Tổng quan về BGA
BGA là một loại gói chip, viết tắt của Ball Grid Array trong tiếng Anh. Các chân gói là các mảng lưới bi ở dưới cùng của gói, và các chân có hình cầu và được sắp xếp theo kiểu lưới, do đó có tên là BGA.
Nhiều chip điều khiển bo mạch chủ sử dụng công nghệ đóng gói này, vật liệu chủ yếu là gốm. Bộ nhớ được đóng gói bằng công nghệ BGA có thể tăng dung lượng bộ nhớ lên gấp hai đến ba lần mà không thay đổi thể tích. So với TSOP, BGA có thể tích nhỏ hơn, tản nhiệt tốt hơn và hiệu suất điện tốt hơn.
Thiết kế định tuyến Pad gói BGA
1. Định tuyến giữa các miếng đệm BGA
Trong quá trình thiết kế, khoảng cách giữa các pad BGA nhỏ hơn 10mil và không được phép định tuyến giữa hai BGA, vì khoảng cách chiều rộng đường định tuyến vượt quá khả năng của quy trình sản xuất. Nếu định tuyến, pad BGA chỉ có thể được giảm bớt. Khi tạo bản nháp sản xuất, đảm bảo khoảng cách đủ sẽ cắt pad BGA. Pad được cắt thành hình dạng đặc biệt, có thể gây ra vị trí hàn không chính xác trong quá trình hàn tiếp theo.
2. Lấp đầy lỗ thông trong miếng đệm bằng nút nhựa
Khi khoảng cách giữa các miếng đệm của gói BGA nhỏ và không thể định tuyến dây, cần thiết kế một lỗ thông trong miếng đệm, tức là đục lỗ trên miếng đệm và định tuyến dây từ lớp bên trong hoặc lớp dưới cùng. Lúc này, lỗ thông trong miếng đệm cần được lấp đầy bằng nút nhựa và mạ điện. Nếu lỗ thông trong miếng đệm không áp dụng quy trình nút nhựa, sẽ dẫn đến hàn kém trong quá trình hàn, vì có một lỗ ở giữa miếng đệm và diện tích hàn nhỏ, thiếc sẽ rò rỉ từ lỗ.
3. Khu vực BGA thông qua cắm
Các lỗ thông trong khu vực pad BGA thường cần được bịt kín. Đối với mẫu, xét đến chi phí và độ khó sản xuất, các lỗ thông cơ bản được phủ dầu. Phương pháp bịt kín là bịt kín bằng mực. Ưu điểm của việc bịt kín là ngăn ngừa vật lạ trong lỗ hoặc bảo vệ tuổi thọ của lỗ thông. Ngoài ra, khi miếng vá SMT được nấu chảy lại, thiếc lỗ thông sẽ gây ra hiện tượng đoản mạch ở phía bên kia.
4. Qua trong pad, thiết kế HDI
Đối với chip BGA có khoảng cách chân tương đối nhỏ, khi không thể định tuyến chân pad do quá trình này, nên thiết kế trực tiếp một via trong pad. Ví dụ, chip BGA của bo mạch điện thoại di động tương đối nhỏ, có nhiều chân và khoảng cách chân nhỏ, do đó không thể định tuyến dây từ giữa các chân. Chỉ có thể sử dụng phương pháp đấu dây lỗ chôn mù HDI để thiết kế PCB. Pad BGA được đục lỗ trên tấm, lớp bên trong được đục lỗ chôn, và lớp bên trong được nối dây và kết nối.
Chất lượng quy trình hàn BGA
1. In kem hàn
Mục đích của in kem hàn là bôi đều một lượng kem hàn thích hợp lên các miếng đệm của PCB để đảm bảo các thành phần vá và các miếng đệm tương ứng của PCB được hàn chảy lại để đạt được kết nối điện tốt và đủ độ bền cơ học. Để in kem hàn, chúng ta cần tạo một lưới thép. Kem hàn đi qua các lỗ tương ứng của từng miếng đệm trên lưới thép và thiếc được phủ đều trên mỗi miếng đệm dưới tác động của dụng cụ cạo để đạt được mối hàn tốt.
2. Vị trí đặt thiết bị
Vị trí linh kiện là quá trình vá, tức là sử dụng máy đặt để đặt chính xác các linh kiện chip vào vị trí tương ứng trên bề mặt PCB được in bằng kem hàn hoặc keo vá. Máy đặt tốc độ cao phù hợp để gắn các linh kiện nhỏ và lớn: chẳng hạn như tụ điện, điện trở, v.v., và cũng có thể gắn một số linh kiện IC. Máy đặt đa năng phù hợp để gắn các linh kiện không đồng nhất hoặc có độ chính xác cao: chẳng hạn như QFP, BGA, SOT, SOP, PLCC, v.v.
3. Hàn chảy lại
Hàn chảy là làm tan chảy kem hàn trên miếng đệm bảng mạch để đạt được kết nối cơ học và điện giữa đầu hàn linh kiện gắn trên bề mặt và miếng đệm PCB để tạo thành mạch điện. Hàn chảy là một quy trình quan trọng trong sản xuất SMT. Thiết lập đường cong nhiệt độ hợp lý là chìa khóa để đảm bảo chất lượng hàn chảy. Đường cong nhiệt độ không phù hợp sẽ gây ra các lỗi hàn như hàn không hoàn chỉnh, hàn nguội, cong vênh linh kiện, bi hàn quá nhiều, v.v. trên bảng PCB, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
4. Kiểm tra bằng tia X
Tia X có thể kiểm tra hầu như tất cả các lỗi trong quy trình. Thông qua các đặc điểm phối cảnh của tia X, hình dạng của mối hàn có thể được kiểm tra và so sánh với hình dạng chuẩn trong thư viện máy tính để đánh giá chất lượng của mối hàn. Điều này đặc biệt hữu ích cho việc kiểm tra mối hàn của các thành phần BGA và DCA. Vai trò của kiểm tra tia X là không thể thay thế, vì nó không yêu cầu khuôn thử nghiệm. Tuy nhiên, nhược điểm là chi phí kiểm tra tia X hiện khá đắt.
Nguyên nhân hàn BGA kém
1. Lỗ pad BGA chưa xử lý
Có các lỗ trên miếng đệm hàn BGA. Trong quá trình hàn, bi hàn có thể bị mất cùng với chất hàn. Do không có quy trình hàn điện trở thích hợp trong sản xuất PCB, chất hàn và bi hàn có thể thoát ra qua các lỗ gần bảng hàn, dẫn đến mất bi hàn.
2. Kích thước miếng lót khác nhau
Các kích thước khác nhau của miếng hàn BGA có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản lượng của quá trình hàn. Dây dẫn ra của miếng hàn BGA không được vượt quá 50% đường kính miếng hàn và dây dẫn ra của miếng hàn nguồn không được nhỏ hơn 0.1mm. Nó cũng phải được làm dày để tránh miếng hàn bị biến dạng. Ngoài ra, cửa sổ chặn hàn không được lớn hơn 0.05mm và lỗ mở trên bề mặt đồng phải khớp với kích thước của miếng hàn mạch. Nếu không, các miếng hàn BGA sẽ được làm ở các kích thước khác nhau, điều này có thể gây ra sự cố trong quá trình hàn.
Dịch vụ DFM wonderfulpcb Giới thiệu về giải pháp hàn chip BGA
1. Lỗ đệm lót đóng gói
Phân tích một cú nhấp chuột của WonderfulPCB DFM Services phát hiện xem có lỗ pad-in-pad trong tệp thiết kế hay không và nhắc nhở kỹ sư thiết kế nếu cần sửa đổi lỗ pad-in-pad. Thiết kế lỗ pad-in-pad thường bị tránh do chi phí sản xuất cao. Nếu có thể thay đổi lỗ pad-in-pad thành lỗ thông thường, chi phí sản phẩm có thể giảm. Ngoài ra, hệ thống cảnh báo nhà máy sản xuất bo mạch rằng thiết kế lỗ pad-in-pad cần được lấp đầy bằng nhựa và phải sử dụng quy trình sản xuất lỗ pad-in-pad.
2. Tỷ lệ pad-to-pin
Phân tích lắp ráp dịch vụ DFM wonderfulpcb phát hiện tỷ lệ kích thước của miếng đệm BGA trong tệp thiết kế so với chân thiết bị thực tế. Nếu đường kính miếng đệm nhỏ hơn 20% chân BGA, có thể dẫn đến hàn kém. Ngược lại, nếu lớn hơn 25%, không gian đi dây trở nên quá nhỏ. Trong những trường hợp như vậy, kỹ sư thiết kế cần điều chỉnh tỷ lệ của miếng đệm so với đường kính chân BGA.
wonderfulpcb DFM Services cung cấp các giải pháp hàn pad BGA, giúp người dùng xem xét khả năng hàn của các tệp thiết kế BGA trước khi sản xuất. Điều này giúp tránh các vấn đề về khả năng hàn trong quá trình lắp ráp và đảm bảo chip BGA đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng khả năng hàn.
Chất lượng quy trình hàn BGA
1. In kem hàn
Mục đích của in kem hàn là bôi đều một lượng kem hàn thích hợp lên các miếng đệm của PCB để đảm bảo các thành phần vá và các miếng đệm tương ứng của PCB được hàn chảy lại để đạt được kết nối điện tốt và đủ độ bền cơ học. Để in kem hàn, sử dụng lưới thép. Kem hàn đi qua các lỗ tương ứng của từng miếng đệm trên lưới thép và thiếc được phủ đều trên mỗi miếng đệm dưới tác động của dụng cụ cạo để đạt được mối hàn tốt.
2. Vị trí đặt thiết bị
Lắp ráp thiết bị là quá trình vá, bao gồm việc sử dụng máy lắp ráp để đặt chính xác các linh kiện chip vào vị trí tương ứng trên bề mặt PCB, được in bằng kem hàn hoặc keo vá. Máy lắp ráp tốc độ cao phù hợp để lắp các linh kiện nhỏ và lớn, chẳng hạn như tụ điện, điện trở và một số linh kiện IC. Máy lắp ráp đa năng phù hợp để lắp các linh kiện không đồng nhất hoặc có độ chính xác cao, chẳng hạn như QFP, BGA, SOT, SOP, PLCC, v.v.
