BGA монтаж

Какво е BGA сглобяване?

BGA (Ball Grid Array) е интегрална схема в пакет, предназначен за високоплътни вериги. Неговата основна характеристика е решетъчен модел от миниатюрни лепенки, подредени по дъното на пакета. Тези лепенки заменят пиновете на традиционните пакети, като действат като електрически мост между чипа и платката, отговарящ за предаването на сигнали и захранването, както и като основна механична връзка. В сравнение с пакети, използващи пинове или конвенционални повърхностно монтирани пакети, BGA може да осигури стотици или дори хиляди точки на свързване в ограничено пространство. Поради това те широко се използват в процесори с висока честота, чипове за памет и други приложения, които изискват изключително висока скорост, мощност, охлаждане и електрически параметри.

BGA монтажът включва прецизното прикрепване на тези BGA чипове със стопяеми топчета от долната страна към PCB чрез автоматизиран процес на лепене. Тъй като стопяемите топчета директно се свързват със съответните площи на PCB, се елиминира огъващата структура на традиционните пинове. Това не само скъсява пътя на сигнала и намалява интерференцията, но също така намалява топлинното съпротивление и подобрява ефективността на отвеждане на топлината чрез компактния дизайн.

В сравнение с традиционното SMD опаковане, BGA монтажът разчита изцяло на автоматично оборудване, като прецизни машины за монтаж и рефлуксни фурни. От печатането на стопяема паста до окончателната инспекция, изисква се строг контрол върху прецизността. Това е необходимо за справяне с високата плътност на връзките и е от съществено значение за гарантиране на висока надеждност. В резултат на това, BGA монтажът демонстрира предимства пред традиционното опаковане в електронни устройства, изискващи обработка с висока скорост и висок изходен ток.

Основни предимства на BGA монтажа

Кабелните съединения с различни структури са подходящи за различни сценарии поради различните си характеристики:

• Лентови кабели: Състоят се от множество успоредни проводници, приличащи на добре подреден пакет жици. Предимствата им включват икономия на пространство и опростена електропроводка. Често се използват в приложения, където пространството е ограничено, като например в компютри, и където е необходимо предаване на множество линии успоредно.
  
• Коаксиални кабели: Тези кабели имат централен проводник като ядро, обграден от изолационен слой, екраниращ слой и обвивка, което формира структура, подобна на "концентрични окръжности". Тази конструкция осигурява отлична високочестотна предавателна способност и устойчивост на смущения, което ги прави широко използвани в комуникационни мрежи, радиочестотни устройства и други области.
  
• Многожични кабели: Тези кабели съдържат множество комплекти независимо изолирани проводници, които могат едновременно да предават множество сигнали. Използват се в приложения, вариращи от аудио предаване в звукови системи до многоканална обмяна на сигнали в индустриални системи за управление.
  
• Сложни кабелни жгутове: Тези кабели се състоят от комбинация от различни кабели, конектори и затегващи елементи, което води до сложна структура. Те са подходящи за приложения като автомобилната и авиационната индустрия, където се изисква голям брой електрически връзки и могат да осигурят висока надеждност в тежки условия.

Етапи в процеса на BGA монтаж

1. Проектиране на PCB и подготвяне на припойна паста

Първо се проектират съответстващи контактни площи в областта на BGA запояването на PCB. След това припойна паста, съставена от припой и флюс, се равномерно нанася върху контактните площи чрез трафарет. Количеството използвана припойна паста директно влияе на качеството на запоя и трябва стриктно да се контролира.

2. Прецизно позициониране

Високоскоростна автоматична машина за позициониране използва камера с високо разделение, за да идентифицира маркировките за позициониране на чипа и платката PCB. След като поеме чипа BGA, той се поставя точно върху отпечатаната съединителна паста, така че всяка припойна топка да съвпада със съответната площадка. Тази стъпка обикновено е известна като "Pick-and-Place".

3. Рефлуксно лъгане

Сглобената платка PCB се подава в пещ за рефлуксно лъгане. Докато температурата се покачва, съединителната паста постепенно се топи и се съединява с припойните топки в долната част на BGA. След охлаждането се формира здраво спойване, което завършва електрическото и механическото свързване.

4. Проверка и тестове

Тъй като споевете на BGA са скрити в долната част на чипа и не могат директно да се наблюдават, те трябва да се проверяват чрез рентгеново оборудване, за да се установят къси съединения, въздушни джобове и студени споеве. Също така се извършва тест за електрически параметри, за да се осигури надеждност на свързването.

Как да се осигури надеждност на BGA спояването?

Монтажът на BGA изисква изключително висока прецизност на процеса, като изисква строг контрол през няколко етапа:

• Проектиране на PCB: Размерът на контактните площи, разстоянието между тях и маршрутизирането трябва да съответстват на спецификациите на BGA. Трябва също да се отбележи отводът на топлина, за да се избегнат големи локални температурни разлики.
  
• Припой и шаблон: Изборът на подходящ тип припой и осигуряване на висока прецизност на отворите на шаблона, за да се гарантира равномерно отпечатване на припоя и да се избегнат къси съединения, причинени от прекомерно нанасяне, или студени припойни връзки, причинени от недостатъчно нанасяне.
  
• Профил на префузията: Трябва да се зададат прецизни параметри за нагряване, изстиване и охлаждане, въз основа на характеристиките на припоя и топлинната устойчивост на чипа, за да се предотвратят дефекти в припоя, причинени от неправилни температури.
  
• Методи за инспекция: Използва се рентгеново оборудване, за да се идентифицират скрити проблеми с припоя, а при необходимост могат да се използват методи като анализ на напречни сечения, за да се провери здравината на припоя.
  
• Контрол на околната среда: Сборният цех трябва да бъде чист, с постоянна температура и влажност, за да се предотврати проникването на прах и влага, които могат да повлияят на качеството на пая и процеса на лъгане.
  
• Профессионални доставчици: Опитни производители могат да намалят риска при сглобяването чрез стандартизирани процеси и оптимизация на технологичните операции.
  

Методи за проверка на качеството на лъганията

• Визуален преглед: Приложим само за малки, открити лъгания по ръбовете. Може да открие очевидни проблеми като липсващи или деформирани лъгания, но не може да обхване основните области.
  
• Инспекция с рентген: Това е основният метод за проверка на лъганията при BGA. Рентгеновите лъчи проникват през чипа и визуализират ясно скритите лъгания. Може точно да идентифицира скрити дефекти като мостове, въздушни джобове и студени лъгания, осигурявайки съответствие на всяко лъгане с изискванията.

Профессионални услуги за BGA сглобяване на LHD

Монтажът BGA е технически процес в електронното производство, който изисква изключително висока прецизност и опит, като изисква старателно внимание към детайли – от производителността на оборудването до нюансите на процеса. Като професионален доставчик на услуги, LHD предлага комплексно обслужване – от инженерни оценки, набавяне на компоненти, изработване на шаблони до монтаж на SMT, инспекция на лепилото и тестване на готовите продукти. Независимо дали става дума за сложен BGA с голям брой пинове или за ситуация със специални изисквания към отвеждането на топлина или предаването на сигнали, стандартните процеси и персонализираните познания на LHD гарантират, че всеки чип ще създаде стабилна, надеждна и издръжлива връзка с PCB, като по този начин ще бъде положена здрава основа за високопроизводителната работа на електронните устройства.