BGA Montage

Wat is BGA-assembly?

BGA (Ball Grid Array) is een geïntegreerde circuitsverpakking die is ontworpen voor hoge dichtheid. De kernfunctie is een rasterpatroon van kleine soldeertjes die op de bodem van de verpakking zijn geplaatst. Deze soldeertjes vervangen de pinnen van traditionele verpakkingen en fungeren als een elektrische brug tussen de chip en de PCB, verantwoordelijk voor signaaloverdracht en stroomvoorziening, en ook als een belangrijke mechanische verbinding. In vergelijking met pinnen- of conventionele oppervlaktemontageverpakkingen kunnen BGAs honderden of zelfs duizenden aansluitpunten realiseren binnen een beperkte ruimte. Daarom worden ze veel gebruikt in hoogfrequente processoren, geheugenmodules en andere toepassingen die zeer hoge snelheid, vermogen, warmteafvoer en elektrische prestaties vereisen.

BGA-assembly betekent het nauwkeurig bevestigen van deze BGA-chips met onderste soldeertjes op een PCB via een geautomatiseerd soldeerproces. Aangezien de soldeertjes direct verbinding maken met de overeenkomstige pads op de PCB, vervalt de buigstructuur van traditionele pennen. Dit verkort niet alleen het signaalpad en vermindert interferentie, maar vermindert ook de thermische weerstand en verbetert de koelingsprestaties dankzij een compact ontwerp.

In tegenstelling tot traditionele SMD-verpakkingen is BGA-assembly volledig afhankelijk van geautomatiseerde apparatuur, zoals hoogwaardige plaatstechnieken en reflow-ovens. Van het afdrukken van soldeerpasta tot de definitieve inspectie is strikte precisiebeheersing vereist. Dit is nodig om te voldoen aan de eisen van hoge aansluitdichtheid en is cruciaal voor het garanderen van hoge betrouwbaarheid. Daardoor biedt BGA-assembly voordelen ten opzichte van traditionele verpakkingsmethoden in elektronische apparaten die snelle verwerking en hoog vermogen vereisen.

Kernvoordelen van BGA-assembly

Kabelbundels met verschillende structuren zijn geschikt voor verschillende scenario's vanwege hun verschillende eigenschappen:

• Stroomkabels: Deze bestaan uit meerdere parallelle geleiders, die lijken op een netjes geordende bundel draden. Hun voordelen zijn ruimtebesparing en vereenvoudigde bedrading. Ze worden vaak gebruikt in toepassingen waar ruimte beperkt is, zoals binnen computers, en waar meerdere lijnen parallel moeten worden getransporteerd.
  
• Coaxiale kabels: Deze kabels hebben een centrale geleider als kern, omgeven door een isolatielaag, een afschermingslaag en een mantel, waardoor een structuur ontstaat die lijkt op "concentrische cirkels". Deze opbouw zorgt voor uitstekende hoogfrequente signaaloverdracht en interferentiebestendigheid, waardoor ze breed worden toegepast in communicatienetwerken, radiofrequente apparatuur en andere vakgebieden.
  
• Meeraderige kabels: Deze kabels bevatten meerdere sets van onafhankelijk geïsoleerde geleiders, die in staat zijn meerdere signalen tegelijkertijd over te dragen. Ze worden gebruikt in toepassingen die variëren van audiotransmissie in geluidssystemen tot multikanaal signaaluitwisseling in industriële besturingssystemen.
  
• Complexe kabelharnesses: Deze kabels bestaan uit een combinatie van verschillende kabels, connectoren en bevestigingsmiddelen, wat resulteert in een geavanceerde structuur. Ze zijn geschikt voor toepassingen zoals automotive en lucht- en ruimtevaart, waarbij een groot aantal circuitverbindingen vereist is en waarbij hoogwaardige betrouwbaarheid kan worden gehandhaafd in extreme omstandigheden.

BGA-assembleerprocesstappen

1. PCB-ontwerp en soldeerpasta voorbereiden

Eerst worden passende pads ontworpen op het BGA-soldeer gebied van de PCB. Vervolgens wordt een soldeerpasta, bestaande uit soldeertin en flux, gelijkmatig aangebracht op de pads met behulp van een soldeermasker. De hoeveelheid soldeerpasta die wordt gebruikt, heeft direct invloed op de kwaliteit van de soldeerverbindingen en moet strikt worden gecontroleerd.

2. Precisie plaatsing

Een high-speed automatische plaatser gebruikt een camera met hoge resolutie om de positioneringsmarkeringen op de chip en PCB te identificeren. Nadat de BGA-chip is opgenomen, wordt deze nauwkeurig op de afgeprinte soldeerpasta geplaatst, zodat elke soldeerkogel uitgelijnd is met de bijbehorende pad. Deze stap staat algemeen bekend als "Pick-and-Place".

3. Reflowsolderen

De samengestelde PCB wordt in een reflowoven gevoerd. Terwijl de temperatuur stijgt, smelt de soldeerpasta geleidelijk en versmelt met de soldeerkogels op de onderkant van de BGA. Na het afkoelen wordt een sterke soldeerverbinding gevormd, waarmee de elektrische en mechanische aansluiting is voltooid.

4. Controle en Testen

Aangezien de BGA-soldeerverbindingen verborgen zijn op de onderkant van de chip en niet direct zichtbaar zijn, moeten ze worden geïnspecteerd met röntgenapparatuur om kortsluiting, luchtbellen en koude soldeerverbindingen op te sporen. Er wordt ook een elektrische prestatietest uitgevoerd om de betrouwbaarheid van de aansluitingen te garanderen.

Hoe kan de betrouwbaarheid van BGA-solderen worden gegarandeerd?

BGA-assembly vereist uiterst hoge procesnauwkeurigheid, waarbij strikte controle nodig is over meerdere fasen:

• PCB-ontwerp: De padgrootte, afstand en routing moeten overeenkomen met de BGA-specificaties. Ook de warmte-afvoer moet in overweging worden genomen om grote lokale temperatuurverschillen te voorkomen.
  
• Soldeerpasta en stencils: Kies het juiste type soldeerpasta en zorg voor hoge precisie van de stencilopeningen om uniforme soldeerpastadruk te garanderen en kortsluiting door overdreven aanbrenging of koude soldeerverbindingen door onvoldoende aanbrenging te voorkomen.
  
• Reflowprofiel: Er moeten nauwkeurige parameters voor verwarming, verzadiging en afkoeling worden ingesteld op basis van de eigenschappen van de soldeerpasta en de hittebestendigheid van de chip, om soldeerverbindingsfouten door onjuiste temperaturen te voorkomen.
  
• Inspectiemethoden: Er wordt gebruikgemaakt van röntgenapparatuur om verborgen soldeerverbindingsproblemen op te sporen, en indien nodig kunnen methoden zoals dwarsdoorsnede-analyse worden gebruikt om de soldeerverbindingssterkte te verifiëren.
  
• Milieuregeling: De montagehal moet schoon zijn en een constante temperatuur en luchtvochtigheid hebben om te voorkomen dat stof en vocht de soldeerpasta-prestaties en de soldeerkwaliteit beïnvloeden.
  
• Professionele leveranciers: Ervaren fabrikanten kunnen montage-risico's verminderen door gebruik van genormeerde processen en procesoptimalisatie.
  

Methoden voor het inspecteren van soldeerverbindingen

• Visuele inspectie: Alleen toepasbaar op kleine, zichtbare soldeerverbindingen aan de randen. Hiermee kunnen duidelijke problemen zoals ontbrekende soldeerverbindingen en vervorming worden gedetecteerd, maar het kan de kerngebieden niet afdekken.
  
• Röntgeninspectie: Dit is de kernmethode voor het inspecteren van BGA-soldeerverbindingen. Röntgenstralen doordringen de chip en maken de onderliggende soldeerverbindingen zichtbaar. Hiermee kunnen verborgen defecten zoals kortsluiting, lege ruimtes en koude soldeerverbindingen nauwkeurig worden gedetecteerd, waardoor zeker wordt gesteld dat elke soldeerverbinding voldoet aan de normen.

Professionele BGA-montagediensten van LHD

BGA-assembly is een technisch proces in de elektronicamanufactuur dat uiterst hoge precisie en ervaring vereist, en waarbij zorgvuldigheid van detail nodig is, vanaf de prestaties van de apparatuur tot de procesdetails. Als professionele dienstverlener biedt LHD een alles-in-één-service, van engineering assessment, componentenlevering, stencilfabricage tot SMT-plaatsing, soldeerininspectie en eindproducttesten. Of het nu gaat om een complexe BGA met een hoog aantal pinnen of een scenario met specifieke eisen voor warmteafvoer of signaaloverdracht, de gestandaardiseerde processen en aangepaste expertise van LHD garanderen dat elke chip een stabiele, betrouwbare en duurzame verbinding met de PCB vormt, en daarmee een stevige basis legt voor de hoogwaardige werking van elektronische apparatuur.