BGA-herwerking, te bespreken.