Présentation du BGA
BGA est un type de boîtier de puce, abréviation de Ball Grid Array en anglais. Les broches du boîtier sont des matrices de billes situées à la base du boîtier, sphériques et disposées en grille, d'où le nom BGA.
De nombreuses puces de contrôle de cartes mères utilisent ce type de technologie de packaging, principalement en céramique. La mémoire encapsulée avec la technologie BGA peut doubler, voire tripler, sa capacité sans modifier son volume. Comparé au TSOP, le BGA présente un volume plus petit, une meilleure dissipation thermique et de meilleures performances électriques.
Conception du routage des pastilles du boîtier BGA
1. Routage entre les pastilles BGA
Lors de la conception, l'espacement des pastilles BGA est inférieur à 10 mil, et le routage n'est pas autorisé entre deux BGA, car l'espacement de la largeur de ligne du routage dépasse les capacités du processus de production. Si un routage est nécessaire, la pastille BGA ne peut qu'être réduite. Lors de l'ébauche de production, s'assurer que l'espacement est suffisant entraînera la découpe de la pastille BGA. La pastille est découpée selon une forme spéciale, ce qui peut entraîner une position de soudage imprécise lors des soudures ultérieures.
2. Remplissage du via dans le pad avec un bouchon en résine
Lorsque l'espacement entre les pastilles du boîtier BGA est réduit et que le fil ne peut pas être acheminé, un via doit être conçu dans la pastille. Il s'agit de percer un trou sur la pastille et d'acheminer le fil depuis la couche interne ou la couche inférieure. Le via doit alors être rempli de résine et électrodéposé. Si le via n'est pas obturé par résine, la soudure sera de mauvaise qualité : un trou au milieu de la pastille, une zone de soudure réduite et de l'étain s'échappera.
3. Zone BGA via branchement
Les vias situés dans la zone des pastilles BGA doivent généralement être obturés. Pour l'exemple, compte tenu du coût et des difficultés de production, les vias de base sont recouverts d'huile. La méthode d'obturation est l'obturation à l'encre. L'avantage de cette méthode est d'empêcher la pénétration de corps étrangers dans le trou ou de prolonger la durée de vie du via. De plus, lors de la refusion du patch CMS, l'étain du via provoquera un court-circuit de l'autre côté.
4. Via dans le pad, conception HDI
Pour les puces BGA dont l'espacement des broches est relativement faible, lorsque le plot de connexion ne peut pas être routé en raison du processus, il est recommandé de concevoir directement un via dans le plot. Par exemple, la puce BGA d'une carte de téléphone portable est relativement petite, avec de nombreuses broches et un espacement réduit, ce qui rend impossible le routage des fils depuis le centre des broches. Seule la méthode de câblage par trou borgne enterré HDI peut être utilisée pour la conception du circuit imprimé. Le plot BGA est perforé d'un trou dans la plaque, la couche interne est perforée d'un trou enterré, puis la couche interne est câblée et connectée.
Qualité du processus de soudage BGA
1. Impression de pâte à souder
L'impression de pâte à braser a pour but d'appliquer uniformément une quantité appropriée de pâte à braser sur les pastilles du circuit imprimé afin de garantir une soudure par refusion des composants et des pastilles correspondantes, garantissant ainsi une bonne connexion électrique et une résistance mécanique suffisante. Pour imprimer de la pâte à braser, il est nécessaire de réaliser un treillis métallique. La pâte à braser passe par les ouvertures correspondantes de chaque pastille sur le treillis métallique, et l'étain est déposé uniformément sur chaque pastille sous l'action du racleur pour assurer une soudure parfaite.
2. Emplacement de l'appareil
Le placement de composants est appelé patching, c'est-à-dire l'utilisation d'une machine de placement pour placer avec précision les composants de la puce à l'emplacement correspondant sur la surface du circuit imprimé, imprimée avec de la pâte à braser ou de la colle de patch. Les machines de placement à grande vitesse conviennent au montage de composants de toutes tailles, tels que des condensateurs, des résistances, etc., et peuvent également monter certains circuits intégrés. Les machines de placement à usage général conviennent au montage de composants hétérogènes ou de haute précision, tels que les QFP, BGA, SOT, SOP. PLCC, etc.
3. Brasage par refusion
Le brasage par refusion consiste à faire fondre la pâte à braser sur la pastille du circuit imprimé afin d'établir une connexion mécanique et électrique entre l'extrémité à souder du composant monté en surface et la pastille du circuit imprimé, formant ainsi un circuit électrique. Le brasage par refusion est un procédé clé de la production CMS. Un réglage judicieux de la courbe de température est essentiel pour garantir la qualité du brasage par refusion. Une courbe de température inadaptée peut entraîner des défauts de soudure tels qu'une soudure incomplète, une soudure à froid, un gauchissement des composants, un excès de billes de soudure, etc., affectant ainsi la qualité du produit.
4. Inspection aux rayons X
Les rayons X permettent de détecter la quasi-totalité des défauts de fabrication. Grâce à leurs caractéristiques de perspective, la forme du joint de soudure peut être vérifiée et comparée à la forme standard de la bibliothèque informatique afin d'en évaluer la qualité. Ceci est particulièrement utile pour l'inspection des joints de soudure des composants BGA et DCA. L'inspection par rayons X est indispensable, car elle ne nécessite pas de moules d'essai. Cependant, son coût est actuellement assez élevé.
Raisons d'une mauvaise soudure BGA
1. Trous de pastilles BGA non traités
Lors du soudage BGA, les pastilles présentent des trous. Lors du soudage, les billes de soudure peuvent être perdues avec la brasure. En l'absence d'un procédé de soudage par résistance approprié lors de la production de circuits imprimés, la brasure et les billes peuvent s'échapper par les trous près de la carte de soudage, entraînant la perte de billes de soudure.
2. Différentes tailles de tampons
Les différentes tailles des pastilles de soudure BGA peuvent affecter la qualité du soudage. Le fil de sortie de la pastille BGA ne doit pas dépasser 50 % du diamètre de la pastille, et celui de la pastille d'alimentation ne doit pas être inférieur à 0.1 mm. Il doit également être épais pour éviter toute déformation de la pastille. De plus, la fenêtre de blocage de la soudure ne doit pas dépasser 0.05 mm et l'ouverture sur la surface en cuivre doit correspondre à la taille de la pastille du circuit. Dans le cas contraire, les pastilles BGA seront de tailles différentes, ce qui peut entraîner des problèmes de soudage.
Services DFM de wonderfulpcb À propos de la solution de soudage de puces BGA
1. Trou de tampon dans tampon emballé
L'analyse en un clic des services DFM de wonderfulpcb détecte la présence d'un trou de type « pad-in-pad » dans le fichier de conception et indique à l'ingénieur concepteur si ce trou doit être modifié. La conception de trous de type « pad-in-pad » est souvent évitée en raison de son coût de fabrication élevé. La conversion d'un trou de type « pad-in-pad » en un trou ordinaire permet de réduire le coût du produit. De plus, le système avertit l'usine de fabrication de cartes que le trou de type « pad-in-pad » doit être rempli de résine et que le procédé de fabrication de ce type doit être utilisé.
2. Rapport plot/broche
L'analyse d'assemblage des services DFM de wonderfulpcb détecte le rapport entre la taille de la pastille BGA dans le fichier de conception et celle de la broche du composant. Un diamètre de pastille inférieur à 20 % de la broche BGA peut entraîner une mauvaise soudure. À l'inverse, un diamètre supérieur à 25 % peut entraîner un espace de câblage trop réduit. Dans ce cas, l'ingénieur concepteur doit ajuster le rapport entre la pastille et le diamètre de la broche BGA.
Wonderfulpcb DFM Services propose des solutions de soudabilité des pastilles BGA, permettant aux utilisateurs de vérifier la soudabilité des fichiers de conception BGA avant la production. Cela permet d'éviter les problèmes de soudabilité lors de l'assemblage et de garantir que les puces BGA respectent les normes de qualité de soudabilité.
Qualité du processus de soudage BGA
1. Impression de pâte à souder
L'impression de pâte à braser vise à appliquer uniformément une quantité appropriée de pâte à braser sur les pastilles du circuit imprimé afin de garantir une soudure par refusion des composants et des pastilles correspondantes, garantissant ainsi une bonne connexion électrique et une résistance mécanique suffisante. Pour imprimer la pâte à braser, on utilise un treillis métallique. La pâte à braser passe par les ouvertures correspondantes de chaque pastille sur le treillis métallique, et l'étain est déposé uniformément sur chaque pastille sous l'action du racleur pour assurer une soudure parfaite.
2. Emplacement de l'appareil
Le placement de composants est appelé patching, ce qui implique l'utilisation d'une machine de placement pour placer avec précision les composants de la puce à l'emplacement correspondant sur la surface du circuit imprimé, imprimée avec de la pâte à braser ou de la colle de patch. Les machines de placement à grande vitesse conviennent au montage de composants de toutes tailles, tels que les condensateurs, les résistances et certains circuits intégrés. Les machines de placement à usage général conviennent au montage de composants hétérogènes ou de haute précision, tels que les QFP, BGA, SOT, SOP. PLCC, etc.
