Panoramica BGA
BGA è un tipo di package per chip, abbreviazione di Ball Grid Array in inglese. I pin del package sono delle matrici a griglia di sfere (Ball Grid Array) nella parte inferiore del package, e sono sferici e disposti a griglia, da cui il nome BGA.
Molti chip di controllo delle schede madri utilizzano questo tipo di tecnologia di packaging, e i materiali sono principalmente ceramici. Le memorie confezionate con tecnologia BGA possono aumentare la capacità di memoria da due a tre volte senza modificarne il volume. Rispetto al TSOP, il BGA offre un volume inferiore, una migliore dissipazione del calore e prestazioni elettriche migliori.
Progettazione del routing del pad del pacchetto BGA
1. Instradamento tra i pad BGA
Durante la progettazione, la spaziatura tra i pad BGA è inferiore a 10 mil e la fresatura non è consentita tra due BGA, poiché la spaziatura della larghezza delle linee di fresatura supera la capacità del processo di produzione. Se è necessario eseguire la fresatura, il pad BGA può solo essere ridotto. Durante la creazione della bozza di produzione, assicurarsi che la spaziatura sia sufficiente taglierà il pad BGA. Il pad viene tagliato in una forma speciale, che potrebbe causare posizioni di saldatura imprecise nelle saldature successive.
2. Riempimento della via nel pad con tappo in resina
Quando la spaziatura tra i pad del package BGA è ridotta e il filo non può essere instradato, è necessario progettare un foro nel pad, ovvero praticare un foro sul pad e instradare il filo dallo strato interno o da quello inferiore. A questo punto, il foro nel pad deve essere riempito con resina e galvanoplastica. Se il foro nel pad non adotta il processo di resinatura, la saldatura sarà di scarsa qualità, poiché è presente un foro al centro del pad e l'area di saldatura è ridotta, con conseguente fuoriuscita di stagno dal foro.
3. Area BGA tramite collegamento
I fori di via nell'area del pad BGA devono generalmente essere tappati. Per il campione, considerando i costi e la difficoltà di produzione, i fori di via di base sono coperti con olio. Il metodo di tappatura è l'inchiostrazione. Il vantaggio della tappatura è quello di impedire l'ingresso di corpi estranei nel foro o di preservare la durata del foro di via. Inoltre, quando la patch SMT viene rifluita, lo stagno del foro causerà un cortocircuito dall'altro lato.
4. Tramite il pad, design HDI
Per i chip BGA con spaziatura dei pin relativamente ridotta, quando il pad dei pin non può essere instradato a causa del processo, si consiglia di progettare direttamente un via nel pad. Ad esempio, il chip BGA della scheda di un telefono cellulare è relativamente piccolo, con molti pin e spaziatura ridotta, quindi è impossibile instradare i fili dal centro dei pin. Solo il metodo di cablaggio a foro cieco interrato HDI può essere utilizzato per progettare il PCB. Il pad BGA viene forato nella piastra, lo strato interno viene forato con un foro interrato e lo strato interno viene cablato e connesso.
Qualità del processo di saldatura BGA
1. Stampa della pasta saldante
Lo scopo della stampa con pasta saldante è quello di applicare uniformemente una quantità adeguata di pasta saldante alle piazzole del PCB per garantire che i componenti della patch e le piazzole corrispondenti del PCB vengano saldati a rifusione, ottenendo una buona connessione elettrica e una sufficiente resistenza meccanica. Per stampare la pasta saldante, è necessario realizzare una maglia di acciaio. La pasta saldante passa attraverso le aperture corrispondenti di ciascuna piazzola sulla maglia di acciaio e lo stagno viene distribuito uniformemente su ciascuna piazzola sotto l'azione del raschiatore per ottenere una buona saldatura.
2. Posizionamento del dispositivo
Il posizionamento dei dispositivi è definito patching, ovvero l'utilizzo di una macchina di posizionamento per posizionare accuratamente i componenti del chip sulla posizione corrispondente della superficie del PCB stampata con pasta saldante o colla per patch. Le macchine di posizionamento ad alta velocità sono adatte al montaggio di componenti di piccole e grandi dimensioni, come condensatori, resistori, ecc., e possono anche montare alcuni componenti IC. Le macchine di posizionamento per uso generico sono adatte al montaggio di componenti eterogenei o ad alta precisione, come QFP, BGA, SOT, SOP. PLCC, ecc.
3. Saldatura a rifusione
La saldatura a rifusione consiste nel fondere la pasta saldante sulla piazzola del circuito stampato per ottenere una connessione meccanica ed elettrica tra l'estremità di saldatura del componente montato in superficie e la piazzola del PCB, formando così un circuito elettrico. La saldatura a rifusione è un processo chiave nella produzione SMT. L'impostazione di una curva di temperatura ragionevole è fondamentale per garantire la qualità della saldatura a rifusione. Una curva di temperatura inadeguata causerà difetti di saldatura come saldatura incompleta, saldatura fredda, deformazione dei componenti, eccessiva quantità di sfere di saldatura, ecc. sulla scheda PCB, compromettendo la qualità del prodotto.
4. Ispezione a raggi X
I raggi X possono verificare quasi tutti i difetti di processo. Grazie alle caratteristiche prospettiche dei raggi X, è possibile verificare la forma del giunto di saldatura e confrontarla con la forma standard presente nella libreria del computer per valutarne la qualità. Questo è particolarmente utile per l'ispezione dei giunti di saldatura di componenti BGA e DCA. Il ruolo dell'ispezione a raggi X è insostituibile, in quanto non richiede stampi di prova. Tuttavia, lo svantaggio è che il costo dell'ispezione a raggi X è attualmente piuttosto elevato.
Motivi della scarsa saldatura BGA
1. Fori per pad BGA non trattati
Le piazzole di saldatura BGA presentano dei fori. Durante il processo di saldatura, le sfere di saldatura potrebbero perdersi insieme alla lega saldante. A causa della mancanza di un adeguato processo di saldatura a resistenza nella produzione di PCB, la lega saldante e le sfere di saldatura possono fuoriuscire dai fori vicino alla scheda di saldatura, con conseguente perdita di sfere di saldatura.
2. Diverse dimensioni dei tamponi
Le diverse dimensioni dei pad di saldatura BGA possono influire sulla qualità del processo di saldatura. Il filo di uscita del pad BGA non deve superare il 50% del diametro del pad e il filo di uscita del pad di potenza non deve essere inferiore a 0.1 mm. Deve inoltre essere ispessito per evitare che il pad di saldatura si deformi. Inoltre, la finestra di blocco della saldatura non deve essere maggiore di 0.05 mm e l'apertura sulla superficie in rame deve corrispondere alle dimensioni del PAD del circuito. In caso contrario, i pad BGA saranno realizzati in dimensioni diverse, il che può causare problemi durante il processo di saldatura.
Servizi DFM di wonderfulpcb Informazioni sulla soluzione di saldatura a chip BGA
1. Foro per il pad nel pad confezionato
L'analisi one-click di wonderfulpcb DFM Services rileva la presenza di un foro pad-in-pad nel file di progettazione e avvisa il progettista se è necessario modificarlo. La progettazione di fori pad-in-pad viene spesso evitata a causa degli elevati costi di produzione. Se il foro pad-in-pad può essere sostituito con un foro standard, il costo del prodotto può essere ridotto. Inoltre, il sistema avvisa il produttore di schede che il foro pad-in-pad deve essere riempito con resina e che è necessario utilizzare il processo di produzione pad-in-pad.
2. Rapporto pad-to-pin
L'analisi di assemblaggio di wonderfulpcb DFM Services rileva il rapporto tra le dimensioni del pad BGA nel file di progettazione e il pin effettivo del dispositivo. Se il diametro del pad è inferiore al 20% del pin BGA, la saldatura potrebbe risultare inadeguata. Al contrario, se è superiore al 25%, lo spazio per il cablaggio diventa troppo piccolo. In questi casi, il progettista deve regolare il rapporto tra il pad e il diametro del pin BGA.
wonderfulpcb DFM Services fornisce soluzioni per la saldabilità dei pad BGA, aiutando gli utenti a verificare la saldabilità dei file di progettazione BGA prima della produzione. Questo aiuta a evitare problemi di saldabilità durante l'assemblaggio e garantisce che i chip BGA soddisfino gli standard di qualità e resa di saldabilità.
Qualità del processo di saldatura BGA
1. Stampa della pasta saldante
Lo scopo della stampa con pasta saldante è quello di applicare uniformemente una quantità adeguata di pasta saldante alle piazzole del PCB per garantire che i componenti della patch e le relative piazzole del PCB vengano saldati a rifusione, ottenendo una buona connessione elettrica e una sufficiente resistenza meccanica. Per stampare la pasta saldante, viene utilizzata una rete di acciaio. La pasta saldante passa attraverso le aperture corrispondenti di ciascuna piazzola sulla rete di acciaio e lo stagno viene distribuito uniformemente su ciascuna piazzola sotto l'azione del raschiatore per ottenere una buona saldatura.
2. Posizionamento del dispositivo
Il posizionamento dei dispositivi è definito patching, ovvero un'operazione che prevede l'utilizzo di una macchina di posizionamento per posizionare con precisione i componenti del chip sulla superficie del PCB, stampata con pasta saldante o colla per patch. Le macchine di posizionamento ad alta velocità sono adatte al montaggio di componenti di piccole e grandi dimensioni, come condensatori, resistori e alcuni componenti IC. Le macchine di posizionamento generiche sono adatte al montaggio di componenti eterogenei o ad alta precisione, come QFP, BGA, SOT, SOP. PLCC, ecc.
