Επισκόπηση BGA
Το BGA είναι ένας τύπος συσκευασίας τσιπ, συντομογραφία του Ball Grid Array στα αγγλικά. Οι ακίδες συσκευασίας είναι συστοιχίες σφαιρικού πλέγματος στο κάτω μέρος της συσκευασίας και οι ακίδες είναι σφαιρικές και διατεταγμένες σε ένα πλέγμα, εξ ου και το όνομα BGA.
Πολλά τσιπ ελέγχου μητρικών πλακετών χρησιμοποιούν αυτόν τον τύπο τεχνολογίας συσκευασίας και τα υλικά είναι ως επί το πλείστον κεραμικά. Η μνήμη που είναι συσκευασμένη με τεχνολογία BGA μπορεί να αυξήσει τη χωρητικότητα της μνήμης κατά δύο έως τρεις φορές χωρίς να αλλάξει η ένταση. Σε σύγκριση με το TSOP, το BGA έχει μικρότερο όγκο, καλύτερη απαγωγή θερμότητας και ηλεκτρική απόδοση.
Σχεδιασμός δρομολόγησης πακέτων BGA
1. Δρομολόγηση μεταξύ των μαξιλαριών BGA
Κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού, η απόσταση μεταξύ των τακακιών BGA είναι μικρότερη από 10 χιλιοστά και η δρομολόγηση δεν επιτρέπεται μεταξύ δύο BGA, επειδή η απόσταση πλάτους γραμμής της δρομολόγησης υπερβαίνει τις δυνατότητες της παραγωγικής διαδικασίας. Εάν πρόκειται να γίνει δρομολόγηση, το τακάκι BGA μπορεί μόνο να μειωθεί. Κατά την παραγωγή του βυθίσματος, η διασφάλιση ότι η απόσταση είναι επαρκής θα κοπεί το τακάκι BGA. Το τακάκι κόβεται σε ειδικό σχήμα, το οποίο μπορεί να προκαλέσει ανακριβή θέση συγκόλλησης στην επόμενη συγκόλληση.
2. Γέμισμα της διόδου στο ταμπόν με ρητίνη
Όταν η απόσταση μεταξύ των τακακιών της συσκευασίας BGA είναι μικρή και το σύρμα δεν μπορεί να δρομολογηθεί, πρέπει να σχεδιαστεί μια οπή στο τακάκι, δηλαδή η οπή να τρυπηθεί στο τακάκι και το σύρμα να δρομολογηθεί από το εσωτερικό στρώμα ή το κάτω στρώμα. Σε αυτή τη φάση, η οπή στο τακάκι πρέπει να γεμιστεί με ρητίνη και ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση. Εάν η οπή στο τακάκι δεν υιοθετήσει τη διαδικασία ρητίνης, αυτό θα οδηγήσει σε κακή συγκόλληση κατά τη συγκόλληση, επειδή υπάρχει μια οπή στη μέση του τακακιού και η περιοχή συγκόλλησης είναι μικρή, και ο κασσίτερος θα διαρρεύσει από την οπή.
3. Περιοχή BGA μέσω σύνδεσης
Οι οπές διέλευσης στην περιοχή του μαξιλαριού BGA πρέπει γενικά να σφραγίζονται. Για το δείγμα, λαμβάνοντας υπόψη το κόστος και τη δυσκολία παραγωγής, οι βασικές οπές διέλευσης καλύπτονται με λάδι. Η μέθοδος σφράγισης είναι η σφράγιση με μελάνι. Το πλεονέκτημα της σφράγισης είναι η αποτροπή ξένων σωμάτων στην οπή ή η προστασία της διάρκειας ζωής της οπής διέλευσης. Επιπλέον, όταν το έμπλαστρο SMT ξαναγεμίζεται, το μεταλλικό δοχείο της οπής διέλευσης θα προκαλέσει βραχυκύκλωμα στην άλλη πλευρά.
4. Μέσω του μαξιλαριού, σχεδιασμός HDI
Για τσιπ BGA με σχετικά μικρή απόσταση μεταξύ των ακίδων, όταν το pad των ακίδων δεν μπορεί να δρομολογηθεί λόγω της διαδικασίας, συνιστάται να σχεδιαστεί απευθείας μια διέλευση στο pad. Για παράδειγμα, το τσιπ BGA της πλακέτας κινητού τηλεφώνου είναι σχετικά μικρό, με πολλές ακίδες και μικρή απόσταση μεταξύ των ακίδων, επομένως είναι αδύνατο να δρομολογηθούν τα καλώδια από τη μέση των ακίδων. Μόνο η μέθοδος καλωδίωσης HDI με τυφλή θαμμένη οπή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον σχεδιασμό της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος. Το pad BGA τρυπιέται με μια οπή στην πλάκα, το εσωτερικό στρώμα τρυπιέται με μια θαμμένη οπή και το εσωτερικό στρώμα καλωδιώνεται και συνδέεται.
Ποιότητα Διαδικασίας Συγκόλλησης BGA
1. Εκτύπωση κόλλας συγκόλλησης
Ο σκοπός της εκτύπωσης με κόλλα συγκόλλησης είναι η ομοιόμορφη εφαρμογή κατάλληλης ποσότητας κόλλας συγκόλλησης στα τακάκια της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB), ώστε να διασφαλιστεί ότι τα εξαρτήματα του επιθέματος και τα αντίστοιχα τακάκια της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος έχουν συγκολληθεί με επανακόλληση για να επιτευχθεί καλή ηλεκτρική σύνδεση και επαρκής μηχανική αντοχή. Για να εκτυπώσουμε κόλλα συγκόλλησης, πρέπει να κατασκευάσουμε ένα χαλύβδινο πλέγμα. Η κόλλα συγκόλλησης διέρχεται από τα αντίστοιχα ανοίγματα κάθε τακακιού στο χαλύβδινο πλέγμα και ο κασσίτερος επικαλύπτεται ομοιόμορφα σε κάθε τακάκι υπό την επίδραση της ξύστρας για να επιτευχθεί καλή συγκόλληση.
2. Τοποθέτηση συσκευής
Η τοποθέτηση συσκευών είναι η επιδιόρθωση (patching), η οποία συνίσταται στη χρήση μιας μηχανής τοποθέτησης για την ακριβή τοποθέτηση εξαρτημάτων τσιπ στην αντίστοιχη θέση της επιφάνειας PCB που έχει τυπωθεί με πάστα συγκόλλησης ή κόλλα επιδιόρθωσης. Οι μηχανές τοποθέτησης υψηλής ταχύτητας είναι κατάλληλες για την τοποθέτηση μικρών και μεγάλων εξαρτημάτων: όπως πυκνωτές, αντιστάσεις κ.λπ., και μπορούν επίσης να τοποθετήσουν ορισμένα εξαρτήματα ολοκληρωμένου κυκλώματος. Οι μηχανές τοποθέτησης γενικής χρήσης είναι κατάλληλες για την τοποθέτηση ετερογενών ή υψηλής ακρίβειας εξαρτημάτων: όπως QFP, BGA, SOT, SOP, PLCΓ, κ.λπ.
3. Επαναρροή συγκόλλησης
Η συγκόλληση με επανακυκλοφορία (reflow colling) πραγματοποιείται με την τήξη της πάστας συγκόλλησης στο πλακίδιο του κυκλώματος, ώστε να επιτευχθεί μηχανική και ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ του άκρου συγκόλλησης του εξαρτήματος που είναι τοποθετημένο στην επιφάνεια και του πλακιδίου PCB, ώστε να σχηματιστεί ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Η επανακυκλοφορία (reflow colling) είναι μια βασική διαδικασία στην παραγωγή SMT. Η λογική ρύθμιση της καμπύλης θερμοκρασίας είναι το κλειδί για τη διασφάλιση της ποιότητας της επανακυκλοφορίας. Η ακατάλληλη καμπύλη θερμοκρασίας θα προκαλέσει ελαττώματα συγκόλλησης, όπως ατελής συγκόλληση, ψυχρή συγκόλληση, στρέβλωση εξαρτημάτων, υπερβολικές μπάλες συγκόλλησης κ.λπ. στην πλακέτα PCB, επηρεάζοντας την ποιότητα του προϊόντος.
4. Ακτινογραφικός έλεγχος
Το X-Ray μπορεί να ελέγξει σχεδόν όλα τα ελαττώματα της διαδικασίας. Μέσω των προοπτικών χαρακτηριστικών του X-Ray, το σχήμα της συγκολλητικής σύνδεσης μπορεί να ελεγχθεί και να συγκριθεί με το τυπικό σχήμα στη βιβλιοθήκη υπολογιστών για να κριθεί η ποιότητα της συγκολλητικής σύνδεσης. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για την επιθεώρηση συγκολλητικών συνδέσεων εξαρτημάτων BGA και DCA. Ο ρόλος της επιθεώρησης με ακτίνες Χ είναι αναντικατάστατος, καθώς δεν απαιτεί δοκιμαστικά καλούπια. Ωστόσο, το μειονέκτημα είναι ότι το κόστος της επιθεώρησης με ακτίνες Χ είναι επί του παρόντος αρκετά ακριβό.
Λόγοι για κακή συγκόλληση BGA
1. Ακατέργαστες οπές για ταμπόν BGA
Υπάρχουν τρύπες στα τακάκια της συγκόλλησης BGA. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, οι μπάλες συγκόλλησης ενδέχεται να χαθούν μαζί με το συγκολλητικό υλικό. Λόγω της έλλειψης κατάλληλης διαδικασίας συγκόλλησης με αντίσταση στην παραγωγή PCB, το συγκολλητικό υλικό και οι μπάλες συγκόλλησης μπορούν να διαφύγουν μέσα από τις τρύπες κοντά στην πλακέτα συγκόλλησης, με αποτέλεσμα την απώλεια μπάλων συγκόλλησης.
2. Διαφορετικά μεγέθη μαξιλαριών
Τα διαφορετικά μεγέθη των μαξιλαριών συγκόλλησης BGA μπορούν να επηρεάσουν την ποιοτική απόδοση της διαδικασίας συγκόλλησης. Το καλώδιο εξόδου του μαξιλαριού BGA δεν πρέπει να υπερβαίνει το 50% της διαμέτρου του μαξιλαριού και το καλώδιο εξόδου του ηλεκτρικού μαξιλαριού δεν πρέπει να είναι μικρότερο από 0.1 mm. Θα πρέπει επίσης να έχει παχύτερο πάχος για να αποφευχθεί η παραμόρφωση του μαξιλαριού συγκόλλησης. Επιπλέον, το παράθυρο μπλοκαρίσματος συγκόλλησης δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 0.05 mm και το άνοιγμα στην επιφάνεια του χαλκού πρέπει να ταιριάζει με το μέγεθος του κυκλώματος PAD. Διαφορετικά, τα μαξιλαράκια BGA θα κατασκευάζονται σε διαφορετικά μεγέθη, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει προβλήματα κατά τη διαδικασία συγκόλλησης.
Υπηρεσίες DFM wonderfulpcb Σχετικά με τη λύση συγκόλλησης τσιπ BGA
1. Συσκευασμένη οπή για το μαξιλάρι μέσα στο μαξιλάρι
Η ανάλυση με ένα κλικ των υπηρεσιών wonderfulpcb DFM Services ανιχνεύει εάν υπάρχει οπή για το pad-in-pad στο αρχείο σχεδίασης και ειδοποιεί τον μηχανικό σχεδίασης εάν η οπή για το pad-in-pad χρειάζεται τροποποίηση. Ο σχεδιασμός των οπών για το pad-in-pad συχνά αποφεύγεται λόγω του υψηλού κόστους κατασκευής. Εάν η οπή για το pad-in-pad μπορεί να αλλάξει σε μια συνηθισμένη οπή, το κόστος του προϊόντος μπορεί να μειωθεί. Επιπλέον, το σύστημα ειδοποιεί το εργοστάσιο κατασκευής πλακέτας ότι ο σχεδιασμός της οπής για το pad-in-pad πρέπει να γεμιστεί με ρητίνη και ότι πρέπει να χρησιμοποιηθεί η διαδικασία παραγωγής της οπής για το pad-in-pad.
2. Αναλογία μαξιλαριού προς καρφίτσα
Η ανάλυση συναρμολόγησης των υπηρεσιών wonderfulpcb DFM Services ανιχνεύει την αναλογία μεγέθους του μαξιλαριού BGA στο αρχείο σχεδίασης σε σχέση με τον πραγματικό ακροδέκτη της συσκευής. Εάν η διάμετρος του μαξιλαριού είναι μικρότερη από 20% της ακίδας BGA, μπορεί να οδηγήσει σε κακή συγκόλληση. Αντίθετα, εάν είναι μεγαλύτερη από 25%, ο χώρος καλωδίωσης γίνεται πολύ μικρός. Σε τέτοιες περιπτώσεις, ο μηχανικός σχεδιασμού πρέπει να προσαρμόσει την αναλογία του μαξιλαριού προς τη διάμετρο του ακροδέκτη BGA.
Η wonderfulpcb DFM Services παρέχει λύσεις συγκολλητικότητας σε pad BGA, βοηθώντας τους χρήστες να ελέγξουν την συγκολλησιμότητα των αρχείων σχεδίασης BGA πριν από την παραγωγή. Αυτό βοηθά στην αποφυγή προβλημάτων συγκολλησιμότητας κατά τη συναρμολόγηση και διασφαλίζει ότι τα τσιπ BGA πληρούν τα πρότυπα ποιότητας συγκολλησιμότητας.
Ποιότητα Διαδικασίας Συγκόλλησης BGA
1. Εκτύπωση κόλλας συγκόλλησης
Ο σκοπός της εκτύπωσης με κόλλα συγκόλλησης είναι η ομοιόμορφη εφαρμογή κατάλληλης ποσότητας κόλλας συγκόλλησης στα τακάκια της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB), ώστε να διασφαλιστεί ότι τα εξαρτήματα του επιθέματος και τα αντίστοιχα τακάκια της PCB έχουν συγκολληθεί με επανακόλληση για να επιτευχθεί καλή ηλεκτρική σύνδεση και επαρκής μηχανική αντοχή. Για την εκτύπωση κόλλας συγκόλλησης, χρησιμοποιείται ένα χαλύβδινο πλέγμα. Η κόλλα συγκόλλησης διέρχεται από τα αντίστοιχα ανοίγματα κάθε τακακιού στο χαλύβδινο πλέγμα και ο κασσίτερος επικαλύπτεται ομοιόμορφα σε κάθε τακάκι υπό την επίδραση της ξύστρας για να επιτευχθεί καλή συγκόλληση.
2. Τοποθέτηση συσκευής
Η τοποθέτηση συσκευών είναι η επιδιόρθωση (patching), η οποία περιλαμβάνει τη χρήση μιας μηχανής τοποθέτησης για την ακριβή τοποθέτηση εξαρτημάτων τσιπ στην αντίστοιχη θέση της επιφάνειας της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB), η οποία είναι τυπωμένη με πάστα συγκόλλησης ή κόλλα επιδιόρθωσης. Οι μηχανές τοποθέτησης υψηλής ταχύτητας είναι κατάλληλες για την τοποθέτηση μικρών και μεγάλων εξαρτημάτων, όπως πυκνωτές, αντιστάσεις και ορισμένα εξαρτήματα ολοκληρωμένου κυκλώματος. Οι μηχανές τοποθέτησης γενικής χρήσης είναι κατάλληλες για την τοποθέτηση ετερογενών ή υψηλής ακρίβειας εξαρτημάτων, όπως QFP, BGA, SOT, SOP, PLCΓ, κ.λπ.
