Soldagem BGA: Técnicas, Inspeção de Raios X e Retrabalho

O constante progresso tecnológico levou a eletrônica a produtos leves e compactos. Para atender a essas necessidades dos clientes, foi introduzida a tecnologia SMT. Além disso, a crescente demanda por esses produtos exige o desenvolvimento de tecnologias de alta densidade que possam ser montadas rapidamente. Esse impulso levou ao desenvolvimento de matrizes de esferas. tecnologia.

No entanto, à primeira vista, a soldagem BGA pode parecer difícil, pois as esferas de solda ficam entre a placa de circuito e o próprio corpo do BGA. No entanto, a montagem de PCBs usando BGAs provou ser bem-sucedida. Os benefícios do uso de BGAs são bastante significativos em termos de desempenho e confiabilidade.

Este artigo aborda as principais técnicas de soldagem BGA, equipamentos, processos e práticas recomendadas para montagem, inspeção e retrabalho de PCBs usando componentes BGA.

O que é soldagem BGA?

O BGA é um encapsulamento muito diferente daqueles que utilizam pinos, como um pacote quádruplo plano. Os pinos dos encapsulamentos BGA são dispostos em um padrão de grade, o que dá origem ao nome. A adição de mais pads com esferas de solda é usada em vez dos pinos de fio mais tradicionais para as conexões. Na placa de circuito impresso (PCB), na qual os componentes BGA serão instalados, um conjunto correspondente de pads de cobre oferece a conectividade necessária.

Vantagem do BGA

· Os encapsulamentos BGA oferecem diversas vantagens em relação aos seus concorrentes quádruplos planos. Como resultado, estão sendo cada vez mais utilizados na fabricação de circuitos eletrônicos. Algumas dessas vantagens são:

· A soldagem BGA é robusta: Outros encapsulamentos têm pinos muito finos, que são facilmente danificados mesmo com o manuseio mais cuidadoso. E é quase impossível repará-los depois que os pinos estão tortos. No entanto, os BGAs não sofrem com isso, pois as conexões são feitas por pads com as esferas de solda BGA, que são muito difíceis de danificar.

· Desempenho de alta velocidade: No encapsulamento BGA, os condutores ficam na parte inferior do suporte do chip. Isso significa que os fios dentro do chip são mais curtos. Consequentemente, os níveis de indutância indesejados nos fios são baixos. Dessa forma, os dispositivos BGA oferecem um nível de desempenho superior ao de seus concorrentes.

· Design de PCB aprimorado: As densidades de trilhas ao redor de muitos pacotes tornam-se muito altas devido à proximidade dos pinos. Um BGA espalha os contatos por toda a área do pacote, potencialmente reduzindo o problema.

· Baixa resistência térmica: Os BGAs oferecem uma menor resistência térmica entre o chip de silício. Isso permite que o calor gerado pelo circuito integrado dentro do encapsulamento seja conduzido do dispositivo para a PCB de forma mais rápida e eficaz.

Aplicações do BGA

A soldagem Ball Grid Array é utilizada em diversos setores, incluindo aeroespacial, reparo de computadores e fabricação de eletrônicos. Também é utilizada para melhorar o desempenho de circuitos de alta velocidade. Outros usos incluem:

· Reparo de dispositivos eletrônicos: Ele é usado para consertar dispositivos como laptops, smartphones, consoles de jogos e tablets.

· Gerenciamento termal: A soldagem BGA pode melhorar o gerenciamento térmico em dispositivos eletrônicos.

· Interferência eletromagnética reduzida: Pode reduzir a interferência eletromagnética em dispositivos que operam em frequências mais altas.

Pacotes BGA

Os encapsulamentos BGA são um tipo de montagem SMT usada em circuitos integrados. Eles oferecem diversas vantagens em relação aos componentes tradicionais do tipo through-hole, como confiabilidade e capacidade de monitorar a densidade e a dissipação de calor.

Tipos de pacote BGA

Como o BGA é soldado a uma PCB - Processo de soldagem BGA?

O processo de soldagem BGA é muito importante na fabricação de eletrônicos modernos, pois garante conexões confiáveis ​​entre o encapsulamento BGA e a PCB. No entanto, se você precisar de uma execução adequada, deverá seguir as melhores práticas para obter resultados de alta qualidade. A seguir, exploramos as etapas e técnicas essenciais envolvidas nesse processo.

Técnicas de soldagem BGA

A soldagem BGA emprega principalmente duas técnicas: soldagem por refluxo e soldagem manual. A primeira envolve o uso de um forno de refluxo para aquecer a pasta de solda, o que a derreterá e formará conexões elétricas e mecânicas robustas. A segunda é usada para reparos e protótipos e requer ferramentas especializadas, como estações de ar quente, e operadores qualificados para obter os melhores resultados possíveis.

Como mencionei anteriormente, selecionar uma técnica de soldagem BGA depende da aplicação, escala de produção e complexidade do projeto do PCB.

Padrões de aterramento de PCB BGA

O design adequado do padrão de aterramento no PCB é essencial para uma soldagem BGA eficaz. Os padrões de aterramento devem corresponder ao passo e diâmetro da esfera BGA. Esses padrões apresentam pads sem máscara de solda definida (NSMD) para maior confiabilidade da junta de solda. Além disso, esses padrões também incluem designs via-in-pad para placas de alta densidade. Por fim, se você aderir aos padrões IPC, isso ajudará a garantir resultados consistentes e a reduzir defeitos de soldagem.

Impressão em pasta de solda BGA

A etapa mais crítica é aplicar a pasta de solda com precisão na placa de circuito impresso. Algumas das considerações incluem:

· Design de estêncil: Você deve usar um estêncil com tamanhos de abertura apropriados que correspondam ao padrão do terreno.

· Consistência da pasta: Você também deve garantir que a pasta de solda tenha viscosidade uniforme para evitar espaços vazios e falhas.

· Alinhamento: Você deve ter cuidado para obter um alinhamento preciso entre o estêncil e o PCB para evitar erros de impressão.

Posicionamento de componente

O posicionamento correto dos componentes do encapsulamento BGA na PCB exige precisão para alinhar as esferas de solda com as respectivas almofadas. Felizmente, máquinas automáticas de coleta e colocação são normalmente utilizadas para essa etapa. Essas máquinas garantem o posicionamento preciso, o manuseio cuidadoso para evitar danos ao encapsulamento BGA e a verificação por meio de sistemas de inspeção óptica para confirmar o alinhamento.

Processo de solda por refluxo

O Soldadura por refluxo O processo é geralmente usado para solidificar as juntas de solda e também para estabelecer a conectividade elétrica. Envolve:

1. Pré-aquecimento: Esta etapa aumenta gradualmente a temperatura e, como resultado, minimiza o choque térmico.

2. Imersão: Ele estabiliza a temperatura do PCB e ativa o fluxo para limpar as superfícies.

3. Zona de refluxo: Esta etapa visa aquecer a pasta de solda acima do seu ponto de fusão. Como resultado, ela fluirá e formará juntas.

4. Refrigeração: Como fica evidente pelo nome desta etapa, ela solidifica a solda e evita estresse térmico no conjunto.

Portanto, a determinação precisa do perfil de temperatura de soldagem é importante para evitar defeitos e erros, como pontes de solda, tombstoning ou vazios. Seguindo as etapas mencionadas acima, os fabricantes podem garantir conexões robustas e montagens de alto desempenho, especialmente para aplicações que exigem btodos os glivrar acomponentes rray.

Inspeção de junta de solda BGA

A inspeção BGA é uma área do processo de montagem de PCB que despertou considerável interesse quando os BGAs foram introduzidos pela primeira vez.

Técnicas de Inspeção

A inspeção BGA não pode ser realizada da maneira usual, utilizando técnicas ópticas simples. Porque, obviamente, As juntas de solda ficam embaixo dos componentes BGA e não são visíveis. Isso gerou um certo desconforto em relação à tecnologia quando ela foi introduzida. Muitos fabricantes realizaram testes para garantir que conseguiriam soldar os componentes BGA de forma satisfatória.

Além disso, a qualidade da solda BGA requer técnicas de inspeção especializadas, como inspeção visual, inspeção por raio-X, seccionamento transversal e microscopia acústica. Essas técnicas de inspeção identificam proativamente quaisquer problemas latentes na solda BGA antes que os produtos saiam da linha de produção.

Inspeção de raios X para BGA

As juntas de solda não podem ser testadas completamente através da verificação do desempenho elétrico. Embora esta forma de teste do processo de solda BGA revele a condutividade naquele momento, não fornece uma imagem detalhada do sucesso do processo de solda BGA. Para isso, o único teste é uma forma de inspeção BGA usando raios X.

A inspeção por raios X permite observar através do dispositivo a junta soldada abaixo. Como resultado, a Inspeção Automatizada por Raios X tornou-se uma tecnologia fundamental para a verificação de PCBs que incluem BGAs. Felizmente, observa-se que, uma vez definido corretamente o perfil térmico da máquina de solda BGA, os componentes BGA soldam muito bem, e poucos problemas são encontrados com o processo de solda BGA.

Solução de problemas de juntas BGA defeituosas

Encontrar e tratar a causa raiz é fundamental antes de tentar retrabalhar o BGA. Possíveis causas raiz de soldas BGA defeituosas incluem:

· Trincas por estresse térmico

· Defeitos ou danos na esfera de solda

· Desalinhamento entre bolas e terrenos

· Absorção de umidade sob a embalagem

· Prevenção de contaminação por molhamento

· Altura ou volume de pasta de solda insuficiente

Retrabalho e reparo BGA

Como previsto, não é fácil retrabalhar conjuntos BGA a menos que o equipamento correto esteja disponível.

Visão geral do retrabalho do BGA

As etapas em um processo típico de retrabalho de componente BGA são:

1) Preparação: Antes de tudo, revise o processo de montagem original para verificar possíveis fatores. Além disso, certifique-se de que as ferramentas e componentes de reposição estejam prontos.

2) Remoção: Nesta etapa, limpe bem as almofadas, sem deixar resíduos. Em seguida, reaplique o fluxo para preparar as novas esferas. Agora, recoloque as almofadas e lixe o padrão de aterramento da PCB.

3) Reballing: Primeiro, use um estêncil para aplicar novas bolas de solda ao pacote BGA e depois reaqueça as bolas para fixá-las aos terminais do pacote.

4) Substituição: Agora, é preciso usar adesivo para fixar o componente temporariamente, realinhar cuidadosamente o novo BGA no local e refluir para formar as conexões.

5) inspeção: No final, o alinhamento e as conexões das esferas devem ser verificados, e qualquer dano colateral nas pastilhas ou na placa deve ser avaliado.

Equipamento de retrabalho

Os equipamentos típicos de retrabalho BGA incluem:

· O pré-aquecedor aquece gradualmente a placa para evitar choque térmico.

· O bico de ar quente direciona o fluxo de ar aquecido para aquecimento localizado.

· O microscópio fornece alta ampliação para inspecionar alinhamento e juntas.

· Suporte para PCB prenda a placa sob o componente para evitar aquecimento.

· Circuito fechado controle de temperatura de bicos também é um dos equipamentos retrabalhados.

· Forno de retrabalho por convecção é para placas pequenas que exigem um perfil térmico de forno completo.

· O kit de ferramentas BGA fornece guias de alinhamento, fluxos, bolas, estênceis e adesivos.

Essas ferramentas de retrabalho especializadas ajudam a remover e substituir BGAs adequadamente com o mínimo de danos colaterais.

Processo de retrabalho

Se houver suspeita de defeito em um componente BGA, é possível remover o dispositivo. Isso é feito aquecendo localmente o componente BGA para derreter a solda sob ele. No retrabalho do BGA No processo, o aquecimento geralmente é realizado em uma estação de retrabalho especializada. Esta compreende um gabarito equipado com um aquecedor infravermelho, um dispositivo de vácuo para levantar a embalagem e um termopar para monitorar a temperatura.

É necessário muito cuidado para garantir que apenas o BGA seja aquecido e removido. Outros dispositivos próximos precisam ser afetados o mínimo possível; caso contrário, podem ser danificados.

Conclusão

Em suma, a tecnologia BGA em geral e a soldagem BGA O processo, em particular, provou ser muito bem-sucedido desde sua introdução. Atualmente, são uma parte importante do processo de montagem de PCBs, usado na maioria das empresas para a montagem de protótipos de PCBs e para a produção em massa.

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