Пайка BGA: методы, рентгеновский контроль и доработка

Постоянный прогресс технологий привел к тому, что электроника стала производить легкие и небольшие продукты. Чтобы соответствовать этим потребностям клиентов, был введен SMT. Кроме того, растущий спрос на эти продукты требует разработки технологий высокой плотности, которые можно было бы быстро собирать. Этот толчок привел к разработке массива шариковых решеток технологии.

Однако на первый взгляд пайка BGA может показаться сложной, поскольку шарики припоя зажаты между печатной платой и самим корпусом BGA. Но сборка печатных плат с использованием BGA оказалась успешной. Преимущества использования BGA весьма существенны с точки зрения производительности и надежности.

В этой статье рассматриваются основные методы пайки BGA, оборудование, процессы и передовые методы сборки, проверки и доработки печатных плат с использованием компонентов BGA.

Что такое пайка BGA?

BGA — это совершенно другой корпус, нежели корпусы с выводами, например, четырехъядерный плоский корпус. Выводы корпусов BGA расположены в виде сетки, что и дало название. Вместо традиционных выводов проводов для соединений используется добавление дополнительных контактных площадок с шариками припоя. На печатной плате, на которую устанавливаются компоненты BGA, соответствующий набор медных контактных площадок обеспечивает необходимое соединение.

Преимущество BGA

· Корпуса BGA предлагают различные преимущества по сравнению с их конкурентами в виде quad flat pack. В результате они все чаще используются для производства электронных схем. Вот некоторые из этих преимуществ:

· Пайка BGA надежна: Другие корпуса имеют очень тонкие штырьки, и их легко повредить даже при самом осторожном обращении. И их практически невозможно отремонтировать, если штырьки погнуты. Однако BGA не страдают от этого, поскольку соединения обеспечиваются контактными площадками с шариками припоя BGA на них, которые очень трудно повредить.

· Высокоскоростная производительность: В корпусе BGA проводники находятся на нижней стороне держателя чипа. Это означает, что выводы внутри чипа короче. Поэтому нежелательные уровни индуктивности выводов низкие. Таким образом, устройства BGA предлагают более высокий уровень производительности, чем их конкуренты.

· Улучшенная конструкция печатной платы: Плотность дорожек вокруг многих корпусов становится очень высокой из-за очень близкого расположения штифтов. BGA распределяет контакты по всей площади корпуса, что потенциально снижает проблему.

· Низкое тепловое сопротивление: BGA предлагают меньшее тепловое сопротивление между кремниевым чипом. Это позволяет теплу, вырабатываемому интегральной схемой внутри корпуса, быстрее и эффективнее отводиться от устройства на печатную плату.

Применение BGA

Пайка Ball Grid Array используется во многих отраслях, включая аэрокосмическую промышленность, ремонт компьютеров и производство электроники. Она также используется для улучшения производительности высокоскоростных схем. Вот некоторые другие ее применения:

· Ремонт электронных устройств: Его используют для ремонта таких устройств, как ноутбуки, смартфоны, игровые консоли и планшеты.

· Управление температурным режимом: Пайка BGA может улучшить терморегулирование в электронных устройствах.

· Уменьшение электромагнитных помех: Он может уменьшить электромагнитные помехи в устройствах, работающих на более высоких частотах.

BGA-корпуса

Корпуса BGA — это тип сборки SMT, используемый для интегральных схем. Они предлагают множество преимуществ по сравнению с традиционными компонентами сквозного монтажа, такими как надежность и возможность отслеживать плотность и рассеивание тепла.

Типы корпусов BGA

Как BGA припаивается к печатной плате — процесс пайки BGA?

Процесс пайки BGA очень важен в современном производстве электроники, поскольку он обеспечивает надежные соединения между корпусом BGA и печатной платой. Однако, если вам необходимо правильное выполнение, то вам следует придерживаться передовой практики для достижения высококачественных результатов. Ниже мы рассмотрим основные этапы и методы, используемые в этом процессе.

Методы пайки BGA

Пайка BGA в основном использует два метода: пайку оплавлением и ручную пайку. Первый метод подразумевает использование печи оплавления для нагрева паяльной пасты, что приводит к ее расплавлению и образованию прочных электрических и механических соединений. Последний метод используется для ремонта и создания прототипов и требует специализированных инструментов, таких как станции горячего воздуха, и опытных операторов для достижения наилучших возможных результатов.

Как я уже упоминал ранее, выбор техники пайки BGA зависит от области применения, масштаба производства и сложности конструкции печатной платы.

Схемы расположения выводов BGA PCB

Правильная конструкция контактных площадок на печатной плате имеет решающее значение для эффективной пайки BGA. Шаблоны площадок должны соответствовать шагу и диаметру шариков BGA. Эти шаблоны имеют площадки без паяльной маски (NSMD) для лучшей надежности паяного соединения. Кроме того, эти шаблоны также включают конструкции via-in-pad для плат высокой плотности. Наконец, если вы придерживаетесь стандартов IPC, это поможет вам обеспечить стабильные результаты и сократить дефекты пайки.

Печать паяльной пасты BGA

Самым важным шагом является точное нанесение паяльной пасты на печатную плату. Некоторые соображения включают:

· Дизайн трафарета: Вам следует использовать трафарет с соответствующими размерами отверстий, соответствующими рисунку площадки.

· Консистенция пасты: Также следует убедиться, что паяльная паста имеет равномерную вязкость, чтобы не допустить образования пустот и зазоров.

· Выравнивание: Необходимо тщательно выровнять трафарет и печатную плату, чтобы избежать ошибок печати.

Размещение компонентов

Правильное размещение компонентов BGA-корпуса на печатной плате требует точности для выравнивания шариков припоя с соответствующими контактными площадками. К счастью, для этого этапа обычно используются автоматизированные машины Pick-and-Place. Эти машины обеспечат точное позиционирование, бережное обращение для предотвращения повреждения BGA-корпуса и проверку с использованием оптических систем контроля для подтверждения выравнивания.

Процесс пайки оплавлением

Команда оплавление пайки Процесс обычно используется для затвердевания паяных соединений, а также для установления электрического соединения. Он включает в себя:

1. Предварительный нагрев: На этом этапе температура постепенно повышается, и в результате термический шок сводится к минимуму.

2. Замачивание: Он стабилизирует температуру печатной платы и активирует флюс для очистки поверхностей.

3. Зона оплавления: Этот шаг предназначен для нагревания паяльной пасты выше точки плавления. В результате она растечется и образует соединения.

4. Охлаждение: Как видно из названия этого шага, он затвердевает припой и предотвращает термическую нагрузку на узел.

Следовательно, точное профилирование температуры пайки важно для предотвращения дефектов и ошибок, таких как образование мостиков припоя, образование надгробий или пустот. Выполняя шаги, упомянутые выше, производители могут гарантировать надежные соединения и высокопроизводительные сборки, и это касается приложений, требующих bВСЕ gизбавиться aКомпоненты массива.

Проверка паяных соединений BGA

Проверка BGA — одна из областей процесса сборки печатных плат, которая вызвала значительный интерес, когда BGA впервые появились на рынке.

Методы проверки

BGA-инспекция не может быть достигнута обычным способом с использованием простых оптических методов. Поскольку, совершенно очевидно, Паяные соединения находятся под компонентами BGA и их не видно. Это вызвало значительную обеспокоенность по поводу технологии, когда она была впервые представлена. Многие производители провели испытания, чтобы убедиться, что они могут удовлетворительно паять компоненты BGA.

Кроме того, качество паяных соединений BGA требует специализированных методов проверки, таких как визуальный осмотр, рентгеновский контроль, поперечное сечение и акустическая микроскопия. Эти методы проверки заранее выявляют любые скрытые проблемы пайки BGA до того, как продукция покинет производство.

Рентгеновский контроль BGA

Паяные соединения не могут быть полностью протестированы путем проверки электрических характеристик. Хотя эта форма теста процесса пайки BGA покажет проводимость в то время, она не даст подробной картины того, насколько успешно прошел процесс пайки BGA. Для этого единственным тестом является форма инспекции BGA с использованием рентгеновских лучей.

Рентгеновский контроль позволяет просматривать паяное соединение под устройством. В результате автоматизированный рентгеновский контроль стал основной технологией проверки печатных плат, содержащих BGA. К счастью, отмечено, что после правильной настройки профиля нагрева для паяльной машины BGA компоненты BGA паяются очень хорошо, и с процессом пайки BGA возникает мало проблем.

Устранение неисправностей плохих соединений BGA

Поиск и устранение первопричины является ключевым моментом перед попыткой переделки BGA. Возможные первопричины плохих паяных соединений BGA включают:

· Трещины от термических напряжений

· Дефекты или повреждения шариков припоя

· Несоответствие между шарами и полями

· Поглощение влаги под упаковкой

· Загрязнение, препятствующее смачиванию

· Недостаточная высота или объем паяльной пасты

Доработка и ремонт BGA

Как и ожидалось, переделка BGA-компонентов непроста, если нет подходящего оборудования.

Обзор доработки BGA

Этапы типичного процесса переделки компонента BGA следующие:

1) Приготовление: Прежде всего, проверьте исходный процесс сборки на предмет потенциальных факторов. Также убедитесь, что сменные инструменты и компоненты готовы.

2) Удаление: На этом этапе тщательно очистите площадки, не оставляя остатков. Затем повторно нанесите флюс, чтобы подготовиться к новым шарикам. Теперь восстановите площадки и приземлите шаблон контактной площадки печатной платы.

3) Реболлинг: Сначала используйте трафарет, чтобы нанести новые шарики припоя на корпус BGA, а затем оплавьте шарики припоя и прикрепите их к выводам корпуса.

4) Замена: Теперь необходимо использовать клей для временной фиксации компонента, аккуратно выровнять новый BGA на месте и оплавить его для формирования соединений.

5) Осмотр: В конце необходимо проверить выравнивание и шаровые соединения, а также оценить любые сопутствующие повреждения колодок или платы.

Ремонтное оборудование

Типичное оборудование для ремонта BGA включает в себя:

· Предпусковой подогреватель постепенно нагревает плату, чтобы избежать теплового удара.

· Сопло горячего воздуха направляет поток нагретого воздуха для локального обогрева.

· Микроскоп обеспечивает большое увеличение для проверки выравнивания и соединений.

· Крепление для поддержки печатной платы закрепите плату под компонентом, чтобы предотвратить нагрев.

· Замкнутый цикл контроль температуры форсунок также является одним из видов переработанного оборудования.

· Конвекционная печь для доработки предназначен для небольших плат, требующих полного теплового профиля печи.

· Набор инструментов BGA предоставляет направляющие для выравнивания, флюсы, шарики, трафареты и клеи.

Эти специализированные инструменты для ремонта помогают правильно снимать и заменять BGA-компоненты с минимальным сопутствующим ущербом.

Процесс переработки

Если есть подозрение, что компонент BGA неисправен, то можно удалить устройство. Это достигается путем локального нагрева компонента BGA для расплавления припоя под ним. В процессе переделки BGA процесс, нагрев часто осуществляется на специализированной станции доработки. Она включает в себя кондуктор, оснащенный инфракрасным нагревателем, вакуумное устройство для подъема пакета и термопару для контроля температуры.

Необходимо проявлять большую осторожность, чтобы нагревать и удалять только BGA. Другие устройства поблизости должны быть затронуты как можно меньше, в противном случае они могут быть повреждены.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что технология BGA в целом и пайка BGA процесс в частности зарекомендовали себя как очень успешные с момента их первого внедрения. Теперь они являются важной частью процесса сборки печатных плат, используемого в большинстве компаний для сборки прототипов печатных плат и для массового производства.

PCBasic предлагает станции для ремонта BGA, которые помогут вам организовать ваш внутренний сквозной процесс ремонта BGA. Позвольте нам помочь вам избежать обычной переделки BGA Ошибки, которые знакомы тем, кто работал с этими уникальными компонентами.

Кроме того, вы можете свяжитесь с нами уже сегодня для обсуждения наших услуг, включая все аспекты переделки BGA.