Assemblage BGA

Qu'est-ce que l'assemblage BGA ?

BGA (Ball Grid Array) est un boîtier de circuit intégré conçu pour les circuits haute densité. Sa caractéristique principale est un motif en grille de petites billes de soudure disposées sur le dessous du boîtier. Ces billes de soudure remplacent les broches des boîtiers traditionnels et agissent comme un pont électrique entre la puce et la carte PCB, assurant ainsi la transmission des signaux et l'alimentation électrique, tout en constituant une connexion mécanique essentielle. Par rapport aux boîtiers à broches ou aux boîtiers de montage en surface conventionnels, les BGA peuvent offrir des centaines, voire des milliers de points de connexion dans un espace limité. De ce fait, ils sont largement utilisés dans les processeurs haute fréquence, les puces mémoire et d'autres applications nécessitant une vitesse, une puissance, une dissipation thermique et des performances électriques extrêmement élevées.

L'assemblage BGA consiste à fixer précisément ces circuits intégrés BGA, équipés de billes de soudure sur leur face inférieure, sur un circuit imprimé (PCB) au moyen d'un procédé de soudage automatisé. Comme les billes de soudure s'attachent directement aux pistes correspondantes du PCB, la structure cintrée des broches traditionnelles est éliminée. Cela réduit non seulement le trajet des signaux et diminue les interférences, mais réduit également la résistance thermique et améliore l'efficacité d'évacuation de la chaleur grâce à un design compact.

Contrairement à l'emballage SMD traditionnel, l'assemblage BGA dépend entièrement d'équipements automatisés, tels que des machines de précision pour le placement et des fours de refusion. Du dépôt de la pâte à souder jusqu'à l'inspection finale, un contrôle précis est indispensable. Cela permet de gérer les connexions à haute densité et est crucial pour garantir une fiabilité élevée. En conséquence, l'assemblage BGA présente des avantages par rapport à l'emballage traditionnel dans les appareils électroniques nécessitant un traitement à grande vitesse et une sortie de puissance élevée.

Avantages principaux de l'assemblage BGA

Les câblages de structures différentes conviennent à différents scénarios en raison de leurs caractéristiques variées :

• Câbles plats : Ces câbles sont composés de plusieurs conducteurs parallèles, ressemblant à un faisceau de fils soigneusement organisé. Leurs avantages incluent l'économie d'espace et la simplification du câblage. Ils sont souvent utilisés dans des applications où l'espace est limité, comme à l'intérieur des ordinateurs, et là où plusieurs lignes doivent être transmises en parallèle.
  
• Câbles coaxiaux : Ces câbles possèdent un conducteur central en guise de cœur, entouré d'une couche isolante, d'une couche blindée et d'une gaine, formant une structure similaire à des "cercles concentriques". Cette conception offre une excellente transmission des signaux haute fréquence ainsi qu'une bonne résistance aux interférences, les rendant largement utilisés dans les réseaux de communication, les équipements radiofréquence et d'autres domaines.
  
• Câbles multiconducteurs : Ces câbles contiennent plusieurs jeux de conducteurs indépendamment isolés, capables de transmettre simultanément plusieurs signaux. Ils sont utilisés dans des applications allant de la transmission audio dans les systèmes sonores à l'échange de signaux multiplexés dans les systèmes de contrôle industriel.
  
• Faisceaux de câbles complexes : Ces câbles sont composés d'une combinaison de divers câbles, connecteurs et fixations, ce qui donne une structure sophistiquée. Ils conviennent particulièrement aux applications telles que l'automobile et l'aérospatiale, nécessitant un grand nombre de connexions électriques et devant maintenir une haute fiabilité dans des environnements difficiles.

Étapes du processus d'assemblage BGA

1. Conception du circuit imprimé et préparation de la pâte à souder

Tout d'abord, des pistes correspondantes sont conçues sur la zone de soudage BGA du circuit imprimé. Ensuite, une pâte à souder composée de soudure et de flux est appliquée uniformément sur les pistes à l'aide d'un masque. La quantité de pâte à souder utilisée influence directement la qualité des soudures et doit être strictement contrôlée.

2. Positionnement précis

Une machine de placement automatique haute vitesse utilise une caméra haute définition pour identifier les marques de positionnement sur la puce et le circuit imprimé (PCB). Après avoir prélevé la puce BGA, elle est placée avec précision sur la pâte à souder imprimée, s'assurant que chaque bille de soudure s'aligne avec le pad correspondant. Cette étape est couramment appelée « Pick-and-Place ».

3. Refusion de la soudure

Le circuit imprimé assemblé est introduit dans un four de refusion. Lorsque la température augmente, la pâte à souder fond progressivement et se soude aux billes de soudure situées sur le fond du BGA. Après refroidissement, une soudure solide se forme, assurant ainsi la connexion électrique et mécanique.

4. Vérification et essais

Étant donné que les soudures BGA sont cachées sous la puce et ne peuvent pas être observées directement, elles doivent être inspectées à l'aide d'équipements à rayons X pour vérifier la présence de courts-circuits, de trous d'air et de soudures froides. Des tests de performance électrique sont également effectués afin de garantir la fiabilité des connexions.

Comment garantir la fiabilité du soudage BGA ?

L'assemblage BGA exige une extrême précision du processus, nécessitant une maîtrise stricte à plusieurs étapes :

• Conception du PCB : Les dimensions des pistes, l'espacement et le routage doivent correspondre aux spécifications BGA. La dissipation thermique doit également être prise en compte afin d'éviter d'importants écarts de température locaux.
  
• Pâte à souder et gabarit : Sélectionner le type approprié de pâte à souder et s'assurer que le gabarit présente une grande précision des ouvertures afin d'assurer une imprimerie uniforme de la pâte à souder et d'éviter les courts-circuits dus à une application excessive ou les soudures froides dues à une application insuffisante.
  
• Profil de refusion : Les paramètres précis de chauffage, de préchauffage et de refroidissement doivent être définis en fonction des caractéristiques de la pâte à souder et de la résistance thermique de la puce afin d'éviter les défauts des soudures dus à des températures inadaptées.
  
• Méthodes d'inspection : Des équipements à rayons X sont utilisés pour identifier les problèmes cachés des soudures, et des méthodes telles que l'analyse par coupe transversale peuvent être utilisées pour vérifier la solidité des soudures si nécessaire.
  
• Contrôle environnemental : L'atelier d'assemblage doit être propre, avec une température et une humidité constantes afin d'éviter que la poussière et l'humidité n'affectent les performances de la pâte à souder et la qualité des soudures.
  
• Fournisseurs professionnels : Des fabricants expérimentés peuvent réduire les risques d'assemblage grâce à des processus standardisés et à une optimisation des procédés.
  

Méthodes d'inspection de la qualité des soudures

• Inspection visuelle : Applicable uniquement aux petits points de soudure exposés situés sur les bords. Elle permet de détecter des problèmes évidents tels que l'absence de soudures ou des déformations, mais elle ne peut pas couvrir les zones centrales.
  
• Inspection par rayons X : Cette méthode constitue l'approche principale pour l'inspection des soudures BGA. Les rayons X traversent la puce et permettent de visualiser clairement les soudures sous-jacentes. Elle permet d'identifier précisément des défauts cachés tels que des ponts, des soufflures et des soudures froides, garantissant ainsi que chaque point de soudure respecte les normes requises.

Services professionnels d'assemblage BGA de LHD

L'assemblage BGA est un processus technique dans la fabrication électronique qui exige une précision extrêmement élevée et une grande expérience, tout en nécessitant une attention méticuleuse aux détails, allant de la performance des équipements jusqu'aux subtilités du processus. En tant que prestataire professionnel, LHD propose un service clé en main, allant de l'évaluation technique, l'approvisionnement des composants, la fabrication du masque, le placement SMT, l'inspection du brasage, jusqu'au test du produit final. Qu'il s'agisse d'un BGA complexe avec un grand nombre de broches ou d'une situation nécessitant des exigences spécifiques en matière d'évacuation de chaleur ou de transmission de signal, les processus standardisés et l'expertise sur mesure de LHD garantissent que chaque puce établisse une connexion stable, fiable et durable avec le circuit imprimé, assurant ainsi une base solide pour le fonctionnement haute performance des appareils électroniques.