Kecacatan Solder BGA: Teknik Pemeriksaan Sinar-X PCB & Kerja Semula

Pendahuluan

Kemajuan berterusan teknologi telah menggerakkan elektronik ke arah peranti yang lebih pintar, lebih laju, dan lebih padat. Permintaan terhadap produk ini telah mendorong pembangunan teknologi berketumpatan tinggi yang boleh dipasang dengan cepat dan menyokong peningkatan kerumitan litar moden secara boleh dipercayai. Peranti ball grid array (BGA) telah muncul sebagai penyelesaian utama, berkat keupayaannya untuk memaksimumkan ketumpatan litar dan meningkatkan prestasi dalam pemasangan PCB.

Pembuatan elektronik moden telah meluas mengadopsi komponen BGA. Teknologi ini digunakan dalam peralatan elektronik pengguna termasuk telefon pintar dan peranti permainan, serta dalam sektor premium seperti aerospace dan elektronik perubatan. Syarikat pembuatan mesti menguasai teknik pematerian komponen BGA, memiliki keupayaan operasi untuk sistem pemeriksaan sinar-X, dan mahir dalam teknik kerja semula BGA yang canggih. Kemahiran teknikal profesional ini mempunyai nilai tinggi semasa fasa pembangunan prototaip dan sama pentingnya dalam proses pengeluaran besar-besaran. Penguasaan menyeluruh terhadap sistem teknikal ini memastikan produk akhir memenuhi piawaian prestasi.

Apakah Pematerian Ball Grid Array ( Bga )?

Ball Grid Array: Struktur dan Sumbangan kepada Pemasangan Litar

Susunan grid bola (BGA) adalah teknologi pengekalan litar bersepadu di mana bola-bola solder disusun dalam corak grid di bawah peranti BGA. Semasa proses pemasangan, bola-bola ini melebur dan membentuk sambungan mekanikal dan elektrikal antara pakej dan PCB. Berbeza dengan pakej tradisional, sambungan solder BGA tersembunyi—menjadikannya tidak dapat diakses melalui pemeriksaan visual biasa dan meningkatkan kebergantungan kepada teknologi pemeriksaan lanjutan seperti pemeriksaan sinar-x.

Bagaimana BGA Dikimpal ke PCB

• Langkah 1: Reka tompok tapak PCB untuk selari tepat dengan bola-bola solder.
• Langkah 2: Gunakan acuan untuk memohon pasta solder pada PCB, yang menghantar jumlah solder yang betul ke setiap tompok.
• Langkah 3: Letakkan komponen BGA supaya setiap bolanya selari dengan tompoknya.
• Langkah 4: Pemasangan PCB dilalukan melalui ketuhar reflow, memanaskan litar supaya bola-bola dalam grid melebur sepenuhnya dan membentuk sambungan antara BGA dan PCB.
• Langkah 5: Selepas penyejukan, bola-bola solder BGA telah kembali membeku, mencipta sambungan yang boleh dipercayai.

Struktur Sambungan Solder Ball Grid Array

Pembangunan dan Ciri Peranti BGA

Pembangunan teknologi ball grid array dipacu oleh keperluan untuk meningkatkan ketumpatan I/O dan memperbaiki prestasi dalam pemasangan elektronik. Apabila litar bersepadu di dalam pakej menghasilkan lebih banyak haba dan memerlukan sambungan yang lebih kukuh, BGA menjadi kemajuan utama.

Ciri Utama BGA:

• Disusun dalam Corak Grid: Bola solder yang disusun dalam baris dan lajur di bahagian bawah pakej membolehkan peningkatan ketumpatan pin.
• Prestasi elektrik yang dipertingkatkan: Sambungan solder yang pendek dan langsung meminimumkan rintangan dan aruhan, yang penting untuk litar berkelajuan tinggi.
• Pengurusan haba: Kawasan pad yang besar dan taburan grid membolehkan haba yang dihasilkan oleh litar bersepadu tersebar lebih berkesan.
• Keserasian PCB Berketumpatan Tinggi: BGA menyokong jarak bola halus—memberi kelebihan untuk pemasangan PCB berketumpatan tinggi.
• Kebolehpercayaan Ditingkatkan: Geometri dan struktur mengagihkan tekanan secara sekata, mengurangkan risiko kelesuan sambungan solder.

Mengapa BGA Mendominasi Reka Bentuk Papan Litar Moden

Peralihan kepada perkongsian BGA dan PCB timbul daripada keperluan peranti yang mampu mengendalikan prestasi kelajuan tinggi, kuasa yang lebih besar, dan sambungan yang lebih banyak tanpa membesarkan papan litar. Lompatan teknologi ini menyebabkan hampir semua pemproses, FPGA, dan ingatan kelajuan tinggi dibungkus sebagai IC BGA dalam generasi terkini produk elektronik.

Teknik Penyolderan BGA

Gambaran Keseluruhan Teknik Penyolderan BGA

Penyolderan pakej BGA menuntut keperluan teknikal yang jauh lebih tinggi berbanding pakej berkabel konvensional. Proses ini bertujuan untuk mencapai keseragaman yang lengkap dalam penempatan bola solder. Objektif utama termasuk mencapai kawalan suhu pemanasan yang tepat. Prosedur ini pada akhirnya memerlukan pembentukan sambungan solder yang bersih dan bebas ruang kosong (void).

Teknik Penyolderan Termasuk:

• Proses Reflow: Kaedah piawaian, menggunakan ketuhar reflow untuk memanaskan secara menyeluruh atau setempat dan meleburkan bola-bola solder yang ditempatkan antara pakej dan PCB.
• Penyolderan Manual: Digunakan terutama untuk kerja semula bga atau pemasangan prototaip—kerap melibatkan pemanasan setempat komponen BGA menggunakan alat udara panas.
• Menggunakan Stesen Kerja Semula Udara Panas: Untuk kerja semula/baik pulih, sumber udara panas terkawal dan/atau IR memanaskan kawasan di sekitar komponen BGA yang rosak untuk mengeluarkan, menggantikan, atau melebur semulanya.
• Penjajaran dan Peletakan: Sistem ambil-dan-letak atau mikroskop manual menyelaraskan bola solder dengan tepat di atas pad PCB yang sepadan.

Pemboleh ubah Pengesolderan BGA Yang Kritikal

Petua untuk Pematerian BGA yang Sempurna

• Sentiasa periksa deposit pes pateri sebelum penempatan—titik yang hilang bermakna sambungan pateri yang hilang.
• Sokong PCB dengan teliti semasa pemanasan untuk mengelakkan lenturan, yang menyebabkan pembentukan sambungan pateri tidak sekata.
• Untuk prototaip dan kerja semula BGA, mulakan dengan PCB buangan untuk memperbaiki pemanasan setempat komponen BGA sebelum beralih kepada pemasangan bernilai.

Teknik Pemeriksaan Sambungan Pateri dan Teknologi Pemeriksaan

Mengapa Pemeriksaan Adalah Penting

Memandangkan sambungan pateri BGA tersembunyi di bawah pakej, mustahil untuk mengenal pasti kecacatan menggunakan hanya petunjuk visual. Ini menjadikan pemeriksaan sinar-x, bersama dengan teknik pemeriksaan lain (pemeriksaan optikal, ujian elektrik), sebagai sebahagian penting dalam proses tersebut.

Teknik Pemeriksaan untuk BGA

1. Pemeriksaan visual:

• Digunakan untuk penempatan, penyelarian, dan untuk melihat bola pada periferi pakej.

2. Pemeriksaan Optikal (AOI):

• Pemeriksaan optikal automatik mengesan kesilapan penempatan, jarak yang tidak betul, dan beberapa kecacatan sambungan di tepi pakej.

3. Pemeriksaan Sinar-X:

• Kedua-dua pemeriksaan sinar-x manual dan automatik (AXI) membolehkan anda memeriksa sambungan solder yang tersembunyi di bawah BGA. Pengimejan sinar-x digunakan untuk mengesan kecacatan bola solder, sambungan pendek, ruang kosong, putus sambungan, dan kesan kepala-bantal.

4. Ujian Elektrik:

• Ujian litar-dalam dan probe terbang mengesahkan kesinambungan semua sambungan antara BGA dan PCB.

5. Kaedah Pemeriksaan Lain:

• Sistem pemeriksaan akustik dan IR juga digunakan untuk pengesanan kecacatan lanjutan (pengelupasan, ruang kosong, dan kumpulan haba).

Perbandingan Sistem Pemeriksaan

Teknologi Pemeriksaan Lanjutan

Evolusi teknologi pemeriksaan telah membawa sistem X-ray resolusi tinggi, AXI 3D masa nyata, dan perisian yang boleh secara automatik menandakan apabila suhu terlalu rendah semasa reflow atau apabila kecacatan seperti solder tidak mencukupi berkemungkinan berlaku.

Petua untuk Pemeriksaan Sambungan Solder Berkualiti Tinggi

• Kalibrasikan sistem pemeriksaan sinar-x secara berkala untuk kejelasan imej yang optimum dan pengesanan tepat bagi kesan hubungan pendek, ruang udara, dan putus sambungan.
• Gunakan pemeriksaan sinar-x automatik (AXI) dalam pengeluaran pukal. Ini mempercepatkan proses perakitan sambil mengekalkan keluasan pemeriksaan.
• Untuk prototaip, gabungkan sinar-x dengan pemeriksaan optik manual, kerana mata manusia kadangkala dapat mengesan kecacatan halus yang terlepas daripada sistem automatik.
• Padankan pemeriksaan sinar-x dengan kaedah ujian elektrik untuk memastikan setiap litar yang dikawal oleh peranti BGA berfungsi di bawah beban, bukan hanya ketika rehat.

Kecacatan BGA Biasa dan Cara Mengelakkannya

Walaupun rekabentuk PCB dan BGA sangat baik, pelbagai kecacatan boleh berlaku semasa atau selepas proses pematerian. Memahami punca dan pencegahan adalah kunci kepada litar yang kukuh.

Kecacatan Pematerian BGA Biasa

Gejala Biasa

• Kesalahan berselang-seli pada papan litar (akibat sambungan terbuka atau sambungan sejuk)
• Litar pintas selepas operasi awal (akibat penyambungan timah)
• Tiada isyarat atau rintangan tinggi pada pin output (daripada ruang kosong/masalah kepala-pada-bantal)

Cara Mengelakkan Masalah BGA Lazim

• Reka corak pad dan jarak bola dengan teliti : Pastikan corak tapak bagi peranti BGA sepadan tepat dengan bungkusan.
• Kawal suhu pematerian : Elakkan pemanasan berlebihan atau suhu pematerian yang tidak mencukupi semasa proses reflow.
• Periksa kualiti cetakan pasta : Gunakan mesin pemeriksaan pasta pematerian jika berkemampuan dan betulkan serta-merta jika terdapat pad yang hilang atau kelebihan pematerian.
• Bakar IC BGA yang peka terhadap wap air sebelum pematerian : Ini mengelakkan kesan "popcorning" dan pengembangan ruang udara apabila bola-bola dalam grid melebur.
• Sentiasa gunakan ketuhar reflow yang telah diprofilkan dengan betul: Piawaikan suhu puncak dan tempoh bagi setiap proses perakitan untuk meminimumkan sambungan sejuk atau terbakar.

Proses Kerja Semula BGA: Alat dan Teknik

Apabila perakitan atau pemeriksaan menunjukkan sambungan pematerian yang rosak atau komponen BGA yang bermasalah, proses kerja semula BGA akan dilaksanakan. Pendekatan sistematik adalah penting untuk mengelakkan kerosakan lanjut.

Alat dan Teknik untuk Kerja Semula BGA

Stesen Kerja Semula BGA:

Alat utama adalah stesen kerja semula yang direka untuk BGA.

Stesen kerja semula ini dilengkapi kawalan suhu tepat, sistem penglihatan untuk penjajaran, dan muncung udara panas khusus atau pemanas inframerah untuk memanaskan komponen BGA secara tempatan.

Alat Udara Panas dan Pemanas Awal IR:

Menggunakan alat udara panas membolehkan pembuangan bahagian rosak dengan selamat tanpa mengganggu sambungan solder berdekatan.

Pemanas awal IR memanaskan papan litar secara perlahan untuk mengelakkan lenturan atau kejutan haba.

Sistem Penglihatan dan Penjajaran:

Stesen moden dilengkapi kamera atau mikroskop untuk menjajarkan bola solder kepada pad dengan tepat.

Alat Reballing:

Untuk peranti BGA yang perlu digunakan semula, "reballing" menggantikan bola solder lama yang tercemar dengan yang baharu.

Pencetak Pasta Solder atau Stensil Mini:

Untuk meletakkan jumlah solder yang betul bagi BGA baharu.

Proses Kerja Semula BGA (Langkah demi Langkah)

Persiapan

Periksa dan sahkan kecacatan serta litar yang perlu dibaiki.

Alih keluar kelembapan daripada PCB dan BGA dengan pra-bakar.

Penghapusan

Gunakan stesen kerja semula untuk memanaskan komponen BGA secara setempat.

Apabila bola-bola solder telah melebur, angkat BGA dengan alat vakum.

Pembersihan Tapak dan Pemeriksaan Pad

Bersihkan sisa solder daripada pad PCB; periksa kenaikan pad atau kerosakan PCB.

Peletakan BGA Baharu

Untuk BGA baharu, sapukan pasta solder pada pad, gunakan panduan pelarasan untuk penempatan.

Mencairkan Semula Solder

Gunakan alat udara panas atau kawalan stesen kerja semula untuk mencairkan semula bola-bola solder baharu dan membentuk sambungan antara BGA dan PCB.

Pemeriksaan akhir

Lakukan pemeriksaan sinar-x, pemeriksaan visual, dan ujian elektrik mengikut keperluan.

Amalan Terbaik untuk Pemasangan PCB, Pencairan Semula, dan Kualiti

• Cegah kecacatan dengan mengesahkan setiap langkah: Dari pencetakan pasta dan pengambilan-dan-pemasangan hingga pencairan semula dan pemeriksaan.
• Gunakan pemeriksaan sinar-x automatik untuk PCB dengan bilangan BGA yang tinggi : Memilih kesalahan secara manual pada bola solder tersembunyi tidak praktikal pada skala besar.
• Pantau suhu penyolderan : Profilkan setiap papan menggunakan termokopel, terutamanya untuk papan kompleks berketumpatan tinggi.
• Simpan BGAs mengikut cadangan pengilang : Elakkan pengoksidaan bola solder dan penyerapan wap air.

Soalan Lazim

S: Bolehkah penyolderan manual digunakan untuk peranti BGA?

J: Penyolderan manual biasanya tidak sesuai untuk pemasangan BGA disebabkan oleh sambungan solder yang tersembunyi dan berjarak halus. Walau bagaimanapun, ia memainkan peranan penting dalam kerja semula menggunakan nozel udara panas khas dan pemeriksaan visual yang tepat.

S: Adakah sinar-x sentiasa diperlukan untuk pemeriksaan BGA?

J: Ya, untuk pengeluaran—kerana sambungan solder tersembunyi di bawah pek dan tidak boleh dinilai sepenuhnya melalui teknik visual atau optik.

S: Apakah tanda-tanda bahawa proses solder BGA telah gagal?

J: Isyarat berselang-seli, tiada output, atau kegagalan peranti; disahkan melalui pemeriksaan sinar-x atau ujian elektrik yang gagal.

S: Bagaimanakah cara mengelakkan kecacatan BGA yang biasa berlaku semasa reflow?

A: Profil ketuhar yang betul, rekabentuk acuan yang teliti, dan teknik pemeriksaan rutin mengurangkan kedua-dua kecacatan yang jelas dan halus.

Kesimpulan

Perkembangan pengepakan ball grid array telah menjadi asas penting dalam memenuhi permintaan yang tidak kunjung reda untuk peranti elektronik yang lebih kecil, lebih berkuasa, dan lebih boleh dipercayai. Walau bagaimanapun, sambungan solder peranti BGA—yang disusun dalam corak grid dan tersembunyi di bahagian bawah pekapan—memerlukan teknik pemasangan, kerja semula, dan pemeriksaan yang canggih. Daripada penggunaan ketuhar reflow dan stesen kerja semula bga terkini hingga keperluan pemeriksaan sinar-x lanjutan, keseluruhan proses ini menuntut perhatian terhadap setiap butiran.

Mengelakkan kecacatan BGA yang biasa berlaku memerlukan kawalan proses yang kukuh dan komitmen untuk menggunakan alat serta kaedah pemeriksaan yang sesuai. Gabungan rekabentuk yang baik, teknik pematerian pakar, pemeriksaan yang tepat, dan kerja semula yang teliti memastikan setiap papan litar berketumpatan tinggi—dan setiap litar bersepadu di dalam bungkusan tersebut—mampu memberikan ketahanan dan prestasi seperti dijanjikan.

Kejar kemajuan dalam dunia perakitan PCB yang sentiasa berkembang— kuasai pematerian BGA, kemas kini teknologi pemeriksaan, dan laburkan dalam kemahiran pasukan anda.