Montáž BGA

Co je BGA montáž?

BGA (Ball Grid Array) je integrovaný obvodový balíček navržený pro vysokohustotní obvody. Jeho hlavní vlastností je mřížkovitý vzor malých pájecích kuliček uspořádaných na spodní straně balíčku. Tyto pájecí kuličky nahrazují piny tradičních balíčků a působí jako elektrický most mezi čipem a desku plošných spojů, zajišťují přenos signálu a napájení a také slouží jako klíčové mechanické spojení. Ve srovnání s pinovými nebo konvenčními povrchově montovanými balíčky mohou BGA balíčky dosáhnout stovky nebo dokonce tisíce připojovacích bodů v omezeném prostoru. Proto se široce používají ve vysokofrekvenčních procesorech, paměťových čipech a jiných aplikacích, které vyžadují velmi vysokou rychlost, výkon, odvod tepla a elektrické vlastnosti.

BGA montáž zahrnuje přesné připevnění těchto BGA čipů se spodními pájecími koulemi k plošnému spoji prostřednictvím automatizovaného pájecího procesu. Protože pájecí koule jsou přímo spojeny s odpovídajícími ploškami na plošném spoji, odpadá ohybová struktura tradičních vývodů. To nejen zkracuje dráhu signálu a snižuje rušení, ale také snižuje tepelný odpor a zvyšuje účinnost odvodu tepla díky kompaktnímu návrhu.

Na rozdíl od tradičního SMD pouzdřování závisí BGA montáž zcela na automatizovaném vybavení, jako jsou vysoce přesné osazovací stroje a reflow pece. Od tisku pájecí pasty až po finální kontrolu je vyžadováno přísné dodržování přesnosti. To je nezbytné pro zvládnutí vysokohustotních připojení a klíčové pro zajištění vysoké spolehlivosti. Výsledkem je, že BGA montáž vykazuje výhody oproti tradičnímu pouzdřování u elektronických zařízení vyžadujících vysokorychlostní zpracování a vysoký výkon.

Klíčové výhody BGA montáže

Kabelové soubory různých struktur jsou vhodné pro různé scénáře díky svým různým vlastnostem:

• Páskové kabely: Tyto kabely se skládají z více paralelních vodičů, které připomínají pečlivě uspořádaný svazek drátů. Mezi jejich výhody patří úspora prostoru a zjednodušené zapojení. Často se používají v aplikacích, kde je prostor omezený, například uvnitř počítačů, a kde je třeba přenášet více vedení paralelně.
  
• Koaxiální kabely: Tyto kabely mají ve svém středu vodič, který je obklopen izolační vrstvou, stínící vrstvou a pláštěm, čímž vzniká struktura podobná „soustředným kruhům“. Tento návrh zajišťuje vynikající přenos vysokofrekvenčních signálů a odolnost proti rušení, díky čemuž jsou široce využívány v komunikačních sítích, zařízeních vysokofrekvenční techniky a v dalších oblastích.
  
• Vícežilové kabely: Tyto kabely obsahují více sad nezávisle izolovaných vodičů, které jsou schopny přenášet více signálů současně. Používají se v aplikacích od přenosu zvuku v zvukových systémech po vícekanálovou výměnu signálů v průmyslových řídicích systémech.
  
• Složité kabelové svazky: Tyto kabely jsou složeny z kombinace různých kabelů, konektorů a spojovacích prvků, čímž vzniká sofistikovaná struktura. Jsou vhodné pro aplikace jako automobilový a letecký průmysl, které vyžadují velký počet elektrických spojení a mohou udržovat vysokou spolehlivost v náročných prostředích.

Kroky procesu montáže BGA

1. Návrh plošného spoje a příprava pájky

Nejprve jsou na pájecí ploše BGA na plošném spoji navrženy odpovídající plošky. Poté je pájecí pasta tvořená pájkou a tavidlem rovnoměrně nanášena na plošky pomocí stencile. Množství použité pájecí pasty přímo ovlivňuje kvalitu pájených spojů a musí být přísně kontrolováno.

2. Přesné umístění

Stroj pro automatické umisťování na vysoké rychlosti používá kameru s vysokým rozlišením k identifikaci značek pro polohování na čipu a na desce plošných spojů (PCB). Po sejmutí BGA čipu je tento přesně umístěn na nanesenou pájecí pastu, čímž je zajištěno, že každá pájecí kulička odpovídá příslušnému kontaktu. Tento krok je obvykle označován jako „Pick-and-Place“.

3. Tepelné pájení (reflow soldering)

Sestavená deska plošných spojů (PCB) je vložena do reflow pece. Při zvyšování teploty se pájecí pasta postupně roztaví a spojí s pájecími kuličkami na spodní straně BGA. Po ochlazení vznikne pevné pájené spojení, které dokončí elektrické i mechanické propojení.

4. Kontrola a testování

Protože pájené spoje BGA jsou skryté na spodní straně čipu a nejsou přímo viditelné, musí být kontrolovány pomocí rentgenového zařízení, aby bylo možné zjistit zkraty, vzduchové bubliny a studené pájené spoje. Také se provádí test elektrických vlastností, aby byla zajištěna spolehlivost spojení.

Jak zajistit spolehlivost pájení BGA?

Montáž BGA vyžaduje extrémně vysokou přesnost procesu, která vyžaduje přísnou kontrolu v průběhu několika fází:

• Návrh plošného spoje: Velikost, rozteč a vedení pájecích plošek musí odpovídající specifikacím BGA. Musí být také zohledněno odvádění tepla, aby se předešlo velkým lokálním teplotním rozdílům.
  
• Pájecí pasta a stínítko: Vyberte vhodný typ pájecí pasty a zajistěte vysokou přesnost otvorů stínítka, aby bylo zajištěno rovnoměrné nanášení pájecí pasty a předešlo se zkratům způsobeným nadměrným nanášením nebo studeným pájením způsobeným nedostatečným nanášením.
  
• Profil reflow pájení: Musí být nastaveny přesné parametry ohřevu, výdrže a chlazení na základě vlastností pájecí pasty a odolnosti čipu vůči teplu, aby se předešlo vadám pájených spojů způsobeným nesprávnými teplotami.
  
• Metody inspekce: K identifikaci skrytých vad pájených spojů je používáno rentgenové zařízení a v případě potřeby mohou být použity metody, jako je analýza průřezu, ke kontrole pevnosti pájených spojů.
  
• Kontrola prostředí: Montážní dílna musí být čistá, s konstantní teplotou a vlhkostí, aby se zabránilo vlivu prachu a vlhkosti na výkon pájecí pasty a kvalitu pájení.
  
• Odborní dodavatelé: Zkušení výrobci mohou snížit rizika spojená s montáží pomocí standardizovaných procesů a optimalizace výroby.
  

Metody kontroly kvality pájení

• Vizuální kontrola: Použitelná pouze pro malé, expozitní pájené spoje na okrajích. Může odhalit zřejmé problémy, jako je chybějící pájený spoj nebo deformace, ale nemůže pokrýt jádrové oblasti.
  
• Rentgenová kontrola: Toto je základní metoda pro kontrolu pájených spojů BGA. Rentgenové paprsky pronikají čipem a zřetelně zobrazují spodní pájené spoje. Může přesně identifikovat skryté vady, jako jsou můstky, dutiny a studené pájené spoje, a zajistit, aby každý pájený spoj odpovídal normám.

PCBally's profesionální služby montáže BGA

Montáž BGA je technologický proces ve výrobě elektroniky, který vyžaduje extrémně vysokou přesnost a zkušenosti, a to od výkonu zařízení až po detaily procesu. Jako profesionální poskytovatel služeb nabízí PCBally komplexní řešení, které zahrnuje inženýrské hodnocení, nákup součástek, výrobu stencí, pájení SMT, kontrolu spojů i testování hotového výrobku. Ať už se jedná o složitou montáž BGA s vysokým počtem pinů nebo o speciální požadavky na odvod tepla či přenos signálu, standardizované procesy a specializované know-how společnosti PCBally zajišťují, že každý čip bude k desce plošných spojů pevně, spolehlivě a trvale připojen a tím položí pevný základ pro vysoký výkon elektronických zařízení.