Обзор BGA
BGA — это тип корпуса чипа, сокращение от Ball Grid Array на английском языке. Выводы корпуса представляют собой массивы шариковых сеток в нижней части корпуса, а выводы имеют сферическую форму и расположены в виде сетки, отсюда и название BGA.
Многие микросхемы управления материнскими платами используют этот тип технологии упаковки, а материалы в основном керамические. Память, упакованная по технологии BGA, может увеличить емкость памяти в два-три раза без изменения объема. По сравнению с TSOP, BGA имеет меньший объем, лучшее рассеивание тепла и электрические характеристики.
Проектирование трассировки контактных площадок BGA-корпуса
1. Маршрутизация между контактными площадками BGA
Во время проектирования расстояние между контактными площадками BGA составляет менее 10 мил, и разводка между двумя BGA не допускается, поскольку расстояние между линиями разводки превышает возможности производственного процесса. Если разводка должна быть выполнена, контактную площадку BGA можно только уменьшить. При создании производственного проекта обеспечение достаточного расстояния приведет к разрезанию контактной площадки BGA. Контактная площадка вырезается в специальной форме, что может привести к неточному положению сварки при последующей сварке.
2. Заполнение отверстия в контактной площадке смоляной пробкой
Если расстояние между контактными площадками корпуса BGA мало и провод не может быть проложен, необходимо спроектировать переходное отверстие в контактной площадке, то есть пробить отверстие в контактной площадке и проложить провод из внутреннего слоя или нижнего слоя. В это время переходное отверстие в контактной площадке необходимо заполнить смоляной пробкой и гальваническим покрытием. Если переходное отверстие в контактной площадке не соответствует процессу заполнения смолой, это приведет к плохой сварке во время сварки, поскольку в середине контактной площадки есть отверстие, а область сварки мала, и олово будет вытекать из отверстия.
3. Зона BGA через заглушку
Переходные отверстия в области контактной площадки BGA обычно необходимо заглушить. Для образца, учитывая стоимость и сложность производства, основные переходные отверстия покрыты маслом. Метод заглушки — чернильная заглушка. Преимущество заглушки заключается в предотвращении попадания посторонних веществ в отверстие или защите срока службы переходного отверстия. Кроме того, когда SMT-заплатка оплавляется, олово переходного отверстия вызовет короткое замыкание на другой стороне.
4. Отверстие в контактной площадке, конструкция HDI
Для чипов BGA с относительно небольшим расстоянием между контактами, когда контактная площадка не может быть проложена из-за процесса, рекомендуется напрямую проектировать переходное отверстие в контактной площадке. Например, чип BGA платы мобильного телефона относительно небольшой, с большим количеством контактов и небольшим расстоянием между контактами, поэтому невозможно проложить провода от середины контактов. Для проектирования печатной платы можно использовать только метод проводки с глухим скрытым отверстием HDI. Контактная площадка BGA пробивает отверстие в пластине, внутренний слой пробивает скрытое отверстие, а внутренний слой прокладывается и соединяется.
Качество процесса сварки BGA
1. Печать паяльной пасты
Целью печати паяльной пастой является равномерное нанесение соответствующего количества паяльной пасты на контактные площадки печатной платы, чтобы гарантировать, что компоненты патча и соответствующие контактные площадки печатной платы спаяны оплавлением для достижения хорошего электрического соединения и достаточной механической прочности. Для печати паяльной пастой нам нужно сделать стальную сетку. Паяльная паста проходит через соответствующие отверстия каждой площадки на стальной сетке, а олово равномерно покрывает каждую площадку под действием скребка для достижения хорошей сварки.
2. Размещение устройства
Монтаж устройств (патчирование) заключается в использовании установочного станка для точной установки чип-компонентов на соответствующие места на поверхности печатной платы, обработанной паяльной пастой или клеем. Высокоскоростные установочные станки подходят для монтажа как небольших, так и крупных компонентов, таких как конденсаторы, резисторы и т.д., а также некоторых компонентов интегральных схем. Универсальные установочные станки подходят для монтажа разнородных или высокоточных компонентов, таких как QFP, BGA, SOT, SOP. PLCС и т.д.
3. Пайка оплавлением
Пайка оплавлением заключается в расплавлении паяльной пасты на контактной площадке печатной платы для достижения механического и электрического соединения между концом паяемого компонента поверхностного монтажа и контактной площадкой печатной платы для формирования электрической цепи. Пайка оплавлением является ключевым процессом в производстве SMT. Разумная настройка температурной кривой является ключом к обеспечению качества пайки оплавлением. Неправильная температурная кривая приведет к дефектам сварки, таким как неполная пайка, холодная пайка, деформация компонентов, чрезмерное количество шариков припоя и т. д. на плате печатной платы, что повлияет на качество продукции.
4. Рентгеновский контроль
Рентгеновский контроль может проверить практически все дефекты процесса. Благодаря перспективным характеристикам рентгеновского контроля можно проверить форму паяного соединения и сравнить ее со стандартной формой в компьютерной библиотеке, чтобы оценить качество паяного соединения. Это особенно полезно для контроля паяных соединений компонентов BGA и DCA. Роль рентгеновского контроля незаменима, так как для этого не требуются испытательные формы. Однако недостатком является то, что стоимость рентгеновского контроля в настоящее время довольно высока.
Причины плохой сварки BGA
1. Необработанные отверстия под контактные площадки BGA
На контактных площадках сварки BGA имеются отверстия. В процессе сварки шарики припоя могут быть потеряны вместе с припоем. Из-за отсутствия надлежащего процесса контактной сварки при производстве печатных плат припой и шарики припоя могут выходить через отверстия около сварочной платы, что приводит к потере шариков припоя.
2. Различные размеры прокладок
Различные размеры контактных площадок BGA могут повлиять на качество процесса сварки. Выводной провод контактной площадки BGA не должен превышать 50% диаметра площадки, а выводной провод контактной площадки питания не должен быть менее 0.1 мм. Он также должен быть утолщен, чтобы предотвратить деформацию контактной площадки. Кроме того, окно блокировки сварки не должно быть больше 0.05 мм, а отверстие на медной поверхности должно соответствовать размеру контактной площадки схемы. В противном случае контактные площадки BGA будут сделаны разных размеров, что может вызвать проблемы в процессе сварки.
wonderfulpcb DFM Услуги О решении для сварки чипов BGA
1. Упакованная прокладка в отверстии для прокладки
Анализ в один клик wonderfulpcb DFM Services определяет, есть ли в файле проекта отверстие pad-in-pad, и подсказывает инженеру-конструктору, нужно ли изменить отверстие pad-in-pad. Проектирование отверстий pad-in-pad часто избегают из-за высокой стоимости производства. Если отверстие pad-in-pad можно заменить на обычное отверстие, стоимость продукта может быть снижена. Кроме того, система оповещает завод-изготовитель плат о том, что конструкцию отверстия pad-in-pad необходимо заполнить смолой, и что необходимо использовать процесс производства отверстий pad-in-pad.
2. Соотношение контактной площадки и штифта
Анализ сборки wonderfulpcb DFM Services определяет соотношение размеров контактной площадки BGA в файле проекта относительно фактического вывода устройства. Если диаметр контактной площадки составляет менее 20% от вывода BGA, это может привести к плохой сварке. И наоборот, если он превышает 25%, пространство для проводки становится слишком маленьким. В таких случаях инженеру-конструктору необходимо скорректировать соотношение контактной площадки к диаметру вывода BGA.
wonderfulpcb DFM Services предоставляет решения для паяемости BGA-площадок, помогая пользователям проверять паяемость файлов дизайна BGA перед производством. Это помогает избежать проблем с паяемостью во время сборки и гарантирует, что чипы BGA соответствуют стандартам качества паяемости.
Качество процесса сварки BGA
1. Печать паяльной пасты
Целью печати паяльной пастой является равномерное нанесение соответствующего количества паяльной пасты на контактные площадки печатной платы, чтобы гарантировать, что компоненты патча и соответствующие контактные площадки печатной платы спаяны оплавлением для достижения хорошего электрического соединения и достаточной механической прочности. Для печати паяльной пастой используется стальная сетка. Паяльная паста проходит через соответствующие отверстия каждой площадки на стальной сетке, а олово равномерно покрывает каждую площадку под действием скребка для достижения хорошей сварки.
2. Размещение устройства
Монтаж устройств – это патчирование, которое подразумевает использование установочного станка для точного размещения компонентов чипа на соответствующей поверхности печатной платы, на которую нанесена паяльная паста или клей-накладка. Высокоскоростные установочные станки подходят для монтажа как небольших, так и крупных компонентов, таких как конденсаторы, резисторы и некоторые компоненты ИС. Универсальные установочные станки подходят для монтажа разнородных или высокоточных компонентов, таких как QFP, BGA, SOT, SOP. PLCС и т.д.
