ภาพรวม BGA
BGA เป็นแพ็คเกจชิปชนิดหนึ่ง ซึ่งย่อมาจาก Ball Grid Array ในภาษาอังกฤษ พินแพ็คเกจคืออาร์เรย์บอลกริดที่อยู่ด้านล่างของแพ็คเกจ และพินเป็นทรงกลมและเรียงกันเป็นรูปทรงกริด ดังนั้นจึงมีชื่อว่า BGA
ชิปควบคุมเมนบอร์ดจำนวนมากใช้เทคโนโลยีการบรรจุแบบนี้ และวัสดุส่วนใหญ่เป็นเซรามิก หน่วยความจำที่บรรจุด้วยเทคโนโลยี BGA สามารถเพิ่มความจุหน่วยความจำได้สองถึงสามเท่าโดยไม่เปลี่ยนปริมาตร เมื่อเปรียบเทียบกับ TSOP แล้ว BGA จะมีปริมาตรที่เล็กกว่า ระบายความร้อนได้ดีกว่า และประสิทธิภาพทางไฟฟ้าดีกว่า
การออกแบบเส้นทางแพดแพ็คเกจ BGA
1. การเดินสายระหว่างแผ่น BGA
ในระหว่างการออกแบบ ระยะห่างระหว่างแผ่น BGA จะน้อยกว่า 10 มิล และไม่อนุญาตให้ทำการไล่ระดับระหว่าง BGA สองแผ่น เนื่องจากระยะห่างระหว่างความกว้างของเส้นในการไล่ระดับเกินขีดความสามารถของกระบวนการผลิต หากต้องทำการไล่ระดับ แผ่น BGA จะต้องลดลงเท่านั้น เมื่อทำการร่างแบบการผลิต ให้แน่ใจว่าระยะห่างเพียงพอจะตัดแผ่น BGA แผ่นจะถูกตัดเป็นรูปร่างพิเศษ ซึ่งอาจทำให้ตำแหน่งการเชื่อมไม่แม่นยำในการเชื่อมครั้งต่อไป
2. เติม via ในแผ่นด้วยอุดเรซิน
เมื่อระยะห่างของแผ่นวงจร BGA มีขนาดเล็กและไม่สามารถวางสายได้ จำเป็นต้องออกแบบ via ในแผ่นวงจร นั่นคือ เจาะรูบนแผ่นวงจรและวางสายจากชั้นในหรือชั้นล่าง ในเวลานี้ via ในแผ่นวงจรจะต้องถูกเติมด้วยการอุดเรซินและการชุบด้วยไฟฟ้า หาก via ในแผ่นวงจรไม่ปฏิบัติตามกระบวนการอุดเรซิน จะทำให้การเชื่อมระหว่างการเชื่อมไม่ดี เนื่องจากมีรูตรงกลางแผ่นวงจรและพื้นที่เชื่อมมีขนาดเล็ก และดีบุกจะรั่วออกจากรู
3. พื้นที่ BGA ผ่านการเสียบปลั๊ก
โดยทั่วไปแล้ว Vias ในพื้นที่แผ่น BGA จะต้องถูกอุด สำหรับตัวอย่าง เมื่อพิจารณาถึงต้นทุนและความยากในการผลิต Vias พื้นฐานจะถูกเคลือบด้วยน้ำมัน วิธีการอุดคือการอุดหมึก ข้อดีของการอุดคือเพื่อป้องกันสิ่งแปลกปลอมในรูหรือปกป้องอายุการใช้งานของ Via นอกจากนี้ เมื่อทำการรีโฟลว์แพทช์ SMT ดีบุก Via จะทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรที่อีกด้านหนึ่ง
4. ผ่านแผ่นออกแบบ HDI
สำหรับชิป BGA ที่มีระยะห่างของพินค่อนข้างเล็ก เมื่อไม่สามารถกำหนดเส้นทางแผ่นพินได้เนื่องจากกระบวนการ ขอแนะนำให้ออกแบบ via ในแผ่นโดยตรง ตัวอย่างเช่น ชิป BGA ของบอร์ดโทรศัพท์มือถือมีขนาดค่อนข้างเล็ก มีพินจำนวนมากและระยะห่างของพินน้อย จึงไม่สามารถกำหนดเส้นทางสายจากตรงกลางของพินได้ สามารถใช้เฉพาะวิธีการเดินสายแบบรูฝังตาบอด HDI เท่านั้นในการออกแบบ PCB แผ่น BGA เจาะรูในแผ่น ชั้นในเจาะรูฝัง และชั้นในเดินสายและเชื่อมต่อ
คุณภาพกระบวนการเชื่อม BGA
1. การพิมพ์ยาบัดกรี
จุดประสงค์ของการพิมพ์ด้วยยาประสานคือการทายาประสานในปริมาณที่เหมาะสมลงบนแผ่น PCB อย่างสม่ำเสมอเพื่อให้แน่ใจว่าส่วนประกอบของแผ่นและแผ่น PCB ที่เกี่ยวข้องได้รับการบัดกรีแบบรีโฟลว์เพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่ดีและมีความแข็งแรงทางกลเพียงพอ ในการพิมพ์ยาประสาน เราต้องทำตาข่ายเหล็ก ยาประสานจะผ่านช่องเปิดที่สอดคล้องกันบนแผ่นแต่ละแผ่นบนตาข่ายเหล็ก และเคลือบดีบุกอย่างสม่ำเสมอบนแผ่นแต่ละแผ่นภายใต้การกระทำของที่ขูดเพื่อให้เกิดการเชื่อมที่ดี
2. การจัดวางอุปกรณ์
การวางอุปกรณ์คือการแพตช์ (patching) ซึ่งใช้เครื่องวางตำแหน่งเพื่อวางชิ้นส่วนชิปลงบนตำแหน่งที่สอดคล้องกันบนพื้นผิว PCB ที่พิมพ์ด้วยกาวประสานหรือกาวแพตช์ เครื่องวางตำแหน่งความเร็วสูงเหมาะสำหรับการติดตั้งส่วนประกอบขนาดเล็กและขนาดใหญ่ เช่น ตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน ฯลฯ และยังสามารถติดตั้งส่วนประกอบ IC บางชนิดได้อีกด้วย เครื่องวางตำแหน่งทั่วไปเหมาะสำหรับการติดตั้งส่วนประกอบที่มีความแม่นยำสูงหรือมีความต่างชนิดกัน เช่น QFP, BGA, SOT, SOP PLCซี ฯลฯ
3. การบัดกรีแบบรีโฟลว์
การบัดกรีแบบรีโฟลว์คือการหลอมสารบัดกรีบนแผ่นวงจรเพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อทางกลและทางไฟฟ้าระหว่างปลายบัดกรีส่วนประกอบที่ติดบนพื้นผิวและแผ่น PCB เพื่อสร้างวงจรไฟฟ้า การบัดกรีแบบรีโฟลว์เป็นกระบวนการสำคัญในการผลิต SMT การตั้งค่าเส้นโค้งอุณหภูมิที่เหมาะสมเป็นกุญแจสำคัญในการรับรองคุณภาพของการบัดกรีแบบรีโฟลว์ เส้นโค้งอุณหภูมิที่ไม่เหมาะสมจะทำให้เกิดข้อบกพร่องในการเชื่อม เช่น การบัดกรีที่ไม่สมบูรณ์ การบัดกรีแบบเย็น การบิดเบี้ยวของส่วนประกอบ ลูกบัดกรีมากเกินไป ฯลฯ บนแผงวงจร PCB ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์
4. การตรวจเอกซเรย์
X-Ray สามารถตรวจสอบข้อบกพร่องของกระบวนการได้เกือบทั้งหมด ด้วยลักษณะเฉพาะของ X-Ray สามารถตรวจสอบรูปร่างของข้อต่อบัดกรีและเปรียบเทียบกับรูปร่างมาตรฐานในไลบรารีคอมพิวเตอร์เพื่อตัดสินคุณภาพของข้อต่อบัดกรีได้ ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบข้อต่อบัดกรีของส่วนประกอบ BGA และ DCA บทบาทของการตรวจสอบ X-Ray นั้นไม่สามารถทดแทนได้เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์ทดสอบ อย่างไรก็ตาม ข้อเสียคือค่าใช้จ่ายในการตรวจสอบ X-Ray ในปัจจุบันค่อนข้างแพง
สาเหตุที่การเชื่อม BGA ไม่ดี
1. รูแผ่น BGA ที่ไม่ได้รับการประมวลผล
แผ่นบัดกรี BGA มีรูอยู่ ในระหว่างกระบวนการเชื่อม ลูกบัดกรีอาจหลุดออกไปพร้อมกับตะกั่วบัดกรี เนื่องจากกระบวนการเชื่อมด้วยความต้านทานที่ไม่เหมาะสมในการผลิต PCB ลูกบัดกรีและลูกบัดกรีอาจหลุดออกมาทางรูใกล้กับแผ่นเชื่อม ส่งผลให้ลูกบัดกรีหลุดออกไป
2. ขนาดแผ่นรองที่แตกต่างกัน
ขนาดที่แตกต่างกันของแผ่นบัดกรี BGA อาจส่งผลต่อคุณภาพของผลผลิตของกระบวนการเชื่อม ลวดนำออกของแผ่นบัดกรี BGA ไม่ควรเกิน 50% ของเส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นบัดกรี และลวดนำออกของแผ่นบัดกรีไฟฟ้าไม่ควรน้อยกว่า 0.1 มม. ควรทำให้หนาขึ้นเพื่อป้องกันไม่ให้แผ่นบัดกรีเสียรูป นอกจากนี้ ช่องปิดกั้นการเชื่อมไม่ควรใหญ่กว่า 0.05 มม. และช่องเปิดบนพื้นผิวทองแดงควรตรงกับขนาดของแผ่นบัดกรีวงจร มิฉะนั้น แผ่นบัดกรี BGA จะผลิตในขนาดที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาในระหว่างกระบวนการเชื่อม
บริการ DFM ที่ยอดเยี่ยมของ PCB เกี่ยวกับโซลูชันการเชื่อมชิป BGA
1. แพด-อิน-แพด โฮล
การวิเคราะห์แบบคลิกเดียวของ wonderfulpcb DFM Services ตรวจจับว่ามีรูแพดอินแพดในไฟล์ออกแบบหรือไม่ และแจ้งวิศวกรออกแบบว่าจำเป็นต้องปรับเปลี่ยนรูแพดอินแพดหรือไม่ การออกแบบรูแพดอินแพดมักหลีกเลี่ยงเนื่องจากต้นทุนการผลิตที่สูง หากสามารถเปลี่ยนรูแพดอินแพดเป็นรูธรรมดาได้ ต้นทุนของผลิตภัณฑ์ก็จะลดลง นอกจากนี้ ระบบจะแจ้งเตือนโรงงานผลิตบอร์ดว่าจำเป็นต้องเติมการออกแบบรูแพดอินแพดด้วยเรซิน และต้องใช้กระบวนการผลิตรูแพดอินแพด
2. อัตราส่วนระหว่างแผ่นรองกับหมุด
การวิเคราะห์การประกอบของ Wonderfulpcb DFM Services ตรวจพบอัตราส่วนขนาดของแผ่น BGA ในไฟล์การออกแบบเมื่อเทียบกับพินอุปกรณ์จริง หากเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่น BGA น้อยกว่า 20% ของพิน BGA อาจทำให้การเชื่อมไม่ดี ในทางกลับกัน หากมากกว่า 25% พื้นที่เดินสายจะเล็กเกินไป ในกรณีดังกล่าว วิศวกรออกแบบจำเป็นต้องปรับอัตราส่วนของแผ่น BGA ต่อเส้นผ่านศูนย์กลางพิน BGA
Wonderfulpcb DFM Services นำเสนอโซลูชันการบัดกรีแผ่น BGA โดยช่วยให้ผู้ใช้ตรวจสอบการบัดกรีของไฟล์การออกแบบ BGA ก่อนการผลิต ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาการบัดกรีในระหว่างการประกอบ และช่วยให้มั่นใจได้ว่าชิป BGA เป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพการบัดกรี
คุณภาพกระบวนการเชื่อม BGA
1. การพิมพ์ยาบัดกรี
จุดประสงค์ของการพิมพ์ด้วยยาประสานคือการทายาประสานในปริมาณที่เหมาะสมลงบนแผ่น PCB อย่างสม่ำเสมอเพื่อให้แน่ใจว่าส่วนประกอบของแผ่นและแผ่น PCB ที่เกี่ยวข้องได้รับการบัดกรีแบบรีโฟลว์เพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่ดีและมีความแข็งแรงทางกลเพียงพอ ในการพิมพ์ยาประสาน จะใช้ตาข่ายเหล็ก ยาประสานจะผ่านช่องเปิดที่สอดคล้องกันบนแผ่นแต่ละแผ่นบนตาข่ายเหล็ก และเคลือบดีบุกอย่างสม่ำเสมอบนแผ่นแต่ละแผ่นภายใต้การกระทำของที่ขูดเพื่อให้เกิดการเชื่อมที่ดี
2. การจัดวางอุปกรณ์
การวางอุปกรณ์คือการแพตช์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องวางเพื่อวางชิ้นส่วนชิปลงบนตำแหน่งที่ถูกต้องบนพื้นผิว PCB ซึ่งพิมพ์ด้วยกาวประสานหรือกาวแพตช์ เครื่องวางความเร็วสูงเหมาะสำหรับการติดตั้งส่วนประกอบขนาดเล็กและขนาดใหญ่ เช่น ตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน และส่วนประกอบ IC บางชนิด เครื่องวางอเนกประสงค์เหมาะสำหรับการติดตั้งส่วนประกอบที่มีความแม่นยำสูงหรือมีความต่างชนิดกัน เช่น QFP, BGA, SOT, SOP PLCซี ฯลฯ
