Огляд BGA
BGA — це тип корпусу мікросхеми, скорочено від Ball Grid Array (масив кулькової сітки англійською). Виводи корпусу — це кулькові решітки внизу корпусу, які мають сферичну форму та розташовані у вигляді сітки, звідси й назва BGA.
Багато мікросхем керування материнськими платами використовують цю технологію упаковки, а матеріали здебільшого керамічні. Пам'ять, упакована за технологією BGA, може збільшити ємність пам'яті в два-три рази без зміни об'єму. Порівняно з TSOP, BGA має менший об'єм, краще тепловіддавання та електричні характеристики.
Проектування трасування контактних майданчиків корпусу BGA
1. Трасування між BGA-контактними майданчиками
Під час проектування відстань між контактними майданчиками BGA становить менше 10 міл, і фрезерування між двома BGA не дозволяється, оскільки відстань між лініями фрезерування перевищує можливості виробничого процесу. Якщо фрезерування має бути виконано, то площу контактної площадки BGA можна лише зменшити. Під час створення виробничого креслення забезпечення достатньої відстані призведе до обрізання контактної площадки BGA. Площадка вирізається на спеціальну форму, що може призвести до неточного положення зварювання під час подальшого зварювання.
2. Заповнення отвору в контактній площадкі смоляним тампоном
Коли відстань між контактними площадками в корпусі BGA мала і прокладання дроту неможливе, необхідно спроектувати перехідний отвір у контактній площадкі, тобто пробити отвір у контактній площадкі та прокласти дріт з внутрішнього або нижнього шару. У цьому випадку перехідний отвір у контактній площадкі потрібно заповнити смолою та нанести гальванічне покриття. Якщо перехідний отвір у контактній площадкі не заповнений смолою, це призведе до поганого зварювання, оскільки посередині контактної площадки є отвір, а площа зварювання невелика, і олово витікатиме з отвору.
3. Зона BGA через підключення
Перехідні отвори в області контактної площадки BGA, як правило, потребують заглушення. У цьому зразку, враховуючи вартість та складність виробництва, основні перехідні отвори покриваються маслом. Метод заглушення - чорнильне заглушення. Перевага заглушення полягає в запобіганні потраплянню сторонніх предметів в отвір або подовженні терміну служби перехідного отвору. Крім того, коли SMT-латка переплавляється, олово перехідного отвору спричиняє коротке замикання на іншому боці.
4. Через вхід у колодці, дизайн HDI
Для BGA-чіпів з відносно невеликою відстанню між контактами, коли контактну площадку неможливо прокласти через технологічні особливості, рекомендується безпосередньо проектувати перехідний отвір у контактній площадкі. Наприклад, BGA-чіп плати мобільного телефону відносно невеликий, з великою кількістю контактів та невеликою відстанню між контактами, тому неможливо прокласти дроти з середини контактів. Для проектування друкованої плати можна використовувати лише метод сліпого заглибленого монтажу HDI. BGA-контактна площадка має отвір у пластині, внутрішній шар має отвір, а внутрішній шар має дроти та з'єднані.
Якість процесу зварювання BGA
1. Друк паяльної пасти
Мета друку паяльною пастою полягає в рівномірному нанесенні відповідної кількості паяльної пасти на контактні площадки друкованої плати, щоб забезпечити паяння компонентів патча та відповідних контактних площадок друкованої плати оплавленням для досягнення хорошого електричного з'єднання та достатньої механічної міцності. Для друку паяльної пасти нам потрібно зробити сталеву сітку. Паяльна паста проходить через відповідні отвори кожної контактної площадки на сталевій сітці, а олово рівномірно покривається кожною контактною площадкою під дією скребка для досягнення хорошого зварювання.
2. Розміщення пристрою
Розміщення пристроїв називається патчингом, тобто використанням установчого пристрою для точного розміщення компонентів мікросхеми у відповідному місці поверхні друкованої плати, нанесеної паяльною пастою або клеєм для патчів. Високошвидкісні установки підходять для монтажу малих і великих компонентів: таких як конденсатори, резистори тощо, а також можуть монтувати деякі компоненти ІС. Установчі пристрої загального призначення підходять для монтажу гетерогенних або високоточних компонентів: таких як QFP, BGA, SOT, SOP, PLCС тощо.
3. Пайка оплавленням
Паяння оплавленням полягає у розплавленні паяльної пасти на контактній площадкі друкованої плати для досягнення механічного та електричного з'єднання між кінцем паяного компонента, що встановлюється на поверхню, та контактною площадкою друкованої плати для формування електричного кола. Паяння оплавленням є ключовим процесом у поверхневому монтажі (SMT). Розумне налаштування температурної кривої є ключем до забезпечення якості паяння оплавленням. Невідповідна температурна крива призведе до дефектів зварювання, таких як неповне паяння, холодне паяння, деформація компонентів, надмірна кількість кульок припою тощо на друкованій платі, що вплине на якість продукції.
4. Рентгенівське обстеження
Рентгенівський аналіз може перевірити майже всі дефекти процесу. Завдяки перспективним характеристикам рентгенівського аналізу можна перевірити форму паяного з'єднання та порівняти її зі стандартною формою в комп'ютерній бібліотеці, щоб оцінити якість паяного з'єднання. Це особливо корисно для контролю паяних з'єднань компонентів BGA та DCA. Роль рентгенівського контролю незамінна, оскільки він не вимагає випробувальних форм. Однак недоліком є те, що вартість рентгенівського контролю наразі досить висока.
Причини поганого зварювання BGA
1. Необроблені отвори для BGA-контактних площадок
На контактних площадках BGA-зварювання є отвори. Під час процесу зварювання кульки припою можуть загубитися разом із припоєм. Через відсутність належного процесу контактного зварювання у виробництві друкованих плат, припій та кульки припою можуть випадати через отвори поблизу зварювальної плати, що призводить до втрати кульок припою.
2. Різні розміри прокладок
Різні розміри паяльних площадок BGA можуть впливати на якість процесу зварювання. Вивідний дріт BGA-площі не повинен перевищувати 50% діаметра площадки, а вихідний дріт силової площадки не повинен бути менше 0.1 мм. Він також повинен бути потовщеним, щоб запобігти деформації зварювальної площадки. Крім того, вікно блокування зварювання не повинно бути більше 0.05 мм, а отвір на мідній поверхні повинен відповідати розміру контактної площадки схеми. В іншому випадку BGA-площі будуть виготовлені різних розмірів, що може спричинити проблеми під час процесу зварювання.
Послуги DFM чудової друкованої плати Про рішення для зварювання BGA-чіпів
1. Отвір для встановлення прокладки в упаковці
Аналіз одним кліком від wonderfulpcb DFM Services виявляє, чи є у файлі проєкту отвір типу «площадка в площадку», і повідомляє інженера-конструктора, чи потрібно його змінити. Конструкцію отворів типу «площадка в площадку» часто уникають через високу вартість виробництва. Якщо отвір типу «площадка в площадку» можна змінити на звичайний отвір, вартість виробу можна зменшити. Крім того, система сповіщає завод-виробник плати про те, що конструкцію отвору типу «площадка в площадку» необхідно заповнити смолою, і що необхідно використовувати процес виробництва отвору типу «площадка в площадку».
2. Співвідношення площі контактів до площини контактів
Аналіз складання, проведений wonderfulpcb DFM Services, виявляє співвідношення розмірів BGA-контактної площадки у файлі проекту відносно фактичного виводу пристрою. Якщо діаметр площадки менше 20% від діаметра виводу BGA, це може призвести до поганого зварювання. І навпаки, якщо він більше 25%, простір для монтажу стає занадто малим. У таких випадках інженеру-конструктору необхідно скоригувати співвідношення розміру площадки до діаметра виводу BGA.
Компанія wonderfulpcb DFM Services надає рішення для паяння BGA-майданчиків, допомагаючи користувачам перевіряти паяність файлів дизайну BGA перед виробництвом. Це допомагає уникнути проблем з паянням під час складання та гарантує, що BGA-чіпи відповідають стандартам якості паяння.
Якість процесу зварювання BGA
1. Друк паяльної пасти
Мета друку паяльною пастою полягає в рівномірному нанесенні відповідної кількості паяльної пасти на контактні площадки друкованої плати, щоб забезпечити паяння компонентів патча та відповідних контактних площадок друкованої плати оплавленням для досягнення хорошого електричного з'єднання та достатньої механічної міцності. Для друку паяльної пасти використовується сталева сітка. Паяльна паста проходить через відповідні отвори кожної контактної площадки на сталевій сітці, а олово рівномірно покривається кожною контактною площадкою під дією скребка для досягнення хорошого зварювання.
2. Розміщення пристрою
Розміщення пристроїв називається патчінгом, що передбачає використання установчого пристрою для точного розміщення компонентів мікросхеми у відповідній позиції поверхні друкованої плати, яка друкується паяльною пастою або клеєм для патчів. Високошвидкісні установки підходять для монтажу малих і великих компонентів, таких як конденсатори, резистори та деякі компоненти ІС. Установчі машини загального призначення підходять для монтажу гетерогенних або високоточних компонентів, таких як QFP, BGA, SOT, SOP, PLCС тощо.
