BGA дәнекерлеу ақаулары: PCB-ның рентгендық тексеру әдістері мен қайта өңдеу

Кіріспе

Технологияның үздіксіз дамуы электрониканы одан әрі ақылды, жылдам және компактты құрылғыларға ынталандырады. Осы өнімдерге деген сұраныс таңбалау панелінде (PCB) құрастыру кезінде дәстүрлі әдістерге қарағанда тиімдірек және сенімді балаларлық желі (BGA) құрылғыларын пайдалануды қажет ететін жоғары тығыздықтағы технологиялардың дамуына итермеледі.

Қазіргі заманғы электрондық өндіріс BGA компоненттерін кеңінен қабылдады. Бұл технология смартфондар мен ойын құрылғылары сияқты тұтынушылық электроника саласында ғана емес, сонымен қатар әуежай және медициналық электроника сияқты жоғарғы дәрежелі секторларда да қолданылады. Өндіріс кәсіпорындары BGA компоненттерін балқыту әдістерін меңгеруге, рентген тексеру жүйелерін пайдалану мүмкіндігіне ие болуға және BGA компоненттері үшін алдыңғы қатарлы қайта өңдеу әдістеріне жетік болуға міндетті. Бұл кәсіби біліктер прототипті әзірлеу кезеңінде үлкен маңызға ие және сериялық өндіріс процестерінде де теңдей қажет. Осы техникалық жүйені толық меңгеру соңғы өнімдердің өнімділік стандарттарына сай келуін қамтамасыз етеді.

Шариктік торлы орналасу ( BGA ) балқыту дегеніміз не?

Шариктік тор: Схемалық жинақтауға үлесі

Ball grid array (BGA) — бұл интегралдық схеманың, онда қорғасын шариктер BGA құрылғысының астында тор түрінде орналасқан, құрастыру технологиясы. Құрастыру процесі кезінде бұл шариктер балқып, пакет пен PCB арасында механикалық және электрлік байланыстар түзеді. Дәстүрлі пакеттерден өзгеше, BGA-ның қорғасын жіптері жасырын болып келеді — бұл оларды қарапайым визуалды тексеруге мүмкіндік бермейді және рентген тексеруі сияқты алдыңғы қатарлы тексеру технологияларына тәуелділікті арттырады.

BGA-лардың PCB-ге қалай қосылуы

• 1-қадам: Қорғасын шариктермен дәл сәйкес келетіндей етіп PCB footprint pad дизайндау.
• 2-қадам: Әрбір контактіге дәл қажетті мөлшерде қорғасын пастасын жеткізу үшін PCB-ге трафарет қолданып қорғасын пастасын салу.
• 3-қадам: Әрбір шарик контактімен дәл сәйкес келетіндей етіп BGA компонентін орнату.
• 4-қадам: Платаны рефлоу пеші арқылы өткізеді, схеманы қыздырады, нәтижесінде тордағы шариктер жеткілікті дәрежеде балқып, BGA мен PCB арасында байланыстар түзеді.
• 5-қадам: Суытқаннан кейін BGA қорғасын шариктері қайтадан қатаяды да, сенімді жіптер түзеді.

Шариктік торлық құрылымның қосылуы

BGA құрылғыларының дамуы мен сипаттамалары

Баллдық торлы матрица технологиясының дамуы интегралдық схемалардың тізбектерінде көбірек жылу бөліп шығаруына және берік қосылыстарға мұқтаждығынан туындады. Пакеттің ішіндегі интегралдық схема көбірек жылу бөліп шығара бастаған кезде және берік қосылыстар қажет болған кезде BGA маңызды дамудың бір сатысына айналды.

BGA-ның негізгі сипаттамалары:

• Тор түрінде орналасқан: Пакеттің түбінде қатарлар мен бағандар түрінде орналасқан қорғасынды шариктер пиндердің тығыздығын арттыруға мүмкіндік береді.
• Жақсартылған электрлік сипаттамалар: Қысқа, тікелей қондырылған серіппелер кедергі мен индуктивтілікті азайтады, бұл жоғары жылдамдықты тізбектер үшін маңызды.
• Жылу басқаруы: Үлкен контактілік алаң мен торлы таратылу интегралдық схема жасаған жылуды тиімді шашыратуға мүмкіндік береді.
• Жоғары тығыздықты PCB-мен сәйкестігі: BGA-лар ұсақ шариктің қадамын қолдайды — жоғары тығыздықтағы PCB жинау үшін пайдалы.
• Сенімділікті арттыру: Геометриясы мен құрылымы кернеуді біркелкі таратады, бұл қоршаулық бұйымдардың шаршауының қаупін азайтады.

Неліктен BGA қазіргі заманның печаттық плата дизайндарында басымдық танытады

BGA мен PCB серіктестігіне көшу жоғары жылдамдықты өнімділік, үлкен қуат және басқа да көптеген байланыстарды шектеулі кеңістікте іске асыру қажеттілігінен туындады. Бұл технологиялық секіріс электрондық өнімдердің соңғы буындарында барлық процессорларды, FPGA және жоғары жылдамдықты жадтарды BGA микросхемалар ретінде жинақтауға әкелді.

BGA дәнекерлеу әдістері

BGA дәнекерлеу әдістеріне шолу

BGA пакеттерін дәнекерлеу дәстүрлі қоршаулық пакеттерге қарағанда әлдеқайда жоғарырақ техникалық талаптар қояды. Бұл процестің мақсаты — қоршаулық шариктердің орналасуында толық сәйкестікті қамтамасыз ету. Негізгі мақсаттарға дәлме-дәл қыздыру температурасын бақылау жатады. Соңында таза және қуыстың болмауы тиіс дәнекерлеу бұйымдарының пайда болуы қажет.

Дәнекерлеу әдістеріне мыналар жатады:

• Рефлоу процесі: Пакет және PCB арасында орналасқан қорғасын шарларды жалпы немесе жергілікті қыздырып балқыту үшін рефлоу пешін қолданатын стандартты әдіс.
• Қолмен қорғастыру: Негізінен BGA-ны қайта өңдеу немесе прототипті жинау үшін қолданылады — жиі BGA компонентін ыстық ауа құралын қолданып жергілікті қыздыруды қажет етеді.
• Ыстық ауа қайта өңдеу станциясын қолдану: Қайта өңдеу/жөндеу үшін басып тұрған BGA компонентін алу, ауыстыру немесе қайта балқыту үшін бақыланатын ыстық ауа және/немесе ИК көзі аймақты қыздырады.
• Туралау және орналастыру: Алатын-және-орналастыратын жүйелер немесе қолмен микроскоптар қорғасын шарларды сәйкес PCB платаларының дәл үстіне туралайды.

BGA қорғастырудың маңызды айнымалылары

BGA дәнекерлеудің идеалды нұсқасы үшін кеңестер

• Орналастырудан бұрын әрқашан дәнекерлеу пастасының мөлшерін тексеріңіз — жетіспейтін дақ дәнекерленген қосылыстың болмауын білдіреді.
• Тақтаны қыздыру кезінде ескікпеу үшін мұқият тіреңіз, өйткені бұл дәнекерленген қосылыстардың теңсіз пайда болуына әкеледі.
• Прототип және BGA-ны қайта өңдеу үшін құнды жинақтарға көшпес бұрын BGA компонентін жергілікті қыздыруды жетілдіру үшін қоқыс PCB-лерден бастаңыз.

Дәнекерленген қосылыстарды тексеру әдістері мен технологиясы

Неліктен тексеру маңызды

BGA дәнекерленген қосылыстар пакеттің астында жасырын орналасқандықтан, ақауды тек көру арқылы анықтау мүмкін емес. Сондықтан рентгендік тексеру, сондай-ақ басқа тексеру әдістері (оптикалық тексеру, электрлік тест) процестің маңызды бөлігі болып табылады.

BGA үшін тексеру әдістері

1. Көрсеткіштік тексеру:

• Пакеттің шетіндегі шарларды орналастыру, туралау және көру үшін қолданылады.

2. Оптикалық тексеру (AOI):

• Автоматтандырылған оптикалық тексеру пакеттің шетінде орны ауысқан элементтерді, дұрыс емес сайқымаздарды және кейбір қысқа тұйықталуларды анықтайды.

3. Рентген арқылы тексеру:

• Қолмен және автоматтандырылған рентген-тексеру (AXI) BGA астында жасырынған әмбебап бекітулерді тексеруге мүмкіндік береді. Рентген-суретке түсіру әмбебап шарлардың ақауларын, қысқа тұйықталуды, қуыстарды, ашық жерлерді және 'жастықтағы бас' ақауын тексеру үшін қолданылады.

5. Электрлік тексеру:

• Тізбектегі және ұшып жүретін пробы тақшадағы BGA мен PCB арасындағы барлық жалғаулардың тұтастығын растайды.

5. Басқа да тексеру әдістері:

• Акустикалық және ИК тексеру жүйелері де ақауларды (қабаттардың ажырауы, қуыстар және жылу жиналуы) анықтау үшін қолданылады.

Тексеру жүйелерін салыстыру

Қарапайым бақылау технологиясы

Бақылау технологиясының дамуы рекомбинация кезінде температураның төмен болуы немесе қалайының жеткіліксіздігі сияқты ақаулардың болуы мүмкіндігі туралы автоматты түрде хабарлауға мүмкіндік беретін нақты уақыттағы 3D AXI, жоғары анықталуы бар рентген жүйелері мен бағдарламалық қамтамасыз етуге әкелді.

Жоғары сапалы қалайылық қосылыстарды тексеру бойынша кеңестер

• Қосылуларды, қуыстар мен ашықтарды тиімді түрде анықтау үшін рентгендық тексеру жүйелеріңізді рет-ретімен калибрлеңіз.
• Ұйымдастыруды жеделдетіп, бірақ толықтығын сақтап, массалық өндірісте автоматтандырылған рентгендық тексеруді (AXI) қолданыңыз.
• Прототиптар үшін рентгенді оптикалық тексерумен ұштастырыңыз, өйткені адам көзі автоматтандырылған жүйелерден тыс қалатын сәл ғана ақауларды байқай алады.
• Әрбір BGA құрылғысымен басқарылатын тізбектің жүктеме кезінде, тек тыныштық кезінде ғана емес, дұрыс жұмыс істеуіне көз жеткізу үшін рентгендық тексеруді электрлік сынақ әдістерімен ұштастырыңыз.

BGA-дағы орын алатын жиі кездесетін ақаулар және олардан қалай құтылу

PCB мен BGA дизайны қалай болса да, балқыту процесі кезінде немесе одан кейін әртүрлі ақаулар пайда болуы мүмкін. Нәтижелі тізбектер үшін себептерді және алдын алу тәсілдерін түсіну маңызды.

BGA-дағы қалыпты балқыту ақаулары

Танымдық белгілер

• Схемалық платада уақытша ақаулар (ашық немесе суық жіктер салдары)
• Бастапқы жұмыстан кейін қысқа тұйықталу (дәктің бірігуі салдары)
• Шығыс шығыстарында сигнал болмау немесе жоғары кедергі (көтеріңкі немесе 'бауырымен жорғалаушы' қосылыстар салдары)

Жиі кездесетін BGA мәселелерінен қалай құтылуға болады

• Пішім тақшасының үлгілері мен шариктік қадамды мұқият жобалаңыз : BGA құрылғысы үшін контактілік алаңның үлгісі пакетке дәл сәйкес келуі тиіс.
• Қайнар кезіндегі температураны бақылау : Рефлоулдау процесі кезінде аса қызып кету немесе жеткіліксіз қайнар температурасынан аулақ болыңыз.
• Паста басып шығару сапасын тексеріңіз : Мүмкіндігінше қайнар пастасын тексеретін машиналарды қолданыңыз және егер де қайсыбір алаңдарға паста тимесе немесе артық тиіп кетсе, дерhal түзету жасаңыз.
• Ылғалға сезімтал BGA микросхемаларын қайнар алдында кептіріңіз : Бұл тордағы шариктер балқыған кезде «жасырын жарылу» (popcorning) мен қуыстардың ұлғаюынан сақтайды.
• Әрқашан дұрыс профильденген рефлоулдау пешін қолданыңыз: Соққылардың азды-көпті болуын азайту үшін әрбір жинақтау процесіне арналған ең жоғары температура мен уақыт ұзақтығын стандарттаңыз.

BGA Қайта Өңдеу Процесі: Құралдар мен Әдістер

Жинау немесе тексеру кезінде дұрыс емес бұрғылау немесе BGA компонентіндегі ақаулық анықталса, bga қайта өңдеу процесі іске қосылады. Қосымша зақымды болдырмау үшін әдістемелік тәсіл маңызды.

BGA Қайта Өңдеу Үшін Құралдар мен Әдістер

BGA Қайта Өңдеу Станциясы:

Негізгі құрал — BGA үшін арнайы жасалған қайта өңдеу станциясы.

Бұл қайта өңдеу станциялары дәл температура басқарумен, орналастыру үшін көру жүйелерімен және BGA компонентін жергілікті қыздыру үшін арнайы ыстық ауа шлангылары немесе инфрақызыл қыздырғыштармен жабдықталады.

Ыстық Ауа Құралы мен ИҚ Алдын-ала Қыздырғыш:

Ыстық ауа құралы көршілес бұрғылауларға зиян келтірмей, ақаулы бөлшекті қауіпсіз алуға мүмкіндік береді.

ИҚ алдын-ала қыздырғыш схемалық тақтаны иілуден немесе жылулық соққылардан сақтау үшін жұмсартып қыздырады.

Көру Жүйелері мен Орналастыру:

Қазіргі заманғы станцияларға дәлме-дәл әрі солдер шариктерін пайдаланып, солдер шариктерін падтарға орналастыру үшін камералар немесе микроскоптар кіреді.

BGA қайта шариктеу құралдары:

Қайта пайдаланылатын BGA құрылғылар үшін «қайта шариктеу» ескі, ластанған солдер шариктерін жаңаларымен ауыстырады.

Солдер пастасының принтері немесе мини трафарет:

Жаңа BGA үшін дәл қажет мөлшерде солдерді орналастыру үшін.

BGA Қайта Өңдеу Процесі (Қадамдары бойынша)

ТАЙЫМДАУ

Жөндеуге жататын ақауды және тізбекті тексеріп, растаңыз.

ПП мен BGA-дан ылғалды алдын-ала пісіру арқылы алып тастаңыз.

Алу

BGA компонентін жергілікті қыздыру үшін қайта өңдеу станциясын пайдаланыңыз.

Солдер шариктері балқығаннан кейін, BGA-ны вакуумдық құралмен көтеріңіз.

Жоба алаңын тазалау және контакттық алаңшаларды тексеру

ППБ-ның контакттық алаңшаларынан қалдық дәнекерді тазалаңыз; алаңшалардың көтерілуі немесе ППБ зақымдануы бар-жоғын тексеріңіз.

Жаңа BGA орнату

Жаңа BGA үшін контакттық алаңшаларға дәнекер пастасын жағып, орналасуы үшін бағдарлау шаблондарын қолданыңыз.

Дәнекерді қайта балқыту

Жаңа дәнекер шариктерін балқытып, BGA мен ППБ арасындағы жалғауды қалыптастыру үшін ыстық ауа құралын немесе қайта өңдеу станциясының басқаруын қолданыңыз.

Ақырындағы тексеру

Қажет болған жағдайда рентгендік тексеру, визуалды тексеру және электрлік сынақты жүргізіңіз.

ППБ жинау, қайта балқыту және сапаны бақылау бойынша ең жақсы тәжірибелер

• Әрбір қадамды растау арқылы ақауларды болдырмау: Дәнекер пастасын басып шығарудан бастап, компоненттерді орнату, қайта балқыту және тексеруге дейінгі процестер.
• Жоғары BGA саны бар PCB үшін автоматтандырылған рентгендік тексеруді қолданыңыз : Жасырын дәнекер шарларындағы ақауларды масштабты түрде қолмен таңдау мүмкін емес.
• Дәнекерлеу температурасын бақылау : Күрделі, жоғары тығыздықтағы плата үшін терможұптарды пайдаланып әрбір платаның температуралық профилін жасаңыз.
• BGA-ларды өндірушінің ұсыныстарына сәйкес сақтаңыз : Дәнекер шарларының тот басуын және ылғалды сіңіруін болдырмаңыз.

Жиі қойылатын сұрақтар

С: BGA құрылғылары үшін қолмен дәнекерлеуді қолдануға бола ма?

Ж: Дәнекерлеу жіктерінің жасырын және ұсақ қадамды сипатына байланысты BGA жинау үшін қолмен дәнекерлеу әдетте тиімсіз. Алайда, арнайы ыстық ауа шлангалары мен дәл көру тексеруін қолдана отырып қайта өңдеуде ол маңызды рөл атқарады.

С: BGA тексеруі үшін әрқашан рентген керек пе?

Ж: Иә, өндіріс үшін керек — себебі дәнекер жіктері пакеттің астында жасырын орналасқан және визуалды немесе оптикалық әдістермен толық бағаланбайды.

Сұрақ: BGA дәнекерлеу процесінің сәтсіз болғанының белгілері қандай?

Жауап: Кездейсоқ сигналдар, шығыс жоқ болуы немесе құрылғының істен шығуы; рентгендік тексеру немесе электрлік тестілердің сәтсіз аяқталуы арқылы расталады.

Сұрақ: Рефлоудың кезінде жиі кездесетін BGA ақауларын қалай болдырмауға болады?

Жауап: Дұрыс пеш профильдеуі, ұқыпты түрде сомда дизайндау және үйреншікті тексеру әдістері барлық көрінетін және жасырын ақауларды ең аз деңгейге дейін төмендетеді.

Қорытынды

Шарлық торлы корпуслаудың дамуы кішірек, қуаттырақ және сенімдірек электронды құрылғыларға деген үздіксіз сұранысты қанағаттандыруда маңызды рөл атқарды. Алайда, пакеттің түбінде тор түрінде орналасқан және жасырын орналасқан BGA құрылғыларының дәнекерлеу жіктері күрделі жиналым, қайта өңдеу және тексеру әдістерін талап етеді. Рефлоу пештерін және соңғы ұрпақтың BGA қайта өңдеу станцияларын қолданудан бастап, алдыңғы қатарлы рентгендік тексерудің қажеттілігіне дейінгі барлық процесс әрбір детальға назар аудартады.

BGA-ның орын ауыстыруынан қашу үшін нақты процестік басқару және дұрыс құралдар мен тексеру әдістерін қолдануға дайын болу қажет. Жақсы дизайн, сарапшылардың қолмен бұрғылау техникасы, дәлме-дәл тексеру және ұқыпты түзетулердің үйлесімі әрбір жоғары тығыздықтағы печаттық плата мен пакеттің ішіндегі әрбір интегралдық схеманың беріктік пен өнімділікке берген уәдесін орындауын қамтамасыз етеді.

ППҚ жинау әлеміндегі үнемі дамудың алдыңғы қатарында болыңыз — BGA-ның қолмен бұрғылауын меңгеріңіз, тексеру технологиясын жаңа күйінде ұстаңыз және команданың дағдыларына инвестиция салыңыз.