tecnologia di saldatura a matrice di sfere-Man mano che le dimensioni dei dispositivi elettronici si riducono, anche la dimensione del campo diminuisce in modo significativo. La necessità è quella di posizionare i componenti elettronici su un circuito stampato (PCB), in modo simile a come viene confezionato il grano in una spiga di grano. Pertanto, con l’aumento del numero di pin sul PCB, è nata la tecnologia di saldatura Ball Grid Array (BGA). Scoprirai che è uno dei prodotti più preziosi.
Tuttavia, potresti chiederti il modo migliore per saldare i BGA o come identificare e gestire i difetti di saldatura. La dimensione del BGA stesso si sta riducendo e le sfere di saldatura collassate non possono essere identificate ad occhio nudo. Questo articolo discute tutti questi punti e altro ancora. Iniziamo.
(Mostra un primo piano della tecnologia BGA sul PCB)
1. Saldatura a matrice di sfere: cos’è la BGA (saldatura a matrice di sfere)
Un BGA è un dispositivo a montaggio superficiale (SMD) che effettua connessioni elettriche attraverso una disposizione di sfere di saldatura. Non ha cavi e la confezione contiene un insieme di sfere di metallo fatte di saldatura chiamata sfera di saldatura. Troverai queste sfere di saldatura attaccate al retro del pacchetto BGA, che si collegano al substrato laminato.
Il chip BGA è fissato al substrato mediante tecnologia flip-chip o wire bonding. Internamente, il BGA ha tracce conduttive interne che si collegano tra i legami del substrato e il chip. Inoltre, consente anche la connessione tra il legame BGA e il substrato. Puoi distinguere i pacchetti BGA da altri pacchetti guardando i pin, perché i BGA hanno sfere di metallo saldate anziché chiodi. Queste sfere di saldatura gli conferiscono un elevato numero di piombo, anche oltre 208 cavi.
Rispetto ad altri pacchetti software, i BGA sono molto richiesti nei settori che utilizzano dispositivi I/O elevati. La prossima sezione discuterà in dettaglio perché preferisci i pacchetti BGA rispetto ad altri pacchetti.
(L’immagine mostra un primo piano del BGA IC)
2. Saldatura a griglia di sfere – Caratteristiche di BGA
tecnologia di saldatura a matrice di sfere-Vantaggio:
La bassa densità delle tracce migliora il design del PCB: in pacchetti come i pacchetti quad flat, la densità delle tracce è piuttosto elevata a causa della vicinanza dei pin. Tuttavia, i BGA risolvono o alleviano notevolmente questo problema distribuendo i contatti sull’intera superficie della confezione.
Borse BGA robuste: saprai che le borse siping hanno spilli sensibili perché puoi distruggerli rapidamente, anche se stai molto attento. Inoltre, a causa delle giunzioni dei perni molto alte dei ganci, è quasi impossibile riparare i perni piegati. Ma in BGA non c’è questo problema. In un BGA, pastiglie e sfere di saldatura forniscono collegamenti elettrici e non si danneggiano facilmente.
Resistenza termica inferiore: ancora una volta, i pacchetti quad-plane hanno una resistenza termica maggiore, ma i BGA offrono una resistenza termica molto inferiore in silicio. Se il tuo circuito integrato BGA genera calore, si trasferirà dal pacchetto alla superficie del PCB in modo rapido ed efficiente.
tecnologia di saldatura a matrice di sfere-Confezione piatta quadrupla
Migliora le prestazioni ad alta velocità: nei BGA, i conduttori si trovano nella parte inferiore del supporto del chip. Ciò significa che i fili all’interno del chip sono più corti. A sua volta, si traduce in un livello inferiore di induttanza di piombo indesiderata. Nei circuiti ad alta velocità e ad alta frequenza, l’eccessiva induttanza del piombo è la causa dell’eccessiva distorsione del segnale. Pertanto, con il pacchetto BGA, puoi ottenere prestazioni più elevate rispetto al suo equivalente pacchetto quad-plane (QFP).
Spessore del pacchetto ridotto: con i BGA, lo spessore può essere ridotto e le schede elettroniche per dispositivi elettronici ultrasottili come gli smartphone possono essere facilmente fabbricate.
Uso pratico dello spazio PCB: è possibile utilizzare lo spazio PCB in modo efficiente con i chip BGA. È possibile effettuare collegamenti elettrici sotto la superficie di questo chip SMD. Non è più necessario limitare il collegamento alla periferia del pacchetto SMD.
È possibile sviluppare piccoli pacchetti IC: i dispositivi SMD standard, come l’array pin grid e il dual in-line, sono così affollati che c’è solo una piccola area tra di loro. Questo è uno svantaggio perché potresti saldare accidentalmente due o più pin insieme. Tuttavia, con i BGA, non avrai nessuno di questi problemi e potrai facilmente creare piccoli pacchetti IC.
(Mostra impronta BGA su PCB)
tecnologia di saldatura a matrice di sfere-Discordanza:
Bene, sai che niente è perfetto, quindi BGA ha alcuni inconvenienti. Primo, se sei un ingenuo, non un esperto nella gestione dei BGA, avrai difficoltà a progettare e fabbricare i loro circuiti. In secondo luogo, a volte è difficile verificare la presenza di errori nei pacchetti BGA. Terzo, i BGA non sono di plastica. Infine, costa molto, il che può essere o meno uno svantaggio, a seconda del budget.
3. Saldatura a griglia di sfere. Tipi comuni di BGA
tecnologia di saldatura a matrice di sfere-BGA di plastica
Plastic bga (PBGA) è il bga più popolare grazie al suo basso costo. I loro passi variano in dimensioni da 1 mm a 1,27 mm. Troverai questi BGA avvolti in un substrato laminato di miscela di vetro, un corpo rivestito in plastica e tracce di rame incise. Con loro, puoi ottenere sfere di saldatura preformate e una migliore stabilità della temperatura.
Se vuoi conoscere le loro applicazioni, puoi usarle per dispositivi che richiedono prestazioni medio-alte. Tali dispositivi richiedono bassa induttanza, elevati livelli di affidabilità e un facile montaggio su superficie. I sacchetti di plastica hanno anche strati di rame extra che possono aiutare ad aumentare i livelli di dissipazione di potenza.
tecnologia di saldatura a matrice di sfere-Ceramica BGA
Il BGA ceramico è uno dei primi tipi di BGA. Viene fornito in una confezione in ceramica rettangolare o quadrata e utilizza sfere di saldatura invece di cavi per effettuare collegamenti elettrici esterni. Il CBGA è in una griglia sul retro della scatola. Puoi usarli in laptop, sistemi di telecomunicazione e applicazioni per dispositivi in prova.
tecnologia di saldatura a matrice di sfere-Nastro flessibile BGA
In questo tipo di BGA, il nastro flessibile, la filiera e le sfere di saldatura si trovano sul lato posteriore del conduttore di calore metallico. Questo conduttore termico è il supporto e il materiale di rinforzo per il pacchetto di nastri flessibili BGA. I chip vengono attaccati al nastro con fili e quindi inseriti nella guaina. Rispetto ai QPFA e ai PBGA, la loro affidabilità, le proprietà elettriche e termiche sono effettivamente migliori. Puoi utilizzarli per soluzioni che richiedono elevate prestazioni termiche senza dissipatori di calore.
BGA superiore in metallo ad alta conducibilità termica ad alta specifica
Come con i BGA per rubinetti flessibili, puoi anche ottenere prestazioni elettriche e termiche più elevate con i BGA top di gamma con metalli di alto profilo e ad alta conduttività. Il loro design è in qualche modo simile ai BGA a nastro flessibili. Il chip è attaccato al retro di un proiettile o di un dissipatore di calore che raggiunge la parte superiore della confezione. Quindi, poiché i conduttori di calore in rame raggiungono la parte superiore del pacchetto, si ottiene una resistenza termica significativamente inferiore e la superficie del pacchetto scorre liberamente.
Se è necessario utilizzare anche dissipatori di calore o altri dispositivi di gestione termica passivi o attivi, è possibile accoppiare loro delle prese di calore. Inoltre, se progetti ulteriori aeroplani di terra e di potenza, otterrai prestazioni elettriche migliorate. Con questo tipo di pacchetto BGA, lo svantaggio della difficoltà di controllo del pacchetto BGA non è più valido. La sua superficie superiore è altamente riflettente, quindi il sistema di visione offre prestazioni superiori quando si utilizzano sorgenti luminose diffuse anziché polarizzate.
tecnologia di saldatura a matrice di sfere-Piano scala chip
Questo pacchetto BGA prende il nome dal fatto che puoi progettarlo in base ai tuoi requisiti di dimensione del chip. Qualsiasi pacchetto BGA è un chip scale package (CSP) se soddisfa le specifiche del chip ed è un dispositivo a montaggio superficiale. Puoi usarli su smartphone, dispositivi intelligenti, laptop e altri piccoli dispositivi elettronici avanzati.
4. Saldatura a griglia di sfere – processo di saldatura BGA
4.1 tecnologia di saldatura a matrice di sfere-Nozioni di base sulla saldatura BGA
4.4.1 tecnologia di saldatura a matrice di sfere-Temperatura di saldatura
Per la saldatura o la saldatura di dispositivi BGA, è necessario selezionare la temperatura di saldatura e la costruzione della lega di saldatura adeguate. Come consiglio rapido, puoi assicurarti che la saldatura del chip BGA non sia completamente fusa. Puoi lasciarlo allo stato semiliquido e tenere ogni pallina di saldatura separata dalle altre.
(dimostrazione del tecnico che posiziona le sfere di saldatura sulla griglia a sfere)
4.1.2 Strumenti di saldatura e saldatrici
Fortunatamente, nel mercato dell’elettronica è disponibile un’ampia gamma di saldatrici e kit di saldatura per BGA. In questa era della tecnologia, puoi anche ordinare online. Potresti voler considerare le seguenti caratteristiche chiave quando acquisti una saldatrice:
Dovrebbero consentirti di montare, saldare, rimuovere gli slot e rimuovere i chip BGA manualmente.
4.1.3 Pulire a fondo il PCB
Bene, ora che hai una saldatrice o un gruppo che ha scelto la temperatura di saldatura perfetta per cominciare, non è ancora abbastanza. Prima di iniziare a saldare il BGA, è anche necessario pulire a fondo il PCB e il BGA. Per BGA, il requisito è rendere la superficie liscia. Vediamo come pulirli passo dopo passo nella prossima sezione.
4.1.4 Saldatura a griglia di sfere – metodo di pulizia BGA
Innanzitutto, è necessario posizionare il BGA su un pad conduttivo e aggiungere una piccola quantità di pasta saldante sulla sua superficie.
Quindi, separa la palla dal BGA con un saldatore e un filo. Lascia che il saldatore liquefa le sfere di saldatura e riscaldi la linea permeabile prima di spostare lo stendibiancheria sulla superficie del BGA. Inoltre, assicurati che il saldatore non eserciti troppa pressione sulla superficie, poiché ciò potrebbe causare crepe sulla superficie.
Pulire la superficie del BGA con alcool denaturato ed eseguire un movimento di sfregamento per rimuovere il flusso dalla superficie del BGA. Di solito inizia con i bordi e non ignorare gli angoli. Continua a pulire. Trattare ogni BGA con un solvente pulito.
Quindi, puoi anche usare un microscopio per ispezionare la superficie del BGA per eventuali sfere di saldatura non rimosse e pad danneggiati.
Pulire la superficie del BGA con una spazzola e uno spray deionizzante. Aiuterà ad eliminare la pasta saldante residua sulla superficie del BGA. Lascia asciugare il BGA all’aria. Testare la superficie BGA due volte.
Per eliminare l’umidità, cuocere BGA e PCB a una temperatura compresa tra 80°C e 90°C per 10-20 ore in un forno a temperatura costante. È possibile regolare il tempo di cottura e la temperatura in base all’umidità.
Tutte le operazioni successive devono indossare guanti antistatici o un anello antistatico per evitare inutili interferenze al chip causate dall’elettricità statica.
4.2 Saldatura a griglia di sfere – Ispezione del giunto di saldatura BGA
L’importanza dell’ispezione del giunto di saldatura
I produttori di PCB non utilizzano metodi ottici per ispezionare i BGA perché i giunti di saldatura sotto i componenti BGA non sono visibili. La valutazione elettrica non è molto accurata in quanto mostra solo la conducibilità in quel preciso momento. Non ha stimato la durata della vita dei soldati. I giunti di saldatura invecchiano nel tempo.
Metodo di ispezione a raggi X
Monitoraggio a raggi X dei giunti di saldatura BGA. L’analisi a raggi X consente di vedere la parte al di sotto del giunto saldato. Pertanto, la tecnologia di ispezione a raggi X automatica (AXI) è ampiamente utilizzata in vari settori per ispezionare i BGA.
4.3 Saldatura a griglia di sfere: il processo di saldatura di base di BGA
Uno dei problemi principali con un BGA è se può eseguire con successo un’operazione di saldatura o saldatura. Inoltre, poiché la parte posteriore del chip BGA ha dei pad invece dei pin, è necessario seguire metodi di saldatura adeguati.
Fortunatamente, le tecniche di saldatura BGA si sono dimostrate più efficienti rispetto ai pacchetti standard a schermo piatto quadrupli. Devi solo assicurarti che il processo sia impostato correttamente. Da allora, questo ha significato l’aumento di scala dei prototipi di assemblaggio PCB e della produzione di assemblaggio PCB.
Prima di iniziare il processo di saldatura BGA, è necessario selezionare attentamente le dimensioni della saldatura e della sfera e l’altezza di collasso. Riscalderai le sfere di saldatura e mentre si sciolgono, la tensione superficiale consentirà loro di adattarsi correttamente al BGA e al PCB. Successivamente, la saldatura si raffredderà e preparerà il PCB BGA.
Tuttavia, riscaldare le sfere di saldatura non è così semplice come sembra. Per questo è necessario un metodo di riflusso. Questo è fondamentale perché devi assicurarti che la saldatura sotto il chip BGA si sciolga. Per questo, l’intero assemblaggio deve superare la temperatura del punto di fusione. In definitiva, solo il processo di reflow può farlo.
4.4 Saldatura a griglia di sfere – Saldatura a riflusso BGA
Opzioni di flusso: solubile in acqua, non pulito
OK, ora che sai perché dobbiamo usare una procedura di saldatura a rifusione, passeremo al tipo di flusso che dovresti usare. Esistono essenzialmente due varianti: idrosolubile e impuro. È possibile utilizzare flussi non puliti se l’acqua deionizzata non può essere utilizzata per pulire la scheda durante le fasi finali di rifusione e assemblaggio del PCB. Se la scheda contiene LCD, cristalli o parti sensibili all’acqua, probabilmente non vuoi passare.
D’altra parte, quando si prevede di pulire il PCB con acqua deionizzata, è possibile utilizzare un flusso solubile in acqua. Vale la pena notare che, indipendentemente dal flusso utilizzato, il tipo di flusso definisce l’attività di modifica e il livello di attività tra le paste saldanti.
Scelta della saldatura
Infine, dopo aver scelto un flusso, è fondamentale anche la scelta della giusta saldatura. Un riflusso insufficiente, una sostituzione insufficiente e una stampa con stencil insufficiente possono portare a guasti all’apertura della sfera di saldatura.
5. Saldatura a matrice di sfere – Difetti di saldatura in BGA
Abbiamo appena menzionato il termine “bumping failure”. È un difetto di saldatura noto anche come giunto di saldatura utilizzabile o sfera non collassata. La ragione di ciò è il calore insufficiente durante il processo di riflusso. Le connessioni intermittenti BGA (BIC) sono un altro tipo di difetto di saldatura. Colpisce tutte le dimensioni del campo ed è estremamente pericoloso perché spesso irregolare. Il tempo di produzione sprecato e il lancio ritardato dei prodotti possono costare agli OEM migliaia di dollari.
Tuttavia, come suggerisce il nome, i BIC si bloccano solo occasionalmente. Essendo difficili da trovare, i BIC avranno un effetto a catena, trasmettendo dilemmi di progettazione elusivi e difficili da tracciare a diversi team di ingegneri OEM e, in definitiva, al consiglio di amministrazione.
Oltre alle palline non pieghevoli e ai BIC, è necessario utilizzare palline BGA corte, aperte e screpolate. Come per le sfere e i BIC non collassati, il debole profilo termico della saldatura a rifusione può causare questi difetti.
Il profilo termico definisce l’intervallo di temperatura in cui il PCB viene riscaldato durante il riflusso e quanto tempo trascorre la scheda a qualsiasi temperatura. Se si interpolano correttamente tutte le regioni di temperatura di un profilo termico, il risultato è un riflusso completo. Quindi puoi verificarlo mediante l’ispezione a raggi X BGA.
6. Saldatura dell’array a sfere: problemi di rilavorazione BGA
6.1 Saldatura a griglia di sfere – dissaldatura BGA manuale
Devi aggiornare se la prima volta non hai saldato correttamente. Se la rilavorazione non viene utilizzata per smontare il componente, il PCB attorno al componente deve essere riscaldato per fondere nuovamente la saldatura (dissaldatore), migliorando così la saldatura. Se è necessario rompere componenti e saldare, rilavorare e saldare a mano il pacchetto BGA è la parte più complicata. Ne discutiamo nella prossima sottosezione.
6.2 Saldatura a griglia di sfere – saldatura BGA manuale
1: Rimuovere il BGA e pulire con cura ogni residuo di saldatura del pad PCB.
2: Quindi, controlla il BGA per l’umidità poiché è sensibile all’umidità.
3: Scegli un piccolo modello BGA per stampare la pasta saldante. Il passo e il diametro della sfera devono essere utilizzati per determinare la dimensione e lo spessore dell’apertura della dima. Infine, va controllata anche la qualità di stampa.
4: Utilizzare un saldatore per pulire il livello residuo di saldatura. Puoi andare oltre usando una punta di saldatura piatta e una cinghia rimovibile. Fare attenzione a non danneggiare la maschera di saldatura e le pastiglie.
5: Ripetere i passaggi 2 e 3.
6: Ora, è il momento di BGA. Sarebbe utile se si mettesse la scheda di assemblaggio PCB di superficie (dopo la stampa) sul banco di lavoro. Dopo aver selezionato un ugello adatto, la pompa del vuoto deve essere accesa. Quando la scheda PCB si sovrappone al BGA, l’ugello ingoia il chip BGA. Infine, integra il chip BGA con il PCB e spegni la pompa del vuoto.
7: Selezionare la temperatura di saldatura di rifusione appropriata in base allo spessore del PCB, alle dimensioni del dispositivo, ecc. In generale, la temperatura BGA è di 15 gradi superiore a quella del tradizionale smd.
8: Adesso sei a posto. Il passaggio finale è controllare la saldatura BGA.
Introduzione:
In questo articolo presentiamo la tecnologia BGA, i suoi diversi tipi, vantaggi e svantaggi. Inoltre, spieghiamo gli strumenti e le macchine di saldatura che puoi acquistare per saldarli. Inoltre, come puoi rilavorare BGA se non lo saldi bene.
Abbiamo anche confrontato i BGA con i tradizionali dispositivi a montaggio superficiale. Infine, copriamo anche i difetti di saldatura in modo da poterli evitare. Se vuoi saperne di più sulla tecnologia BGA, puoi contattarci per discutere.
