BGA-montering

Hva er BGA-montering?

BGA (Ball Grid Array) er et integrert kretspakke utviklet for høy tetthet kretser. Dets kjennetegn er et rutenett-liknende mønster av små loddekuler som er plassert på bunnen av pakken. Disse loddekulene erstatter pinnene i tradisjonelle pakker, og fungerer som en elektrisk bro mellom chipen og PCB-en, og er ansvarlig for signalsending og strømforsyning, samt en viktig mekanisk tilkobling. Sammenlignet med pakker med pinner eller konvensjonelle overflatemonterte pakker, kan BGA-er oppnå hundrevis eller til og med tusenvis av tilkoblingspunkter innenfor et begrenset rom. Derfor brukes de bredt i høyfrekvensprosessorer, minnecipper og andre anvendelser som krever svært høy hastighet, effekt, varmeavledning og elektrisk ytelse.

BGA-tilsamling innebærer å nøyaktig feste disse BGA-kretsene med loddeballer under til en PCB gjennom en automatisert loddeprosess. Siden loddeballene binder direkte til de tilsvarende padene på PCB-en, elimineres bøylestrukturen til tradisjonelle pinner. Dette forkorter ikke bare signelveien og reduserer interferens, men også reduserer termisk motstand og forbedrer varmeavledningseffektiviteten gjennom en kompakt design.

I motsetning til tradisjonell SMD-pakking er BGA-tilsamling helt avhengig av automatiserte maskiner, som høypresisjons plasseringsmaskiner og ovner for lodding. Fra loddepastetrykk til endelig inspeksjon kreves streng presisjonskontroll. Dette er nødvendig for å håndtere høy tetthet i tilkoblingene og er avgjørende for å sikre høy pålitelighet. Som et resultat viser BGA-tilsamling fordeler fremfor tradisjonell pakking i elektroniske enheter som krever hurtig databehandling og høy effektautgang.

Kjernefordeler med BGA-tilsamling

Kabeloppsett med forskjellige strukturer er egnet for ulike scenarier på grunn av deres varierende egenskaper:

• Lettkabler: Disse består av flere parallelle ledere, som ligner på et pent ordnet bunt av ledninger. Fordelene inkluderer plassbesparing og forenklet elektrisk installasjon. De brukes ofte i applikasjoner der plass er begrenset, for eksempel inne i datamaskiner, og der flere linjer må overføres parallelt.
  
• Koaksialkabler: Disse kablene har en sentralleder som kjerne, omgitt av et isolasjonslag, et skjermlag og en kappe, og danner en struktur som ligner på "koncentriske sirkler". Dette designet gir utmerket høyfrekvent signalkonduksjon og interferensresistens, noe som gjør dem mye brukt i kommunikasjonsnettverk, radiofrekvensutstyr og andre felt.
  
• Flerelederkabler: Disse kablene inneholder flere sett med uavhengig isolerte ledere, i stand til å overføre flere signaler samtidig. De brukes i applikasjoner som spenner fra lydoverføring i lydsystemer til flerkanals signaloverføring i industrielle kontrollsystemer.
  
• Komplekse wireharnesser: Disse kablene består av en kombinasjon av ulike kabler, kontakter og festemidler, noe som resulterer i en sofistikert struktur. De er egnet for applikasjoner som automotiv og luftfart som krever et stort antall kretsoforbindelser og kan opprettholde høy pålitelighet i krevende miljøer.

BGA-monteringsprosedyrer

1. PCB-design og loddpasteforberedelse

Først blir tilpassede poler designet på BGA-loddingsområdet på PCB-en. Deretter blir en loddpaste som består av lodde og flussmiddel jevnt påført på polene ved hjelp av en mal. Mengden loddpaste som brukes, påvirker direkte loddeforbindelsenes kvalitet og må strengt kontrolleres.

2. Presisjonsplasering

En hurtig automatisk plasseringsmaskin bruker en kamera med høy oppløsning for å identifisere posisjonsmerkene på chipen og PCB-en. Etter å ha plukket opp BGA-chipen, plasseres den nøyaktig på den printede loddpastaen, slik at hver loddkule blir satt i samsvar med den tilsvarende paden. Dette trinnet er kjent som "Pick-and-Place".

3. Lodding med reflow

Den monterte PCB-en føres inn i en reflow-ovn. Når temperaturen stiger, smelter loddpastaen gradvis og smelter sammen med loddkulene på bunnen av BGA-en. Etter at den har kjølts ned, dannes det en sterk loddeforbindelse, som fullfører den elektriske og mekaniske tilkoblingen.

4. Inspeksjon og testing

Siden BGA-loddeforbindelsene er skjult under chipen og ikke kan observeres direkte, må de inspiseres ved hjelp av røntn utstyr for å sjekke om det er kortslutninger, luftblærer og kalde loddeforbindelser. Det utføres også tester av den elektriske ytelsen for å sikre at tilkoblingen er pålitelig.

Hvordan sikre BGA-loddeforbindelsers pålitelighet?

BGA-montasje krever ekstremt høy prosesspresisjon, og krever streng kontroll gjennom flere faser:

• PCB-design: Padstørrelse, avstand og ruting må tilsvare BGA-spesifikasjoner. Varmeledning må også vurderes for å unngå store lokale temperaturforskjeller.
  
• Loddpasta og silke: Velg riktig type loddpasta og sørg for høy presisjon i silkeåpningene for å sikre jevn loddpastaapplikasjon og unngå kortslutning forårsaket av overdreven påføring eller kalde loddfuger forårsaket av utilstrekkelig påføring.
  
• Refloprofile: Nøyaktige oppvarmings-, herde- og avkjølingsparametere må settes basert på loddpastens egenskaper og chipens varmetålighet for å forhindre loddfugefeil forårsaket av uriktige temperaturer.
  
• Inspeksjonsmetoder: Røntgenutstyr brukes til å identifisere skjulte loddfugeproblemer, og metoder som tverrsnittsanalyse kan brukes for å bekrefte loddfesthet ved behov.
  
• Miljøkontroll: Samlingsverkstedet må være rent, med konstant temperatur og luftfuktighet for å hindre at støv og fuktighet påvirker loddepastens ytelse og loddekvaliteten.
  
• Profesjonelle leverandører: Erfarne produsenter kan redusere monteringsrisikoer gjennom standardiserte prosesser og prosessoptimering.
  

Metoder for inspeksjon av loddeforbindelser

• Visuell inspeksjon: Kan bare brukes på små eksponerte loddeforbindelser ved kantene. Den kan oppdage åpenbare problemer som manglende loddeforbindelser og deformasjon, men kan ikke dekke kjerneområder.
  
• Røntgeninspeksjon: Dette er hovedmetoden for inspeksjon av BGA-loddeforbindelser. Røntgenstråler gjennomtrenger chipen og viser tydelig underliggende loddeforbindelser. Den kan nøyaktig identifisere skjulte feil som broer, hulrom og kalde loddeforbindelser, og sikre at alle loddeforbindelser møter standardene.

LHDs profesjonelle BGA-montasjetjenester

BGA-tilkopling er en teknisk prosess i elektronikkproduksjon som krever ekstrem presisjon og erfaring, og som krever nøyaktig oppmerksomhet på detaljer, fra utstyrskapasitet til prosessdetaljer. Som en profesjonell tjenesteleverandør tilbyr LHD en helhetsløsning, fra ingeniørvurdering, komponentkjøp, stensilproduksjon til SMT-plassering, loddeinspeksjon og ferdigprodukttesting. Enten det gjelder en kompleks BGA med høy pinnenummerering eller et scenario med spesielle krav til varmeavledning eller signalføring, sikrer LHDs standardiserte prosesser og skreddersydde ekspertise at hver enkelt chip danner en stabil, pålitelig og varig tilkobling til PCB, og legger et solidt grunnlag for høy ytelse i elektroniske enheter.