BGA forraszhibák: NYÁK röntgenvizsgálati technikák és javítás

Bevezetés

A technológia folyamatos fejlődése az elektronikai eszközök irányába halad, amelyek okosabbak, gyorsabbak és kompaktabbak. Ezekre a termékekre vonatkozó igény előrevitte a nagy sűrűségű technológiák fejlesztését, amelyek gyorsan összeépíthetők és megbízhatóan csatlakoztathatók a modern áramkörök növekvő bonyolultságához. A golyórácsos tok (BGA) eszközök kulcsfontosságú megoldásként jelentek meg, mivel képesek maximalizálni az áramkör-sűrűséget és javítani a teljesítményt a nyomtatott áramkörök (PCB) szerelésében.

A modern elektronikai gyártás széles körben alkalmazza a BGA alkatrészeket. Ezt a technológiát mind a fogyasztói elektronikában, például okostelefonokban és játékberendezésekben, mind magas színvonalú iparágakban, mint például az űrtechnológiában és az orvosi elektronikában használják. A gyártó vállalatoknak elsajátítottá kell lenniük a BGA-alkatrészek forrasztási technikáit, rendelkezniük kell X-sugár vizsgáló rendszerek kezelésének képességével, és jártassággal kell rendelkezniük a BGA-alkatrészek fejlett javítási technikáiban. Ezek a szakmai technikai készségek nagy értékkel bírnak a prototípus-fejlesztési fázisban, ugyanakkor elengedhetetlenek a tömeggyártási folyamatok során is. A technológiai rendszer teljes körű elsajátítása biztosítja, hogy a végső termékek megfeleljenek a teljesítménykövetelményeknek.

Mi az a Ball Grid Array ( BGA ) forrasztás?

Ball Grid Array: Szerkezet és hozzájárulás az áramkör-összeszereléshez

A ball grid array (BGA) egy olyan integrált áramkör csomagolási technológia, amelynél forrasztási golyók vannak elhelyezve a BGA-eszköz alatt rácsmintázatban. Az összeszerelés során ezek a golyók megolvadnak, és mechanikai valamint elektromos kapcsolatot hoznak létre a csomagolás és a nyomtatott áramkör (PCB) között. A hagyományos csomagokkal ellentétben a BGA forrasztási pontok rejtettek – így egyszerű vizuális ellenőrzésük nem lehetséges, ami megnöveli az előrehaladott ellenőrzési technológiák, például az röntgenvizsgálat szükségességét.

Hogyan kerülnek a BGA-k forrasztásra egy nyomtatott áramkörre

• 1. lépés: Tervezze meg a nyomtatott áramkör lábnyomát úgy, hogy pontosan illeszkedjen a forrasztási golyókhoz.
• 2. lépés: Visz fel forrasztópasztát a nyomtatott áramkörre sablon segítségével, amely a megfelelő mennyiségű forrasztót juttatja el minden egyes padhoz.
• 3. lépés: Helyezze el a BGA-alkatrészt úgy, hogy minden golyó illeszkedjen a hozzá tartozó padhoz.
• 4. lépés: A nyomtatott áramkör-összeállítást reflow kemencén vezetik keresztül, amely felmelegíti az áramkört, így a rácsban lévő golyók elegendően megolvasznak, és kapcsolatot hoznak létre a BGA és a nyomtatott áramkör között.
• 5. lépés: A lehűlés után a BGA forrasztási golyók újraszilárdultak, megbízható kapcsolatokat létrehozva.

Golyórácsos csomagolású forrasztott kapcsolat struktúra

BGA-eszközök fejlesztése és jellemzői

A golyórácsos csomagolás (BGA) technológia fejlődését az igény hajtotta, hogy növeljék az I/O-sűrűséget és javítsák az elektronikus összeállítások teljesítményét. Ahogy a csomagoláson belüli integrált áramkörök egyre több hőt termeltek, és erősebb kapcsolatokra volt szükség, a BGA döntő fejlesztéssé vált.

A BGA fő jellemzői:

• Rácsmintázatban elrendezve: A csomag alján sorokba és oszlopokba rendezett forrasztógolyók lehetővé teszik a tűsűrűség növelését.
• Javított elektromos teljesítmény: A rövid, közvetlen forrasztási kapcsolatok minimalizálják az ellenállást és az induktivitást, ami kritikus fontosságú a nagy sebességű áramköröknél.
• Hővezérlés: A nagy padfelület és a rácselrendezés hatékonyabban vezeti el az integrált áramkör által termelt hőt.
• Nagy sűrűségű NYÁK-kompatibilitás: A BGA-k támogatják a finom golyótávolságot – előnyös a nagy sűrűségű NYÁK-összeszerelésnél.
• Növekvő megbízhatóság: A geometria és szerkezet egyenletesen osztja el a terhelést, csökkentve ezzel a forrasztási fáradás kockázatát.

Miért uralkodnak a BGÁk a modern nyomtatott áramkör-tervezésben

A BGA és a NYÁK-partnerségek felé történő áttérés az olyan eszközök iránti igényből fakadt, amelyek nagy sebességű teljesítményt, nagyobb teljesítményt és több csatlakozást képesek kezelni anélkül, hogy növelnék az áramkör méretét. Ez a technológiai ugrás eredményeként szinte minden processzor, FPGA és nagysebességű memória BGA IC-ként került kialakításra az elektronikai termékek legújabb generációiban.

BGA forrasztási technikák

Áttekintés a BGA forrasztási technikákról

A BGA csomagolású alkatrészek forrasztása lényegesen magasabb műszaki követelményeket támaszt, mint a hagyományos vezetős csomagolások. A folyamat célja a forrasztógolyók elhelyezkedésének teljes egységessége. Fő célok közé tartozik a pontos hőmérséklet-szabályozás elérése. Az eljárás végül tiszta, üregmentes forrasztási pontok kialakítását igényli.

A forrasztási technikák közé tartozik:

• Reflow eljárás: A szabványos módszer, amely reflow kemencét használ a csomagolás és a NYÁK között elhelyezkedő forrasztógolyók globális vagy lokális felmelegítésére és megolvasztására.
• Kézi forrasztás: Elsősorban BGA újraköltözéshez vagy prototípus-összeszereléshez használják – gyakran helyileg melegítik a BGA alkatrészt forró levegős eszközzel.
• Forró levegős újraköltöztető állomás használata: Újraköltözéshez/javításhoz egy szabályozott forró levegő- és/vagy IR-forrás melegíti a hibás BGA alkatrész környezetét, hogy eltávolítsa, kicserélje vagy újraolvassza azt.
• Igazítás és elhelyezés: Pick-and-place rendszerek vagy kézi mikroszkópok pontosan igazítják a forrasztógolyókat a megfelelő NYÁK-felületek fölé.

Kritikus BGA forrasztási változók

Tippek tökéletes BGA forrasztáshoz

• Mindig ellenőrizze a forrasztópaszta felhordását a helyezés előtt – egy hiányzó pont azt jelenti, hogy hiányzik a forrasztott kapcsolat.
• Gondosan támogassa a nyomtatott áramkört a hevítés során, hogy elkerülje annak deformálódását, amely egyenetlen forrasztott kapcsolatok kialakulását okozhatja.
• Prototípusok és BGA javítások esetén kezdjen selejtes nyomtatott áramkörökkel, hogy tökéletesítse a BGA alkatrész helyi hőt adagolását, mielőtt értékes szerelvényekre térne rá.

Forrasztott kapcsolatok ellenőrzési technikái és vizsgálati technológia

Miért fontos az ellenőrzés

Mivel a BGA forrasztott kapcsolatok a tok alatt rejtőznek, a hibák azonosítása kizárólag vizuális jelek alapján gyakorlatilag lehetetlen. Ezért az röntgenellenőrzés, valamint más vizsgálati technikák (optikai ellenőrzés, elektromos teszt) elengedhetetlen részét képezik a folyamatnak.

BGA-k ellenőrzési technikái

1. Látványos ellenőrzés:

• A helyezéshez, igazításhoz és a tok peremén lévő golyók megtekintéséhez használják.

2. Optikai ellenőrzés (AOI):

• Az automatizált optikai ellenőrzés felderíti a helytelen elhelyezéseket, a nem megfelelő távolságtartást és néhány csomóponti hibát a csomag szélén.

3. Röntgen-ellenőrzés:

• A kézi és az automatizált röntgen-ellenőrzés (AXI) egyaránt lehetővé teszi a BGA alatt rejtett forraszkapcsolatok vizsgálatát. A röntgenkép segítségével forraszgolyó-hibákat, összeérést, üregeket, megszakadásokat és fej-a-párna hibákat lehet ellenőrizni.

4. Elektromos teszt:

• Az áramkörön belüli és a repülő proba tesztek ellenőrzik az összes kapcsolat folytonosságát a BGA és a NYÁK között.

5. Egyéb ellenőrzési módszerek:

• Hang- és IR-ellenőrző rendszereket is használnak speciális hibák észlelésére (rétegződés, üregek és hőfelhalmozódás).

Ellenőrző rendszerek összehasonlítása

Haladó ellenőrzési technológia

Az ellenőrzési technológia fejlődése lehetővé tette a valós idejű 3D AXI-t, nagy felbontású röntgenszisztémákat, valamint olyan szoftvert, amely automatikusan figyelmeztet, ha az újrakövetés során túl alacsony a hőmérséklet, vagy ha valószínű hiányos forrasztás, mint hiba.

Tippek minőségi forrasztott kötések ellenőrzéséhez

• Rendszeresen kalibrálja a röntgen-ellenőrző rendszereit optimális képminőség és pontos észlelés érdekében a hidaknál, üregeknél és megszakításoknál.
• Tömeggyártásban használjon automatizált röntgen-ellenőrzést (AXI). Ez felgyorsítja a szerelési folyamatot, miközben megőrzi a teljességet.
• Prototípusok esetén kombinálja a röntgen-ellenőrzést manuális optikai vizsgálattal, mivel az emberi szem néha olyan apró hibákat is észlelhet, amelyeket az automatizált rendszerek kihagynak.
• Egyesítse a röntgen-ellenőrzést elektromos tesztelési módszerekkel annak biztosítására, hogy minden BGA-eszköz által vezérelt áramkör terhelés alatt is működjön, nem csupán nyugalmi állapotban.

Gyakori BGA-hibák és elkerülésük módja

Kiváló PCB- és BGA-tervezés mellett is számos hiba felléphet a forrasztási folyamat során vagy azt követően. A hibák okainak és megelőzésének megértése kulcsfontosságú megbízható áramkörök esetén.

Tipikus BGA-forraszhibák

Gyakori tünetek

• Időszakos hibák az áramkörben (nyitott vagy hideg forrasztások eredményeként)
• Rövidzárlatok az első működtetés után (forraszhidak következménye)
• Nincs jel vagy magas ellenállás a kimeneti pineken (üregek/head-in-pillow hatás miatt)

Gyakori BGA-problémák elkerülése

• Óvatosan tervezze meg a padmintákat és a golyók távolságát : Győződjön meg arról, hogy a BGA-eszköz lábnyom mintázata pontosan megegyezik a csomagolással.
• Forrasztási hőmérséklet szabályozása : Kerülje a túlmelegedést vagy a forrasztási hőmérséklet hiányát az újrakövetkeztetési folyamat során.
• Paszta nyomtatási minőség ellenőrzése : Használjon forrasztópaszta-ellenőrző gépeket, amennyiben lehetséges, és azonnal javítson, ha bármelyik pad hiányos vagy túltöltött forraszttal.
• A nedvességérzékeny BGA IC-ket forrasztás előtt ki kell sütni : Ez elkerüli a „pattogatott kukorica” hatást és a lyukak méretének növekedését, amikor a rácson belüli golyók megolvadnak.
• Mindig megfelelően beállított újrakövetkeztető kemencét használjon: Szabványosítsa a csúcshőmérsékletet és az időtartamot minden szerelési folyamathoz, hogy minimalizálja a hideg vagy égett kötéseket.

BGA javítási folyamat: Eszközök és technikák

Ha az összeszerelés vagy ellenőrzés hibás forrasztott kapcsolatot vagy hibás BGA alkatrészt derít fel, akkor a bga utómunkálati folyamat lép életbe. Elengedhetetlen egy módszeres megközelítés, hogy további károkat elkerüljünk.

BGA utómunkálati eszközök és technikák

BGA utómunkálati állomás:

Az alapvető eszköz egy BGA-khoz tervezett utómunkálati állomás.

Ezek az utómunkálati állomások pontos hőmérsékletszabályozással, igazításhoz szükséges látórendszerekkel és speciális meleg levegős fúvókákkal vagy infravörös fűtőkkel rendelkeznek a BGA alkatrész helyi hevítéséhez.

Meleg levegős eszköz és IR előmelegítő:

A meleg levegős eszköz használatával biztonságosan eltávolítható a hibás alkatrész anélkül, hogy zavarnák a szomszédos forrasztási pontokat.

Az IR előmelegítő óvatosan felmelegíti a nyomtatott áramkört, hogy megakadályozza annak deformálódását vagy hőütéseit.

Látórendszerek és igazítás:

A modern állomások kamerákat vagy mikroszkópokat tartalmaznak, amelyek segítségével a forrasztógolyók pontosan illeszthetők a padokhoz.

Újragolyózó eszközök:

Az újrahasznosítandó BGA-eszközökhöz az „újragolyózás” régi, szennyezett forrasztógolyókat cserél újakra.

Forrasztópaszta nyomtató vagy mini sablon:

A megfelelő mennyiségű forrasztóanyag felhelyezéséhez az új BGA-hez.

BGA javítási folyamat (lépésről lépésre)

Előkészítés

Ellenőrizze és erősítse meg a hibát és a javítandó áramkört.

Távolítsa el a nedvességet a nyomtatott áramkörből és a BGA-ból előmelegítéssel.

Eltávolítás

Használja a javítóállomást a BGA-alkatrész helyi felmelegítésére.

Amint a forrasztógolyók megolvadnak, emelje le a BGA-t vákuumos eszközzel.

Hely tisztítása és pad ellenőrzése

Tisztítsa meg a maradék forrasztót a PCB padokról; ellenőrizze a padfelemelkedést vagy a PCB sérülést.

Új BGA elhelyezés

Az új BGA esetében vigyen fel forrasztópasztát a padokra, és helyezze el az igazítási útmutatók segítségével.

A forrasztó újravízolása

Használja a meleg levegős eszközt vagy a javítómunkaállomás vezérlőit az új forrasztógolyók újravízolásához és a BGA és a PCB közötti kapcsolatok kialakításához.

Végső vizsgálat

Szükség szerint végezzen röntgenellenőrzést, vizuális ellenőrzést és elektromos tesztelést.

Ajánlott eljárások a PCB-szereléshez, újravízoláshoz és minőséghez

• Hiányosságok megelőzése minden lépés érvényesítésével: A paszta nyomtatásától és az alkatrészek helyezésétől egészen az újravízolásig és ellenőrzésig.
• Használjon automatizált röntgenellenőrzést nagy számú BGA-t tartalmazó PCB-khez : A rejtett forrasztott pontok kézi kiválogatása nem megvalósítható nagy léptékben.
• Forrasztási hőmérséklet figyelése : Minden nyomtatott áramkörlemez profilt termokaparok segítségével kell felvenni, különösen összetett, nagy sűrűségű lemezek esetén.
• A BGA-kat a gyártók ajánlásai szerint kell tárolni : A forraszgolyók oxidációjának és nedvességfelvételének megelőzése.

Gyakran Ismételt Kérdések

K: Használható-e manuális forrasztás BGA-eszközöknél?

V: A manuális forrasztás általában nem alkalmas BGA-összeszerelésre a rejtett és finom rácstávolságú forraszkapcsolatok miatt. Ugyanakkor kritikus szerepet játszik a javításban, speciális meleg levegős fúvókák és pontos vizuális ellenőrzés alkalmazásával.

K: Mindig szükséges az Röntgen-vizsgálat BGA ellenőrzéséhez?

V: Igen, a gyártáshoz – mivel a forraszkapcsolatok a tok alatt helyezkednek el, és nem értékelhetők teljes mértékben vizuális vagy optikai módszerekkel.

K: Mik a jelei annak, hogy egy BGA-forrasztási folyamat sikertelen volt?

A: Időszakos jelek, nincs kimenet, vagy eszköz meghibásodás; röntgenvizsgálattal megerősítve vagy sikertelen elektromos tesztekkel.

K: Hogyan kerülhetők el a gyakori BGA hibák újracsatlakozáskor?

A: A megfelelő kemenceprofil, gondos sablontervezés és rendszeres ellenőrzési technikák minimalizálják a nyilvánvaló és alattomos hibákat.

Összegzés

A golyós rácscsomagolás (BGA) fejlődése kulcsfontosságú volt az egyre kisebb, hatékonyabb és megbízhatóbb elektronikai eszközök iránti igény kielégítésében. Azonban a BGA-eszközök forrasztott csatlakozásai – rácsmintázatban elrendezve, és a tok alján rejtetten – kifinomult szerelési, javítási és ellenőrzési technikákat igényelnek. Az újracsatlakoztató kemencéktől és állapotnak megfelelő BGA-javítóállomásoktól kezdve az előrehaladott röntgenvizsgálat szükségességéig, az egész folyamat minden részletére kiterjedő figyelmet követel.

A gyakori BGA-hibák elkerüléséhez hatékony folyamatirányítás és az alkalmas eszközök, valamint ellenőrzési módszerek használatának elkötelezettsége szükséges. A jó tervezés, a szakértői forrasztási technika, a pontos ellenőrzés és a gondos javítás összjátéka biztosítja, hogy minden nagy sűrűségű nyomtatott áramkör – és minden integrált áramkör a csomagoláson belül – teljesítse tartóssági és teljesítménybeli ígéretét.

Maradjon versenyelőnyben a folyamatosan fejlődő NYÁK-szerelés világában – sajátítsa el a BGA-forrasztást, naprakész maradjon az ellenőrzési technológiával, és fektessen be csapata képességeibe.