Przegląd BGA
BGA to rodzaj obudowy układu scalonego, skrót od Ball Grid Array w języku angielskim. Kołki obudowy to układy siatki kulowej na dole obudowy, a kołki są kuliste i ułożone w kratkę, stąd nazwa BGA.
Wiele układów sterowania płyt głównych wykorzystuje ten typ technologii pakowania, a materiały są w większości ceramiczne. Pamięć pakowana w technologii BGA może zwiększyć pojemność pamięci dwa do trzech razy bez zmiany objętości. W porównaniu z TSOP, BGA ma mniejszą objętość, lepsze rozpraszanie ciepła i wydajność elektryczną.
Projekt trasowania padów w obudowie BGA
1. Trasowanie między padami BGA
Podczas projektowania odstęp między padami BGA jest mniejszy niż 10 mil, a trasowanie nie jest dozwolone między dwoma BGA, ponieważ odstęp między szerokościami linii trasowania przekracza możliwości procesu produkcyjnego. Jeśli trasowanie ma być wykonane, pad BGA może zostać jedynie zmniejszony. Podczas tworzenia projektu produkcyjnego upewnienie się, że odstęp jest wystarczający, spowoduje przycięcie padu BGA. Pad jest przycinany do specjalnego kształtu, co może powodować niedokładne położenie spawania podczas późniejszego spawania.
2. Wypełnienie otworu przelotowego w padzie zatyczką żywiczną
Gdy odstęp między padami układu BGA jest mały i nie można poprowadzić przewodu, należy zaprojektować przelotkę w padzie, tzn. otwór jest dziurkowany na padzie, a przewód jest prowadzony od wewnętrznej warstwy lub dolnej warstwy. W tym momencie przelotka w padzie musi zostać wypełniona zaślepką żywiczną i galwanizacją. Jeśli przelotka w padzie nie przyjmie procesu zaślepki żywicznej, doprowadzi to do słabego spawania podczas spawania, ponieważ w środku pada znajduje się otwór, a obszar spawania jest mały, a cyna będzie wyciekać z otworu.
3. Obszar BGA poprzez wtyk
Przelotki w obszarze padu BGA zazwyczaj muszą być zaślepione. W przypadku próbki, biorąc pod uwagę koszt i trudność produkcji, podstawowe przelotki są pokryte olejem. Metoda zaślepiania to zaślepianie tuszem. Zaletą zaślepiania jest zapobieganie przedostawaniu się ciał obcych do otworu lub ochrona żywotności przelotki. Ponadto, gdy łatka SMT jest reflowowana, cyna przelotki spowoduje zwarcie po drugiej stronie.
4. Przez pad, konstrukcja HDI
W przypadku układów BGA o stosunkowo małym odstępie między pinami, gdy pad pinowy nie może zostać poprowadzony z powodu procesu, zaleca się bezpośrednie zaprojektowanie przelotki w padzie. Na przykład układ BGA płytki telefonu komórkowego jest stosunkowo mały, z wieloma pinami i małym odstępem między pinami, więc nie można poprowadzić przewodów ze środka pinów. Do zaprojektowania płytki PCB można użyć tylko metody okablowania HDI z ślepymi otworami zakopanymi. Pad BGA jest dziurkowany z otworem w płytce, warstwa wewnętrzna jest dziurkowana z zakopanym otworem, a warstwa wewnętrzna jest okablowana i podłączona.
Jakość procesu spawania BGA
1. Drukowanie pasty lutowniczej
Celem drukowania pasty lutowniczej jest równomierne nałożenie odpowiedniej ilości pasty lutowniczej na pady PCB, aby zapewnić, że elementy łatki i odpowiadające im pady PCB zostaną zlutowane rozpływowo, aby uzyskać dobre połączenie elektryczne i wystarczającą wytrzymałość mechaniczną. Aby wydrukować pastę lutowniczą, musimy wykonać siatkę stalową. Pasta lutownicza przechodzi przez odpowiadające jej otwory każdego padu na siatce stalowej, a cyna jest równomiernie powlekana na każdym padzie pod działaniem skrobaka, aby uzyskać dobre spawanie.
2. Umiejscowienie urządzenia
Umieszczanie urządzeń to patchowanie, czyli użycie maszyny montażowej do precyzyjnego umieszczenia komponentów układu scalonego w odpowiednim miejscu na powierzchni płytki drukowanej, zadrukowanej pastą lutowniczą lub klejem. Szybkie maszyny montażowe nadają się do montażu małych i dużych elementów, takich jak kondensatory, rezystory itp., a także niektórych układów scalonych. Maszyny montażowe ogólnego przeznaczenia nadają się do montażu komponentów heterogenicznych lub o wysokiej precyzji, takich jak QFP, BGA, SOT, SOP. PLCC, itd.
3. Lutowanie rozpływowe
Lutowanie rozpływowe polega na stopieniu pasty lutowniczej na płytce drukowanej, aby uzyskać połączenie mechaniczne i elektryczne między lutowanym końcem elementu montowanego powierzchniowo a płytką PCB, tworząc obwód elektryczny. Lutowanie rozpływowe jest kluczowym procesem w produkcji SMT. Rozsądne ustawienie krzywej temperatury jest kluczem do zapewnienia jakości lutowania rozpływowego. Niewłaściwa krzywa temperatury spowoduje wady spawalnicze, takie jak niekompletne lutowanie, lutowanie na zimno, wypaczenie elementów, nadmierne kulki lutownicze itp. na płytce PCB, co wpłynie na jakość produktu.
4. Badanie rentgenowskie
X-Ray może sprawdzić niemal wszystkie wady procesu. Poprzez cechy perspektywiczne X-Ray, kształt połączenia lutowanego może być sprawdzony i porównany ze standardowym kształtem w bibliotece komputerowej, aby ocenić jakość połączenia lutowanego. Jest to szczególnie przydatne do inspekcji połączeń lutowanych komponentów BGA i DCA. Rola inspekcji X-Ray jest niezastąpiona, ponieważ nie wymaga form testowych. Jednak wadą jest to, że koszt inspekcji X-Ray jest obecnie dość wysoki.
Przyczyny słabego spawania BGA
1. Nieobrobione otwory na pady BGA
Na padach spawalniczych BGA znajdują się otwory. Podczas procesu spawania kulki lutownicze mogą zostać utracone wraz z lutem. Ze względu na brak prawidłowego procesu spawania oporowego w produkcji PCB, lut i kulki lutownicze mogą wydostać się przez otwory w pobliżu płytki spawalniczej, co powoduje utratę kulek lutowniczych.
2. Różne rozmiary podkładek
Różne rozmiary pól lutowniczych BGA mogą mieć wpływ na wydajność procesu spawania. Przewód wyprowadzający pola BGA nie powinien przekraczać 50% średnicy pola, a przewód wyprowadzający pola zasilania nie powinien być mniejszy niż 0.1 mm. Powinien być również pogrubiony, aby zapobiec odkształceniu pola spawalniczego. Ponadto okno blokujące spawanie nie powinno być większe niż 0.05 mm, a otwór na powierzchni miedzi powinien odpowiadać rozmiarowi pola lutowniczego obwodu. W przeciwnym razie pola BGA będą wykonane w różnych rozmiarach, co może powodować problemy podczas procesu spawania.
Wonderfulpcb Usługi DFM O rozwiązaniu do spawania układów BGA
1. Otwór wkładki w opakowaniu
Analiza jednym kliknięciem Wonderfulpcb DFM Services wykrywa, czy w pliku projektu znajduje się otwór typu pad-in-pad, i informuje inżyniera projektanta, czy otwór typu pad-in-pad wymaga modyfikacji. Projektowanie otworów typu pad-in-pad jest często pomijane ze względu na wysokie koszty produkcji. Jeśli otwór typu pad-in-pad można zmienić na zwykły otwór, koszt produktu można obniżyć. Ponadto system powiadamia fabrykę produkującą płytki, że projekt otworu typu pad-in-pad wymaga wypełnienia żywicą i że należy zastosować proces produkcji otworu typu pad-in-pad.
2. Stosunek pad-pin
Analiza montażu wonderfulpcb DFM Services wykrywa stosunek rozmiaru padu BGA w pliku projektu w stosunku do rzeczywistego pinu urządzenia. Jeśli średnica padu jest mniejsza niż 20% pinu BGA, może to prowadzić do słabego spawania. I odwrotnie, jeśli jest większa niż 25%, przestrzeń na okablowanie staje się zbyt mała. W takich przypadkach inżynier projektujący musi dostosować stosunek padu do średnicy pinu BGA.
wonderfulpcb DFM Services oferuje rozwiązania dotyczące lutowalności padów BGA, pomagając użytkownikom w przeglądaniu lutowalności plików projektowych BGA przed produkcją. Pomaga to uniknąć problemów z lutowalnością podczas montażu i zapewnia, że chipy BGA spełniają standardy jakości lutowalności.
Jakość procesu spawania BGA
1. Drukowanie pasty lutowniczej
Celem drukowania pasty lutowniczej jest równomierne nałożenie odpowiedniej ilości pasty lutowniczej na pady PCB, aby zapewnić, że elementy łatki i odpowiadające im pady PCB zostaną zlutowane rozpływowo, aby uzyskać dobre połączenie elektryczne i wystarczającą wytrzymałość mechaniczną. Aby wydrukować pastę lutowniczą, używana jest siatka stalowa. Pasta lutownicza przechodzi przez odpowiadające jej otwory każdego padu na siatce stalowej, a cyna jest równomiernie powlekana na każdym padzie pod działaniem skrobaka, aby uzyskać dobre spawanie.
2. Umiejscowienie urządzenia
Umieszczanie urządzeń to patchowanie, które polega na użyciu maszyny montażowej do precyzyjnego umieszczenia komponentów układu scalonego w odpowiednim miejscu na powierzchni płytki drukowanej, zadrukowanej pastą lutowniczą lub klejem. Szybkie maszyny montażowe nadają się do montażu małych i dużych elementów, takich jak kondensatory, rezystory i niektóre układy scalone. Maszyny montażowe ogólnego przeznaczenia nadają się do montażu komponentów heterogenicznych lub o wysokiej precyzji, takich jak QFP, BGA, SOT, SOP. PLCC, itd.
