Přehled BGA
BGA je typ pouzdra čipu, zkratka pro Ball Grid Array v angličtině. Piny pouzdra jsou kuličková mřížková pole ve spodní části pouzdra a piny jsou kulovité a uspořádané do mřížkového vzoru, odtud název BGA.
Mnoho řídicích čipů základních desek používá tento typ technologie balení a materiály jsou většinou keramické. Paměť balená technologií BGA může zvýšit kapacitu paměti dvakrát až třikrát bez změny objemu. Ve srovnání s TSOP má BGA menší objem, lepší odvod tepla a elektrický výkon.
Návrh směrování plošek pouzdra BGA
1. Směrování mezi BGA ploškami
Během návrhu je rozteč BGA plošek menší než 10 mil a frézování není povoleno mezi dvěma BGA, protože rozteč šířky čar frézování překračuje možnosti výrobního procesu. Pokud se má provést frézování, lze BGA plošku pouze zmenšit. Při vytváření výrobního návrhu zajištění dostatečné rozteče povede k oříznutí BGA plošky. Plocha je oříznuta do speciálního tvaru, což může při následném svařování způsobit nepřesnou polohu svaru.
2. Vyplnění otvoru v podložce pryskyřičnou zátkou
Pokud je rozteč plošek v pouzdře BGA malá a vodič nelze protáhnout, je nutné v plošce navrhnout prostup, tj. vyrazit otvor do plošky a protáhnout vodič z vnitřní nebo spodní vrstvy. V tomto případě je nutné prostup v plošce vyplnit pryskyřičnou zátkou a galvanicky pokovit. Pokud prostup v plošce neprojde procesem pryskyřičné zátky, povede to ke špatnému svařování, protože uprostřed plošky je otvor a svařovaná plocha je malá a cín bude z otvoru unikat.
3. Oblast BGA zapojením
Prostupy v oblasti BGA desky je obecně nutné zaslepit. Vzhledem k nákladům a obtížnosti výroby jsou základní prostupy v tomto vzorku pokryty olejem. Zaslepovací metodou je inkoustové zaslepení. Výhodou zaslepení je zabránění vniknutí cizích těles do otvoru nebo prodloužení životnosti prostupu. Kromě toho při přetavování SMT záplaty způsobí cín prostupu zkrat na druhé straně.
4. Průchodka v podložce, provedení HDI
U BGA čipů s relativně malou roztečí pinů, pokud nelze z důvodu výrobního procesu vést pinovou plošku, se doporučuje navrhnout průchodku přímo v plošce. Například BGA čip v základní desce mobilního telefonu je relativně malý, s mnoha piny a malou roztečí pinů, takže není možné vést vodiče od středu pinů. Pro návrh desky plošných spojů lze použít pouze metodu zapojení slepým zapuštěným otvorem HDI. BGA ploška je vyražena s otvorem v desce, vnitřní vrstva je vyražena s zapuštěným otvorem a vnitřní vrstva je zapojena a zapojena.
Kvalita svařovacího procesu BGA
1. Tisk pájecí pasty
Účelem tisku pájecí pasty je rovnoměrně nanést odpovídající množství pájecí pasty na kontaktní plošky desky plošných spojů, aby se zajistilo, že součástky plošky a odpovídající kontaktní plošky desky plošných spojů budou pájeny reflow metodou a dosáhnou se tak dobrého elektrického spojení a dostatečné mechanické pevnosti. Pro tisk pájecí pasty je třeba vytvořit ocelovou síťovinu. Pájecí pasta prochází odpovídajícími otvory každé kontaktní plošky na ocelové síti a cín se působením škrabky rovnoměrně nanáší na každou plošku, čímž se dosáhne dobrého svaření.
2. Umístění zařízení
Osazování součástek je tzv. patching, což je použití osazovacího stroje k přesnému umístění čipových součástek na odpovídající pozici na povrchu desky plošných spojů potištěného pájecí pastou nebo lepidlem. Vysokorychlostní osazovací stroje jsou vhodné pro montáž malých i velkých součástek: jako jsou kondenzátory, rezistory atd., a mohou také montovat některé integrované obvody. Univerzální osazovací stroje jsou vhodné pro montáž heterogenních nebo vysoce přesných součástek: jako jsou QFP, BGA, SOT, SOP, PLCC. atd.
3. Přetavovací pájení
Pájení reflow spočívá v roztavení pájecí pasty na kontaktní plošce desky plošných spojů, čímž se dosáhne mechanického a elektrického spojení mezi pájeným koncem povrchově montované součástky a kontaktní ploškou desky plošných spojů a vytvoří se tak elektrický obvod. Pájení reflow je klíčovým procesem při SMT výrobě. Rozumné nastavení teplotní křivky je klíčem k zajištění kvality pájení reflow. Nevhodná teplotní křivka způsobí vady svařování, jako je neúplné pájení, pájení za studena, deformace součástek, nadměrné množství pájkových kuliček atd. na desce plošných spojů, což ovlivní kvalitu výrobku.
4. Rentgenová kontrola
Rentgen dokáže zkontrolovat téměř všechny procesní vady. Prostřednictvím perspektivních charakteristik rentgenu lze zkontrolovat tvar pájeného spoje a porovnat ho se standardním tvarem v počítačové knihovně za účelem posouzení kvality pájeného spoje. To je obzvláště užitečné pro kontrolu pájených spojů součástek BGA a DCA. Role rentgenové kontroly je nenahraditelná, protože nevyžaduje zkušební formy. Nevýhodou však je, že náklady na rentgenovou kontrolu jsou v současné době poměrně vysoké.
Důvody špatného svařování BGA
1. Neopracované otvory pro BGA plošky
Na svařovacích ploškách BGA jsou otvory. Během svařování se mohou pájecí kuličky ztratit spolu s pájkou. Vzhledem k nedostatku řádného procesu odporového svařování při výrobě desek plošných spojů může pájka a pájecí kuličky unikat otvory v blízkosti svařovací desky, což vede ke ztrátě pájecích kuliček.
2. Různé velikosti vložek
Různé velikosti pájecích plošek BGA mohou ovlivnit kvalitu svařování. Vývodový vodič BGA plošky by neměl překročit 50 % průměru plošky a vývodový vodič napájecí plošky by neměl být menší než 0.1 mm. Měl by být také zesílen, aby se zabránilo deformaci svařovací plošky. Okno blokování svařování by navíc nemělo být větší než 0.05 mm a otvor na měděném povrchu by měl odpovídat velikosti pájecí plošky. V opačném případě budou BGA plošky vyrobeny v různých velikostech, což může způsobit problémy během svařování.
Služby DFM wonderfulpcb O řešení svařování BGA čipů
1. Otvor pro vložení elektrody v balení
Analýza jedním kliknutím od wonderfulpcb DFM Services detekuje, zda se v návrhovém souboru nachází otvor typu „ploška v plošce“ a upozorní konstruktéra, zda je třeba otvor upravit. Návrh otvorů typu „ploška v plošce“ se často vyhýbá kvůli vysokým výrobním nákladům. Pokud lze otvor typu „ploška v plošce“ změnit na běžný otvor, lze snížit náklady na výrobek. Systém navíc upozorní výrobce desek, že návrh otvoru typu „ploška v plošce“ je třeba vyplnit pryskyřicí a že je nutné použít výrobní proces typu „ploška v plošce“.
2. Poměr plošek k pinu
Analýza sestavy wonderfulpcb DFM Services detekuje poměr velikosti BGA plošky v návrhovém souboru vzhledem ke skutečnému pinu součástky. Pokud je průměr plošky menší než 20 % průměru BGA pinu, může to vést ke špatnému svaření. Naopak, pokud je větší než 25 %, prostor pro zapojení se stává příliš malým. V takových případech musí konstruktér upravit poměr velikosti plošky k průměru BGA pinu.
Společnost wonderfulpcb DFM Services poskytuje řešení pro pájitelnost BGA plošek a pomáhá uživatelům kontrolovat pájitelnost návrhových souborů BGA před výrobou. To pomáhá předcházet problémům s pájitelností během montáže a zajišťuje, že čipy BGA splňují standardy kvality a výtěžnosti pájitelnosti.
Kvalita svařovacího procesu BGA
1. Tisk pájecí pasty
Účelem tisku pájecí pasty je rovnoměrně nanést odpovídající množství pájecí pasty na kontaktní plošky desky plošných spojů, aby se zajistilo, že součástky plošky a odpovídající kontaktní plošky desky plošných spojů budou pájeny reflow metodou a dosáhnou se dobrého elektrického spojení a dostatečné mechanické pevnosti. Pro tisk pájecí pasty se používá ocelová síťovina. Pájecí pasta prochází odpovídajícími otvory každé kontaktní plošky na ocelové síťovině a cín se působením škrabky rovnoměrně nanáší na každou kontaktní plošku, čímž se dosáhne dobrého svaření.
2. Umístění zařízení
Osazování součástek je tzv. patching, což zahrnuje použití osazovacího stroje k přesnému umístění čipových součástek na odpovídající pozici na povrchu desky plošných spojů, která je potištěna pájecí pastou nebo lepidlem. Vysokorychlostní osazovací stroje jsou vhodné pro montáž malých i velkých součástek, jako jsou kondenzátory, rezistory a některé integrované obvody. Univerzální osazovací stroje jsou vhodné pro montáž heterogenních nebo vysoce přesných součástek, jako jsou QFP, BGA, SOT, SOP, PLCC. atd.
