Descripción general de BGA
BGA es un tipo de encapsulado de chip, abreviatura de Ball Grid Array (matriz de rejilla de bolas). Los pines del encapsulado son matrices de rejilla de bolas ubicadas en la parte inferior, y son esféricos y están dispuestos en un patrón de cuadrícula, de ahí el nombre BGA.
Muchos chips de control de placa base utilizan este tipo de tecnología de encapsulado, y los materiales son principalmente cerámicos. La memoria encapsulada con tecnología BGA puede duplicar o triplicar su capacidad sin modificar el volumen. En comparación con TSOP, la tecnología BGA ofrece un volumen menor, mejor disipación térmica y mejor rendimiento eléctrico.
Diseño de enrutamiento de almohadillas de paquete BGA
1. Enrutamiento entre pads BGA
Durante el diseño, la separación entre los pads BGA es inferior a 10 milésimas de pulgada, y no se permite el fresado entre dos BGA, ya que el ancho de línea excede la capacidad del proceso de producción. Si se requiere fresado, solo se puede reducir el pad BGA. Al realizar el borrador de producción, asegurar una separación suficiente cortará el pad BGA. El pad se corta con una forma especial, lo que puede causar una posición de soldadura imprecisa en soldaduras posteriores.
2. Relleno de la vía en la almohadilla con resina de taponamiento.
Cuando el espacio entre las almohadillas del encapsulado BGA es pequeño y no se puede enrutar el cable, es necesario diseñar una vía en la almohadilla; es decir, se perfora un orificio en la almohadilla y el cable se enruta desde la capa interna o inferior. En este caso, la vía debe rellenarse con resina y galvanoplastia. Si la vía no se rellena con resina, la soldadura resultará en una soldadura deficiente, ya que el orificio en el centro de la almohadilla y el área de soldadura son pequeños, lo que provocará fugas de estaño.
3. Área BGA mediante conexión
Las vías en el área del pad BGA generalmente requieren taponamiento. Para la muestra, considerando el costo y la dificultad de producción, las vías básicas se cubren con aceite. El método de taponamiento es con tinta. La ventaja de taponar es evitar la entrada de partículas extrañas en el orificio o prolongar la vida útil de la vía. Además, al refluir el parche SMT, el estaño de la vía provocará un cortocircuito en el otro lado.
4. Vía en la almohadilla, diseño HDI
Para chips BGA con una separación de pines relativamente pequeña, cuando el pad de pines no se puede enrutar debido al proceso, se recomienda diseñar una vía directamente en el pad. Por ejemplo, el chip BGA de la placa de un teléfono móvil es relativamente pequeño, con muchos pines y una separación pequeña, por lo que es imposible enrutar los cables desde el centro de los pines. Solo el método de cableado de orificio ciego enterrado HDI se puede utilizar para diseñar la PCB. El pad BGA se perfora con un orificio en la placa, la capa interna se perfora con un orificio enterrado y esta capa interna se cablea y conecta.
Calidad del proceso de soldadura BGA
1. Impresión de pasta de soldadura
El propósito de la impresión con pasta de soldadura es aplicar uniformemente una cantidad adecuada de pasta de soldadura a los pads de la PCB para garantizar que los componentes del parche y los pads correspondientes se suelden por reflujo, logrando una buena conexión eléctrica y suficiente resistencia mecánica. Para imprimir la pasta de soldadura, se crea una malla de acero. La pasta de soldadura pasa por las aberturas correspondientes de cada pad en la malla, y el estaño se aplica uniformemente sobre cada pad bajo la acción del raspador para lograr una buena soldadura.
2. Ubicación del dispositivo
La colocación de dispositivos se conoce como parcheo, que consiste en usar una máquina de colocación para colocar con precisión los componentes del chip en la posición correspondiente de la superficie de la PCB impresa con pasta de soldadura o pegamento de parche. Las máquinas de colocación de alta velocidad son adecuadas para el montaje de componentes pequeños y grandes, como condensadores, resistencias, etc., y también pueden montar algunos componentes de circuitos integrados (CI). Las máquinas de colocación de uso general son adecuadas para el montaje de componentes heterogéneos o de alta precisión, como QFP, BGA, SOT, SOP. PLCC, etc.
3. Soldadura por reflujo
La soldadura por reflujo consiste en fundir la pasta de soldadura en la almohadilla de la placa de circuito impreso para lograr una conexión mecánica y eléctrica entre el extremo de soldadura del componente de montaje superficial y la almohadilla de la PCB, formando así un circuito eléctrico. La soldadura por reflujo es un proceso clave en la producción de SMT. Un ajuste adecuado de la curva de temperatura es fundamental para garantizar la calidad de la soldadura por reflujo. Una curva de temperatura inadecuada provocará defectos de soldadura, como soldadura incompleta, soldadura en frío, deformación de los componentes, exceso de bolas de soldadura, etc., en la placa PCB, lo que afectará la calidad del producto.
4. Inspección por rayos X
Los rayos X pueden detectar casi todos los defectos del proceso. Gracias a las características de perspectiva de los rayos X, se puede verificar la forma de la unión de soldadura y compararla con la forma estándar de la biblioteca informática para evaluar su calidad. Esto es especialmente útil para la inspección de uniones de soldadura de componentes BGA y DCA. La función de la inspección por rayos X es insustituible, ya que no requiere moldes de prueba. Sin embargo, la desventaja es que actualmente su coste es bastante elevado.
Razones para una soldadura BGA deficiente
1. Orificios de almohadilla BGA sin procesar
Hay agujeros en las almohadillas de soldadura BGA. Durante el proceso de soldadura, las bolas de soldadura pueden perderse junto con la soldadura. Debido a la falta de un proceso adecuado de soldadura por resistencia en la producción de PCB, la soldadura y las bolas de soldadura pueden escaparse por los agujeros cerca de la placa de soldadura, lo que provoca la pérdida de bolas de soldadura.
2. Diferentes tamaños de almohadillas
Los diferentes tamaños de los pads de soldadura BGA pueden afectar la calidad del proceso de soldadura. El cable de salida del pad BGA no debe superar el 50 % de su diámetro, y el cable de salida del pad de potencia no debe ser inferior a 0.1 mm. Además, debe ser más grueso para evitar que el pad de soldadura se deforme. Además, la ventana de bloqueo de la soldadura no debe ser mayor de 0.05 mm, y la abertura en la superficie de cobre debe coincidir con el tamaño del pad del circuito. De lo contrario, los pads BGA se fabricarán en diferentes tamaños, lo que puede causar problemas durante el proceso de soldadura.
Servicios DFM de WonderfulPCB Acerca de la solución de soldadura de chip BGA
1. Orificio de almohadilla dentro de almohadilla empaquetado
El análisis en un solo clic de WonderfulPCB DFM Services detecta si existe un orificio de almohadilla en almohadilla en el archivo de diseño y avisa al ingeniero de diseño si es necesario modificarlo. El diseño de orificios de almohadilla en almohadilla suele evitarse debido a su alto coste de fabricación. Si se puede cambiar el orificio de almohadilla en almohadilla por uno convencional, se puede reducir el coste del producto. Además, el sistema alerta a la fábrica de placas de circuito impreso que el diseño del orificio de almohadilla en almohadilla debe rellenarse con resina y que se debe utilizar el proceso de producción de orificios de almohadilla en almohadilla.
2. Relación almohadilla-pin
El análisis de ensamblaje de WonderfulPCB DFM Services detecta la relación del tamaño del pad BGA en el archivo de diseño con respecto al pin del dispositivo. Si el diámetro del pad es inferior al 20 % del pin BGA, puede producirse una soldadura deficiente. Por el contrario, si es superior al 25 %, el espacio para el cableado es demasiado pequeño. En estos casos, el ingeniero de diseño debe ajustar la relación entre el pad y el diámetro del pin BGA.
Wonderfulpcb DFM Services ofrece soluciones de soldabilidad de pads BGA, ayudando a los usuarios a revisar la soldabilidad de los archivos de diseño BGA antes de la producción. Esto ayuda a evitar problemas de soldabilidad durante el ensamblaje y garantiza que los chips BGA cumplan con los estándares de calidad de soldabilidad.
Calidad del proceso de soldadura BGA
1. Impresión de pasta de soldadura
El propósito de la impresión con pasta de soldadura es aplicar uniformemente una cantidad adecuada de pasta de soldadura a los pads de la PCB para garantizar que los componentes del parche y los pads correspondientes se suelden por reflujo, logrando una buena conexión eléctrica y suficiente resistencia mecánica. Para imprimir la pasta de soldadura, se utiliza una malla de acero. La pasta de soldadura pasa por las aberturas correspondientes de cada pad sobre la malla de acero, y el estaño se aplica uniformemente sobre cada pad bajo la acción del raspador para lograr una buena soldadura.
2. Ubicación del dispositivo
La colocación de dispositivos se denomina parcheo, lo que implica el uso de una máquina de colocación para colocar con precisión los componentes del chip en la posición correspondiente de la superficie de la PCB, impresa con pasta de soldadura o pegamento de parche. Las máquinas de colocación de alta velocidad son adecuadas para el montaje de componentes pequeños y grandes, como condensadores, resistencias y algunos componentes de circuitos integrados (CI). Las máquinas de colocación de uso general son adecuadas para el montaje de componentes heterogéneos o de alta precisión, como QFP, BGA, SOT, SOP. PLCC, etc.
