BGA-montering

Hvad er BGA samling?

BGA (Ball Grid Array) er et integreret kredsløbspakke, der er designet til højdensitets kredsløb. Dens kernefunktion er et gittermønster af små loddebolde, der er arrangeret under pakken. Disse loddebolde erstatter pinnerne i traditionelle pakker og fungerer som en elektrisk bro mellem chippen og PCB'en, og er ansvarlige for signaloverførsel og strømforsyning samt en vigtig mekanisk forbindelse. Sammenlignet med pindbaserede eller konventionelle overflademonterede pakker kan BGAs opnå hundredevis eller endda tusinder af forbindelsespunkter inden for et begrænset rum. Derfor anvendes de bredt i højfrekvensprocessorer, hukommelseschips og andre applikationer, der kræver ekstrem hastighed, effekt, varmeafledning og elektrisk ydeevne.

BGA-ensamblage indebærer præcis montering af disse BGA-chips med loddebolde i bunden til en PCB gennem en automatiseret loddeproces. Da loddeboldene direkte forbinder til de tilsvarende kontakter på PCB'en, elimineres den bøjede struktur, som traditionelle pinner har. Dette forkorter ikke alene signallængden og reducerer interferens, men det reducerer også termisk modstand og forbedrer kølingseffektiviteten gennem en kompakt design.

I modsætning til traditionel SMD-pakning er BGA-ensamblage helt afhængig af automatiserede udstyr såsom højpræcisionsplaceringsmaskiner og reflow-ovne. Fra loddepastens trykning til den endelige inspektion kræves streng præcisionskontrol. Dette er nødvendigt for at håndtere højdensitetforbindelser og er afgørende for at sikre høj pålidelighed. Som et resultat demonstrerer BGA-ensamblage fordele frem for traditionelle pakninger i elektroniske enheder, der kræver højhastighedsbehandling og høj effektudgang.

De centrale fordele ved BGA-ensamblage

Kabelsæt med forskellige strukturer er velegnede til forskellige scenarier på grund af deres varierende egenskaber:

• Båndkabler: Disse består af flere parallelle ledere, der minder om et pænt ordnet bündel af ledninger. Deres fordele inkluderer pladsbesparelse og forenklet forbindelse. De anvendes ofte i applikationer, hvor plads er begrænset, såsom inden i computere, og hvor flere linjer skal transmitteres parallelt.
  
• Koaksiale kabler: Disse kabler har en central leder som kerne, omgivet af et isoleringslag, et skærmelag og en jakke, og danner en struktur, der minder om "koncentriske cirkler". Dette design sikrer fremragende transmission af højfrekvente signaler og modstand mod interferens, hvilket gør dem bredt anvendte i kommunikationsnetværk, radiofrekvensudstyr og andre felter.
  
• Flerelederkabler: Disse kabler indeholder flere sæt af individuelt isolerede ledere, som er i stand til at transmittere flere signaler samtidigt. De anvendes i anvendelser, der spænder over alt fra lydoverførsel i lydsystemer til flerkanals signaludveksling i industrielle kontrolsystemer.
  
• Komplekse wireharnesser: Disse kabler består af en kombination af forskellige kabler, stikforbindelser og beslag, hvilket resulterer i en sofistikeret struktur. De er velegnede til anvendelser såsom automobil- og luftfart, som kræver et stort antal kredsløbsforbindelser og kan opretholde høj pålidelighed i barske miljøer.

BGA-monteringsprocessens trin

1. PCB-design og loddepastepreparation

Først designes matchende poler på BGA-loddeområdet på PCB'en. Derefter påføres en loddepaste, som består af lodde og flux, jævnt på polerne ved hjælp af en stencile. Mængden af loddepaste, der anvendes, har direkte indflydelse på loddeforbindelsens kvalitet og skal nøje kontrolleres.

2. Præcisionsplacering

En højhastighedsautomatisk placeringsmaskine bruger en kamera med høj opløsning til at identificere positionsmærkningerne på chippen og PCB'en. Efter at have samlet BGA-chippen op, placeres den præcist på den trykte loddepasta, og sikrer, at hver loddekugle er justeret med den tilsvarende pad. Denne trin er almindeligt kendt som "Pick-and-Place".

3. Loddeovn

Den samlede PCB føres ind i en loddeovn. Når temperaturen stiger, smelter loddepastaen gradvist og smelter sammen med loddekuglerne i bunden af BGA'en. Efter afkøling dannes en stærk loddeforbindelse, som afslutter den elektriske og mekaniske forbindelse.

4. Inspektion og testing

Da BGA-loddeforbindelserne er skjult under chippen og ikke kan observeres direkte, skal de inspiceres ved hjælp af røntgenudstyr for at kontrollere kortslutning, luftblærer og koldlodninger. Der udføres også elektrisk funktionsprøvning for at sikre forbindelsens pålidelighed.

Hvordan sikrer man BGA-loddepålidelighed?

BGA-ensamblage kræver ekstremt høj procespræcision og kræver derfor streng kontrol gennem flere faser:

• PCB-design: Padstørrelse, afstand og routning skal overholde BGA-specifikationerne. Varmeledningsevne skal også tages i betragtning for at undgå store lokale temperaturforskelle.
  
• Loddeklods og stenciler: Vælg den korrekte type loddeklods og sikr høje stenciler præcision for at sikre ensartet loddeklodsudskrivning og undgå kortslutning forårsaget af overdreven anvendelse eller koldloddeforbindelser forårsaget af utilstrækkelig anvendelse.
  
• Ophedningsprofil: Præcise opvarmnings-, opvarmning- og kølingsparametre skal indstilles i henhold til loddeklodsets egenskaber og chipens varmetålighed for at forhindre loddefejl forårsaget af forkert temperatur.
  
• Inspektionsmetoder: Røntgenudstyr anvendes til at identificere skjulte loddefejl, og metoder som tværsnitsanalyse kan anvendes til at verificere loddeforbindelsens styrke, hvis nødvendigt.
  
• Miljøkontrol: Samleværkstedet skal være rent, med konstant temperatur og fugtighed for at forhindre støv og fugt i at påvirke loddepastens egenskaber og loddeforbindelsens kvalitet.
  
• Professionelle leverandører: Erfarede producenter kan reducere samlerisici gennem standardiserede processer og procesoptimering.
  

Metoder til inspektion af loddeforbindelser

• Visuel inspektion: Anvendes kun til små eksponerede loddeforbindelser ved kanterne. Det kan registrere åbenlyse fejl som manglende loddeforbindelser og deformation, men kan ikke dække kernerom.
  
• Røntgeninspektion: Dette er den primære metode til inspektion af BGA-loddeforbindelser. Røntgenstråler trænger gennem chippen og giver et tydeligt billede af de underliggende loddeforbindelser. Det kan nøjagtigt identificere skjulte fejl såsom kortslutning, hulrum og koldeloddning og sikre, at alle loddeforbindelser lever op til standarderne.

PCBallys professionelle BGA-opsamlingsydelser

BGA-opsamling er en teknisk proces i elektronikproduktion, som kræver ekstremt høj præcision og erfaring, og som stiller store krav til detaljehåndtering, fra udstyrets ydeevne til procesdetaljer. Som professionel leverandør tilbyder PCBally en komplet løsning, der dækker teknisk vurdering, indkøb af komponenter, fremstilling af stenciler, SMT-placering, lodinspektion og test af færdige produkter. Uanset om det drejer sig om en kompleks BGA med høj antal pinner eller et scenarie med særlige krav til varmeafledning eller signalkonduktivitet, sikrer PCBallys standardiserede processer og skræddersyede ekspertise, at hver eneste chip opnår en stabil, pålidelig og holdbar forbindelse til printpladen, og derved lægger grundlaget for elektroniske enheders høje ydeevne.