Pregled BGA
BGA je vrsta ohišja čipa, okrajšava za Ball Grid Array v angleščini. Nožici ohišja so kroglične mrežne matrike na dnu ohišja, nožice pa so okrogle in razporejene v mrežastem vzorcu, od tod tudi ime BGA.
Številni krmilni čipi matičnih plošč uporabljajo tovrstno tehnologijo pakiranja, materiali pa so večinoma keramični. Pomnilnik, pakiran s tehnologijo BGA, lahko poveča kapaciteto pomnilnika za dva- do trikrat, ne da bi se spremenila prostornina. V primerjavi s TSOP ima BGA manjšo prostornino, boljše odvajanje toplote in električne zmogljivosti.
Zasnova usmerjanja ploščic za pakete BGA
1. Usmerjanje med BGA ploščicami
Med načrtovanjem je razmik med BGA ploščicami manjši od 10 mil, zato usmerjanje ni dovoljeno med dvema BGA ploščicama, ker razmik med širinami črt usmerjanja presega zmogljivost proizvodnega procesa. Če je treba izvesti usmerjanje, se lahko BGA ploščica le zmanjša. Pri izdelavi proizvodnega osnutka bo zadosten razmik povzročil, da se BGA ploščica odreže. Blazinica je izrezana v posebno obliko, kar lahko pri nadaljnjem varjenju povzroči netočen položaj varjenja.
2. Zapolnitev odprtine v blazinici s smolnim tesnilom
Ko je razmik med ploščicami v ohišju BGA majhen in žice ni mogoče napeljati, je treba v ploščici zasnovati prehod, torej luknjo, ki se izvrta na ploščici in žico napelje skozi notranjo ali spodnjo plast. V tem primeru je treba prehod v ploščici zapolniti s smolnim čepom in galvanizirati. Če prehod v ploščici ni napolnjen s smolnim čepom, bo to povzročilo slabo varjenje, ker je na sredini ploščice luknja in je varilno območje majhno, iz luknje pa bo puščal kositer.
3. Območje BGA prek priklopa
Prehodi na območju BGA ploščice morajo biti običajno zamašeni. V primeru, glede na stroške in težavnost izdelave, so osnovni prehodi prekriti z oljem. Metoda zamašitve je zamašitev s črnilom. Prednost zamašitve je preprečevanje vdora tujkov v luknjo ali podaljšanje življenjske dobe prehoda. Poleg tega bo pri ponovnem litju SMT obliža kositer prehoda povzročil kratek stik na drugi strani.
4. Preko v blazinici, zasnova HDI
Pri čipih BGA z relativno majhnim razmikom med pini, ko zaradi postopka ni mogoče usmeriti priključka, je priporočljivo, da se v priključku oblikuje neposreden prehod. Na primer, čip BGA na plošči mobilnega telefona je relativno majhen, z veliko pini in majhnim razmikom med pini, zato ni mogoče usmeriti žic iz sredine pinov. Za načrtovanje tiskanega vezja se lahko uporabi le metoda slepega ožičenja z zakopano luknjo HDI. V plošči je luknja na ploščici BGA, notranja plast je luknjana, notranja plast pa je ožičena in povezana.
Kakovost varilnega procesa BGA
1. Tiskanje spajkalne paste
Namen tiskanja s spajkalno pasto je enakomerno nanesti ustrezno količino spajkalne paste na ploščice tiskanega vezja, da se zagotovi ponovno spajkanje komponent ploščice in ustreznih ploščic na tiskanem vezju, da se doseže dobra električna povezava in zadostna mehanska trdnost. Za tiskanje spajkalne paste moramo izdelati jekleno mrežo. Spajkalna pasta prehaja skozi ustrezne odprtine vsake ploščice na jekleni mreži, kositer pa se pod delovanjem strgala enakomerno nanese na vsako ploščico, da se doseže dobro varjenje.
2. Namestitev naprave
Namestitev naprav je krpanje, kar pomeni, da se s pomočjo stroja za namestitev natančno namestijo komponente čipa na ustrezno mesto na površini tiskanega vezja, natisnjeno s spajkalno pasto ali lepilom za krpanje. Visokohitrostni stroji za namestitev so primerni za namestitev majhnih in velikih komponent: kot so kondenzatorji, upori itd., lahko pa namestijo tudi nekatere komponente integriranega vezja. Splošni stroji za namestitev so primerni za namestitev heterogenih ali visoko natančnih komponent: kot so QFP, BGA, SOT, SOP, PLCC, itd.
3. Reflow spajkanje
Spajkanje s ponovnim namakanjem pomeni taljenje spajkalne paste na ploščici tiskanega vezja, da se doseže mehanska in električna povezava med spajkanim koncem površinsko nameščene komponente in ploščico tiskanega vezja, s čimer se tvori električni tokokrog. Spajkanje s ponovnim namakanjem je ključni postopek pri SMT proizvodnji. Razumna nastavitev temperaturne krivulje je ključna za zagotavljanje kakovosti spajkanja s ponovnim namakanjem. Neustrezna temperaturna krivulja bo povzročila napake pri varjenju, kot so nepopolno spajkanje, hladno spajkanje, upogibanje komponent, prekomerne spajkalne kroglice itd. na plošči tiskanega vezja, kar bo vplivalo na kakovost izdelka.
4. Rentgenski pregled
Rentgenska preiskava lahko preveri skoraj vse procesne napake. Z rentgenskimi žarki je mogoče preveriti obliko spajkanega spoja in jo primerjati s standardno obliko v računalniški knjižnici, da se oceni kakovost spajkanja. To je še posebej uporabno za pregled spajkanih spojev komponent BGA in DCA. Vloga rentgenske preiskave je nenadomestljiva, saj ne zahteva testnih kalupov. Vendar pa je pomanjkljivost, da so stroški rentgenske preiskave trenutno precej visoki.
Razlogi za slabo varjenje BGA
1. Neobdelane luknje za BGA ploščice
Na varilnih blazinicah BGA so luknje. Med varjenjem se lahko spajkalne kroglice izgubijo skupaj s spajko. Zaradi pomanjkanja ustreznega postopka uporovnega varjenja pri proizvodnji tiskanih vezij lahko spajka in spajkalne kroglice uidejo skozi luknje v bližini varilne plošče, kar povzroči izgubo spajkalne kroglice.
2. Različne velikosti blazinic
Različne velikosti spajkalnih blazinic BGA lahko vplivajo na kakovost varjenja. Izhodna žica spajkalne blazinice BGA ne sme presegati 50 % premera blazinice, izhodna žica napajalne blazinice pa ne sme biti manjša od 0.1 mm. Prav tako mora biti odebeljena, da se prepreči deformacija varilne blazinice. Poleg tega okno za blokiranje varjenja ne sme biti večje od 0.05 mm, odprtina na bakreni površini pa se mora ujemati z velikostjo spajkalne blazinice vezja. V nasprotnem primeru bodo blazinice BGA izdelane v različnih velikostih, kar lahko povzroči težave med varjenjem.
Storitve DFM čudovite plošče PCB O rešitvi za varjenje čipov BGA
1. Luknja za vstavljanje blazinice v embalažo
Analiza z enim klikom storitve wonderfulpcb DFM zazna, ali je v datoteki zasnove prisotna luknja za ploščico v ploščici, in inženirja načrtovanja pozove, ali je treba luknjo za ploščico v ploščici spremeniti. Zasnova lukenj za ploščico v ploščici se pogosto izognemo zaradi visokih proizvodnih stroškov. Če je mogoče luknjo za ploščico v ploščici spremeniti v navadno luknjo, se lahko stroški izdelka zmanjšajo. Poleg tega sistem opozori tovarno, ki proizvaja tiskane vezje, da je treba luknjo za ploščico v ploščici zapolniti s smolo in da je treba uporabiti postopek izdelave luknje za ploščico v ploščici.
2. Razmerje med ploščico in zatičem
Analiza sestavljanja, ki jo je izvedlo podjetje wonderfulpcb DFM Services, zazna razmerje velikosti BGA ploščice v projektni datoteki glede na dejanski pin naprave. Če je premer ploščice manjši od 20 % BGA pina, lahko to povzroči slabo varjenje. Nasprotno pa, če je večji od 25 %, postane prostor za ožičenje premajhen. V takih primerih mora inženir projektant prilagoditi razmerje med premerom ploščice in BGA pina.
Storitve wonderfulpcb DFM ponujajo rešitve za spajkanje BGA ploščic in uporabnikom pomagajo pregledati spajkljivost BGA datotek pred proizvodnjo. To pomaga preprečiti težave s spajkljivostjo med sestavljanjem in zagotavlja, da čipi BGA izpolnjujejo standarde kakovosti spajkljivosti.
Kakovost varilnega procesa BGA
1. Tiskanje spajkalne paste
Namen tiskanja s spajkalno pasto je enakomerno nanesti ustrezno količino spajkalne paste na ploščice tiskanega vezja, da se zagotovi, da so komponente ploščice in ustrezne ploščice tiskanega vezja ponovno spajkane, da se doseže dobra električna povezava in zadostna mehanska trdnost. Za tiskanje spajkalne paste se uporablja jeklena mreža. Spajkalna pasta prehaja skozi ustrezne odprtine vsake ploščice na jekleni mreži, kositer pa se pod delovanjem strgala enakomerno nanese na vsako ploščico, da se doseže dobro varjenje.
2. Namestitev naprave
Namestitev naprav je krpanje, ki vključuje uporabo namestitvenega stroja za natančno namestitev komponent čipa na ustrezno mesto na površini tiskanega vezja, ki je natisnjeno s spajkalno pasto ali lepilom za krpanje. Visokohitrostni namestitveni stroji so primerni za montažo majhnih in velikih komponent, kot so kondenzatorji, upori in nekatere komponente integriranega vezja. Splošni namestitveni stroji so primerni za montažo heterogenih ali visoko natančnih komponent, kot so QFP, BGA, SOT, SOP, PLCC, itd.
