Prehľad BGA
BGA je typ puzdra čipu, skratka pre Ball Grid Array v angličtine. Piny puzdra sú guľôčkové mriežkové polia v spodnej časti puzdra a sú guľovité a usporiadané do mriežkového vzoru, odtiaľ pochádza aj názov BGA.
Mnoho riadiacich čipov základných dosiek používa tento typ technológie balenia a materiály sú väčšinou keramické. Pamäť balená s technológiou BGA dokáže zvýšiť kapacitu pamäte dvojnásobne až trojnásobne bez zmeny objemu. V porovnaní s TSOP má BGA menší objem, lepší odvod tepla a elektrický výkon.
Návrh smerovania kontaktných plošiek BGA puzdra
1. Smerovanie medzi BGA kontaktmi
Počas návrhu je rozstup medzi BGA doskami menší ako 10 mil a frézovanie nie je povolené medzi dvoma BGA doskami, pretože rozstup šírky čiary frézovania presahuje možnosti výrobného procesu. Ak sa má vykonať frézovanie, BGA doska sa môže iba zmenšiť. Pri vytváraní výrobného návrhu zabezpečenie dostatočného rozstupu spôsobí orezávanie BGA dosky. Doska je orezána do špeciálneho tvaru, čo môže pri následnom zváraní spôsobiť nepresnú polohu zvaru.
2. Vyplnenie prechodu v podložke živicovou zátkou
Ak je rozostup kontaktných plošiek v puzdre BGA malý a vodič nie je možné pretiahnuť, je potrebné navrhnúť v kontaktnej ploške prechodku, teda vyraziť otvor do kontaktnej plošky a pretiahnuť vodič z vnútornej alebo spodnej vrstvy. V tomto prípade je potrebné prechodku v kontaktnej ploške vyplniť živicovou zátkou a galvanicky pokovovať. Ak prechodka v kontaktnej ploške nie je prekrytá živicou, zvarenie bude zlé, pretože v strede kontaktnej plošky je otvor a zvarová plocha je malá a cín bude z otvoru unikať.
3. Oblasť BGA prostredníctvom zapojenia
Prechodky v oblasti BGA podložky je vo všeobecnosti potrebné zaslepiť. V danom prípade sú vzhľadom na náklady a náročnosť výroby základné prechodky pokryté olejom. Zaslepenie sa vykonáva atramentovou farbou. Výhodou zaslepenia je zabránenie vniknutia cudzích telies do otvoru alebo predĺženie životnosti prechodky. Okrem toho, keď sa SMT záplata pretaví, cín prechodky spôsobí skrat na druhej strane.
4. Priechodka v podložke, dizajn HDI
V prípade BGA čipov s relatívne malým rozstupom pinov, keď nie je možné kvôli technologickému riešeniu viesť pinový kontakt, sa odporúča navrhnúť priamy prechod v kontaktnom kontakte. Napríklad BGA čip dosky mobilného telefónu je relatívne malý, s mnohými pinmi a malým rozstupom pinov, takže nie je možné viesť vodiče zo stredu pinov. Na návrh dosky plošných spojov je možné použiť iba metódu zapojenia slepého zapusteného otvoru HDI. BGA kontakt je vyrazený s otvorom v doske, vnútorná vrstva je vyrazená s otvorom a vnútorná vrstva je zapojený a prepojená.
Kvalita procesu zvárania BGA
1. Tlačová spájkovacia pasta
Účelom tlače spájkovacej pasty je rovnomerne naniesť primerané množstvo spájkovacej pasty na kontaktné plochy dosky plošných spojov, aby sa zabezpečilo, že komponenty záplaty a zodpovedajúce kontaktné plochy dosky plošných spojov sú spájkované pretavením, aby sa dosiahlo dobré elektrické spojenie a dostatočná mechanická pevnosť. Na tlač spájkovacej pasty musíme vytvoriť oceľovú sieťovinu. Spájkovacia pasta prechádza cez zodpovedajúce otvory každej kontaktnej plochy na oceľovej sieťovine a cín sa rovnomerne nanáša na každú kontaktnú plochu pôsobením škrabky, aby sa dosiahlo dobré zvarenie.
2. Umiestnenie zariadenia
Umiestňovanie zariadení sa nazýva patching, čo znamená použitie umiestňovacieho stroja na presné umiestnenie čipových súčiastok na zodpovedajúcu pozíciu na povrchu dosky plošných spojov potlačenú spájkovacou pastou alebo lepidlom na patchovanie. Vysokorýchlostné umiestňovacie stroje sú vhodné na montáž malých a veľkých súčiastok: ako sú kondenzátory, rezistory atď., a dokážu tiež montovať niektoré integrované obvody. Univerzálne umiestňovacie stroje sú vhodné na montáž heterogénnych alebo vysoko presných súčiastok: ako sú QFP, BGA, SOT, SOP, PLCC, atď.
3. Spájkovanie pretavením
Spájkovanie reflow spočíva v roztavení spájkovacej pasty na doske plošných spojov, čím sa dosiahne mechanické a elektrické spojenie medzi spájkovaným koncom povrchovo montovaného komponentu a doskou plošných spojov, čím sa vytvorí elektrický obvod. Spájkovanie reflow je kľúčovým procesom pri SMT výrobe. Rozumné nastavenie teplotnej krivky je kľúčom k zabezpečeniu kvality spájkovania reflow. Nevhodná teplotná krivka spôsobí chyby zvárania, ako je neúplné spájkovanie, studené spájkovanie, deformácia komponentov, nadmerné množstvo spájkovacích guľôčok atď. na doske plošných spojov, čo ovplyvňuje kvalitu výrobku.
4. Röntgenová kontrola
Röntgen dokáže skontrolovať takmer všetky procesné chyby. Prostredníctvom perspektívnych charakteristík röntgenu je možné skontrolovať tvar spájkovaného spoja a porovnať ho so štandardným tvarom v počítačovej knižnici, aby sa posúdila kvalita spájkovaného spoja. Toto je obzvlášť užitočné pri kontrole spájkovaných spojov súčiastok BGA a DCA. Úloha röntgenovej kontroly je nenahraditeľná, pretože nevyžaduje testovacie formy. Nevýhodou však je, že náklady na röntgenovú kontrolu sú v súčasnosti dosť vysoké.
Dôvody zlého zvárania BGA
1. Nespracované otvory pre BGA plošky
Na zváracích ploškách BGA sú otvory. Počas procesu zvárania sa môžu spolu s pájkou stratiť aj spájkovacie guľôčky. Vzhľadom na nedostatok správneho procesu odporového zvárania pri výrobe dosiek plošných spojov môže pájka a spájkovacie guľôčky unikať cez otvory v blízkosti zváracej dosky, čo vedie k strate spájkovacích guľôčok.
2. Rôzne veľkosti vložiek
Rôzne veľkosti spájkovacích plošiek BGA môžu ovplyvniť kvalitu zváracieho procesu. Vývodový drôt BGA plošky by nemal presiahnuť 50 % priemeru plošky a vývodový drôt napájacej plošky by nemal byť menší ako 0.1 mm. Mal by byť tiež zahustený, aby sa zabránilo deformácii zváracej plošky. Okrem toho by okno blokovania zvárania nemalo byť väčšie ako 0.05 mm a otvor na medenom povrchu by mal zodpovedať veľkosti plošky plošného spoja. V opačnom prípade budú plošky BGA vyrobené v rôznych veľkostiach, čo môže spôsobiť problémy počas zvárania.
Služby DFM s úžasnými pcb O riešení zvárania čipov BGA
1. Otvor pre zabalenú podložku
Analýza jedným kliknutím od wonderfulpcb DFM Services zistí, či sa v návrhovom súbore nachádza otvor typu „pad-in-pad“ a vyzve konštruktéra, či je potrebné otvor „pad-in-pad“ upraviť. Návrh otvorov typu „pad-in-pad“ sa často vyhýba kvôli vysokým výrobným nákladom. Ak je možné otvor „pad-in-pad“ zmeniť na bežný otvor, náklady na výrobok sa môžu znížiť. Systém navyše upozorní výrobcu dosiek, že návrh otvoru „pad-in-pad“ je potrebné vyplniť živicou a že sa musí použiť výrobný proces tohto otvoru.
2. Pomer medzi plochami a pinmi
Analýza zostáv spoločnosti wonderfulpcb DFM Services zisťuje pomer veľkosti BGA podložky v návrhovom súbore k skutočnému pinu zariadenia. Ak je priemer podložky menší ako 20 % pinu BGA, môže to viesť k zlému zvareniu. Naopak, ak je väčší ako 25 %, priestor na zapojenie je príliš malý. V takýchto prípadoch musí konštruktér upraviť pomer podložky k priemeru pinu BGA.
Spoločnosť wonderfulpcb DFM Services poskytuje riešenia pre spájkovateľnosť BGA podložiek a pomáha používateľom skontrolovať spájkovateľnosť súborov s návrhom BGA pred výrobou. To pomáha predchádzať problémom so spájkovateľnosťou počas montáže a zabezpečuje, že čipy BGA spĺňajú štandardy kvality spájkovateľnosti.
Kvalita procesu zvárania BGA
1. Tlačová spájkovacia pasta
Účelom tlače spájkovacej pasty je rovnomerne naniesť primerané množstvo spájkovacej pasty na kontaktné plochy dosky plošných spojov, aby sa zabezpečilo, že komponenty záplaty a zodpovedajúce kontaktné plochy dosky plošných spojov sú spájkované pretavením, čím sa dosiahne dobré elektrické spojenie a dostatočná mechanická pevnosť. Na tlač spájkovacej pasty sa používa oceľová sieťovina. Spájkovacia pasta prechádza cez zodpovedajúce otvory každej kontaktnej plochy na oceľovej sieťovine a cín sa rovnomerne nanáša na každú kontaktnú plochu pôsobením škrabky, aby sa dosiahlo dobré zvarenie.
2. Umiestnenie zariadenia
Umiestnenie zariadenia sa nazýva patching, čo zahŕňa použitie umiestňovacieho stroja na presné umiestnenie čipových komponentov na zodpovedajúcu pozíciu na povrchu dosky plošných spojov, ktorá je potlačená spájkovacou pastou alebo lepidlom na patchovanie. Vysokorýchlostné umiestňovacie stroje sú vhodné na montáž malých a veľkých komponentov, ako sú kondenzátory, rezistory a niektoré integrované obvody. Univerzálne umiestňovacie stroje sú vhodné na montáž heterogénnych alebo vysoko presných komponentov, ako sú QFP, BGA, SOT, SOP, PLCC, atď.
