BGA-lödning: Tekniker, röntgeninspektion och omarbetning

Den ständiga teknikutvecklingen har fört elektroniken mot lätta, små produkter. För att hålla jämna steg med dessa kunders behov introducerades SMT. Dessutom kräver den ökande efterfrågan på dessa produkter utveckling av högdensitetstekniker som snabbt kan monteras. Denna satsning ledde till utvecklingen av bollnätsmatriser. teknik.

Vid första anblicken kan BGA-lödning dock verka svårt eftersom lödkulorna är inklämda mellan kretskortet och själva BGA-höljet. Men kretskortsmontering med BGA har visat sig vara framgångsrik. Fördelarna med att använda BGA är ganska betydande när det gäller prestanda och tillförlitlighet.

Den här artikeln behandlar viktiga BGA-lödningstekniker, utrustning, processer och bästa praxis för montering, inspektion och omarbetning av kretskort med BGA-komponenter.

Vad är BGA-lödning?

BGA är ett helt annat paket än de som använder stift, som ett fyrkantigt platt paket. Stiften på BGA-paketen är arrangerade i ett rutmönster, vilket ger upphov till namnet. Istället för de mer traditionella trådstiften för anslutningarna används fler lödplattor med lödbollar. På kretskortet, på vilket BGA-komponenterna ska monteras, erbjuder en matchande uppsättning kopparplattor den nödvändiga anslutningen.

Fördel med BGA

· BGA-kapslar erbjuder flera fördelar jämfört med sina konkurrenter i form av fyrpackade plattkapslar. Som ett resultat används de alltmer för tillverkning av elektroniska kretsar. Några av dessa fördelar är:

· BGA-lödningen är robust: Andra kapslar har mycket fina stift, och dessa skadas lätt även vid den mest varsamma hantering. Och det är nästan omöjligt att reparera dem när stiften väl är böjda. BGA-enheter lider dock inte av detta eftersom anslutningarna tillhandahålls av lödplattor med BGA-lödkulor på, vilka är mycket svåra att skada.

· Höghastighetsprestanda: I BGA-kapsling sitter ledarna på undersidan av chipbäraren. Det betyder att ledningarna inuti chipet är kortare. Så oönskade ledningsinduktansnivåer är låga. På så sätt erbjuder BGA-enheter en högre prestandanivå än sina konkurrenter.

· Förbättrad kretskortsdesign: Spårdensiteterna runt många paket blir mycket höga på grund av stiftens mycket nära avstånd. En BGA sprider kontakterna över hela paketytan, vilket potentiellt minskar problemet.

· Låg värmebeständighet: BGA-elektroner erbjuder lägre värmemotstånd mellan kiselkretsarna. Detta gör att värme som genereras av den integrerade kretsen inuti kapslingen kan ledas ut från enheten till kretskortet snabbare och mer effektivt.

Tillämpningar av BGA

Ball Grid Array-lödning används inom många industrier, inklusive flyg- och rymdindustrin, datorreparation och elektroniktillverkning. Det används också för att förbättra prestandan hos höghastighetskretsar. Några andra användningsområden är:

· Reparation av elektroniska apparater: Det används för att reparera enheter som bärbara datorer, smartphones, spelkonsoler och surfplattor.

· Termisk hantering: BGA-lödning kan förbättra värmehanteringen i elektroniska apparater.

· Minskad elektromagnetisk störning: Det kan minska elektromagnetisk störning i enheter som arbetar vid högre frekvenser.

BGA-paket

BGA-kapslar är en typ av SMT-montering som används för integrerade kretsar. De erbjuder flera fördelar jämfört med traditionella hålmonterade komponenter, som tillförlitlighet och möjligheten att spåra densitet och värmeavledning.

BGA-pakettyper

Hur löds BGA till ett kretskort - BGA-lödningsprocess?

BGA-lödningsprocessen är mycket viktig inom modern elektroniktillverkning eftersom den säkerställer tillförlitliga anslutningar mellan BGA-kapslingen och kretskortet. Men om du behöver korrekt utförande bör du följa bästa praxis för att uppnå högkvalitativa resultat. Nedan utforskar vi de viktigaste stegen och teknikerna som är involverade i denna process.

BGA-lödningstekniker

BGA-lödning använder huvudsakligen två tekniker: reflow-lödning och manuell lödning. Den första innebär att man använder en reflow-ugn för att värma lödpastan, vilket får den att smälta och bilda robusta elektriska och mekaniska anslutningar. Den senare används för reparationer och prototyper och kräver specialverktyg som varmluftsstationer och skickliga operatörer för att uppnå bästa möjliga resultat.

Som jag nämnde tidigare, att välja en BGA-lödteknik beror på applikationen, produktionsskalan och komplexiteten hos kretskortsdesignen.

BGA PCB-landmönster

Korrekt landmönsterdesign på kretskortet är avgörande för effektiv BGA-lödning. Mönstren på lödpunkterna ska matcha BGA-kulans stigning och diameter. Dessa mönster har icke-lödmaskdefinierade (NSMD) plattor för bättre tillförlitlighet i lödfogarna. Dessutom inkluderar dessa mönster även via-in-plattor för högdensitetskort. Slutligen, om du följer IPC-standarder, hjälper det dig att säkerställa konsekventa resultat och minska lödfel.

BGA-lödpastautskrift

Det viktigaste steget är att applicera lödpasta korrekt på kretskortet. Några av övervägandena inkluderar:

· Stencildesign: Du bör använda en schablon med lämpliga öppningsstorlekar som matchar markmönstret.

· Pastakonsistens: Du bör också se till att lödpastan har en jämn viskositet för att förhindra hålrum och springor.

· Inriktning: Du bör vara noga med att uppnå exakt inriktning mellan stencilen och kretskortet för att undvika feltryck.

Komponentplacering

Korrekt placering av komponenterna i BGA-kapslingen på kretskortet kräver precision för att lodbollarna ska passas in med motsvarande plattor. Lyckligtvis används vanligtvis automatiserade pick-and-place-maskiner för detta steg. Dessa maskiner säkerställer korrekt positionering, varsam hantering för att förhindra skador på BGA-kapslingen och verifiering med hjälp av optiska inspektionssystem för att bekräfta justeringen.

Reflow lödningsprocess

Ocuco-landskapet återflödeslödning Processen används vanligtvis för att stelna lödfogarna, och den etablerar även elektrisk anslutning. Den involverar:

1. Förvärmning: Detta steg höjer gradvis temperaturen, och som ett resultat minimerar det termisk chock.

2. Blötläggning: Den stabiliserar kretskortets temperatur och aktiverar flussmedel för att rengöra ytorna.

3. Återflödeszon: Detta steg är utformat för att värma lödpastan över dess smältpunkt. Som ett resultat kommer det att låta den flyta och bilda fogar.

4. Kylning: Som det framgår av namnet på detta steg, stelnar det lodet och förhindrar termisk stress på enheten.

Därför är noggrann lödtemperaturprofilering viktig för att undvika defekter och misstag som lödbryggor, tombstoning eller tomrum. Genom att följa stegen som nämns ovan kan tillverkare säkerställa robusta anslutningar och högpresterande enheter, och det är för applikationer som kräver bAlla Produkter grid array-komponenter.

Inspektion av BGA-lödfogar

BGA-inspektion är ett område inom kretskortsmonteringsprocessen som väckte ett avsevärt intresse när BGA:er först introducerades.

Inspektionstekniker

BGA-inspektion kan inte utföras på vanligt sätt med enkla optiska tekniker. Eftersom det helt klart är Lödfogar finns under BGA-komponenterna, och de är inte synliga. Det skapade en avsevärd oro kring tekniken när den först introducerades. Många tillverkare genomförde tester för att säkerställa att de kunde löda BGA-komponenterna tillfredsställande.

Dessutom kräver kvaliteten på BGA-lödfogar specialiserade inspektionstekniker som visuell inspektion, röntgeninspektion, tvärsnittstagning och akustisk mikroskopi. Dessa inspektionstekniker identifierar proaktivt eventuella latenta BGA-lödproblem innan produkterna lämnar tillverkningen.

Röntgeninspektion för BGA

Lödfogarna kan inte testas fullständigt genom att kontrollera den elektriska prestandan. Även om denna form av test av BGA-lödningsprocessen kommer att avslöja konduktiviteten vid den tidpunkten, ger den inte en detaljerad bild av hur BGA-lödningsprocessen har lyckats. För detta är det enda testet en form av BGA-inspektion med röntgenstrålar.

Röntgeninspektion gör det möjligt att se genom enheten på den lödda fogen under. Som ett resultat blev automatiserad röntgeninspektion en viktig teknik för att kontrollera kretskort som innehåller BGA. Lyckligtvis har det noterats att när värmeprofilen för BGA-lödmaskinen är korrekt inställd löder BGA-komponenterna mycket bra, och få problem uppstår med BGA-lödningsprocessen.

Felsökning av dåliga BGA-skarvar

Det är viktigt att hitta och åtgärda grundorsaken innan man försöker omarbeta BGA. Potentiella grundorsaker till dåliga BGA-lödfogar inkluderar:

· Termiska spänningssprickor

· Defekter eller skador på lödkulan

· Feljustering mellan bollar och landningar

· Fuktabsorption under förpackningen

· Kontaminering som förhindrar vätning

· Otillräcklig höjd eller volym av lödpasta

BGA omarbetning och reparation

Som förväntat är det inte lätt att omarbeta BGA-monteringar om inte rätt utrustning finns tillgänglig.

Översikt över BGA-omarbetning

Stegen i en typisk omarbetningsprocess för BGA-komponenter är:

1) Förberedelser: Först och främst, granska den ursprungliga monteringsprocessen för potentiella faktorer. Se också till att reservverktyg och komponenter finns redo.

2) Borttagning: I detta steg, rengör dynorna noggrant så att de inte lämnar några rester. Applicera sedan flussmedel igen för att förbereda för nya kulor. Justera nu dynorna och låt PCB-mönstret löpa.

3) Reballing: Använd först en stencil för att applicera nya lödkulor på BGA-kapslingen och sedan reflow-kulor för att fästa dem på kapslingens terminaler.

4) Ersättning: Nu måste man använda lim för att tillfälligt fästa komponenten, noggrant justera den nya BGA-kabeln på plats och sedan återflöda den för att skapa anslutningar.

5) Kontroll: Till sist måste uppriktning och kulkopplingar verifieras, och eventuella följdskador på belägg eller bräda bedömas.

Omarbetningsutrustning

Typisk BGA-omarbetningsutrustning inkluderar:

· Förvärmaren värmer gradvis upp kortet för att undvika termisk chock.

· Varmluftsmunstycket riktar den uppvärmda luftströmmen för lokal uppvärmning.

· Mikroskopet ger hög förstoringsgrad för att inspektera uppriktning och fogar.

· PCB-stödfixtur Fäst kortet under komponenten för att förhindra överhettning.

· Sluten slinga temperaturkontroll av munstycken är också en av de omarbetade utrustningarna.

· Konvektionsugn för omarbetning är för små brädor som kräver en fullständig ugnstermisk profil.

· BGA-verktygssatsen tillhandahåller justeringsguider, flussmedel, kulor, schabloner och lim.

Dessa specialverktyg för omarbetning hjälper till att ta bort och byta ut BGA-kablar korrekt med minimal oförutsägbarhet.

Omarbetningsprocess

Om en BGA-komponent misstänks vara felaktig är det möjligt att ta bort enheten. Detta uppnås genom att BGA-komponenten värms upp lokalt för att smälta lodet under den. Vid BGA-omarbetningen I processen sker uppvärmningen ofta i en specialiserad omarbetningsstation. Denna består av en jigg utrustad med en infraröd värmare, en vakuumanordning för att lyfta förpackningen och ett termoelement för att övervaka temperaturen.

Stor försiktighet krävs för att endast BGA:n ska värmas upp och tas bort. Andra enheter i närheten bör påverkas så lite som möjligt, annars kan de skadas.

Slutsats

Sammanfattningsvis, BGA-teknik i allmänhet och BGA-lödning Speciellt har processen visat sig vara mycket framgångsrik sedan de först introducerades. De är nu en viktig del av kretskortsmonteringsprocessen som används i de flesta företag för prototypmontering av kretskort och för massproduktion.

PCBasic erbjuder BGA-omarbetningsstationer som hjälper dig att sätta upp din interna BGA-omarbetningsprocess. Låt oss hjälpa dig att undvika vanliga BGA-omarbetningar. misstag som är bekanta för dem som har arbetat med dessa unika komponenter.

Alternativt kan du kontakta oss idag för att diskutera våra tjänsteerbjudanden, inklusive alla aspekter av BGA-omarbetning.