Сборка BGA

Что такое сборка BGA?

BGA (Ball Grid Array) — это корпус интегральной схемы, предназначенный для высокоплотных схем. Его основной особенностью является сетчатый узор из крошечных припойных шариков, расположенных на нижней стороне корпуса. Эти припойные шарики заменяют выводы традиционных корпусов, выполняя роль электрического моста между чипом и печатной платой, отвечая за передачу сигналов и подачу питания, а также являясь ключевым механическим соединением. По сравнению с корпусами, основанными на выводах, или традиционными поверхностно-монтируемыми корпусами, BGA может обеспечить сотни или даже тысячи точек подключения в ограниченном пространстве. Поэтому они широко используются в высокочастотных процессорах, микросхемах памяти и других приложениях, требующих очень высокой скорости, мощности, отвода тепла и электрических характеристик.

Сборка BGA предполагает точное крепление этих чипов BGA с нижними припоями к печатной плате посредством автоматизированного процесса пайки. Поскольку шарики припоя непосредственно соединяются с соответствующими контактными площадками на печатной плате, конструкция с изгибом традиционных выводов устраняется. Это не только сокращает путь сигналов и снижает помехи, но также уменьшает тепловое сопротивление и повышает эффективность отвода тепла благодаря компактной конструкции.

В отличие от традиционного SMD-монтажа, сборка BGA полностью зависит от автоматического оборудования, такого как высокоточные автоматы для установки компонентов и печи для инфракрасной пайки. От печати припоя до окончательного контроля требуется строгий контроль точности. Это необходимо для обеспечения высокой плотности соединений и критически важно для гарантии высокой надежности. В результате сборка BGA демонстрирует преимущества по сравнению с традиционными методами упаковки в электронных устройствах, требующих высокоскоростной обработки и высокой выходной мощности.

Ключевые преимущества сборки BGA

Кабельные сборки различных конструкций подходят для разных сценариев использования благодаря своим различным характеристикам:

• Ленточные кабели: Они состоят из множества параллельных проводников, напоминающих аккуратно уложенный пучок проводов. Их преимущества включают экономию пространства и упрощение проводки. Они часто используются в приложениях, где пространство ограничено, например, внутри компьютеров, и где необходимо передавать несколько линий параллельно.
  
• Коаксиальные кабели: Эти кабели имеют центральный проводник в качестве основы, окружённый слоем изоляции, экранирующим слоем и оболочкой, образуя конструкцию, похожую на "концентрические круги". Такая конструкция обеспечивает превосходную передачу высокочастотных сигналов и устойчивость к помехам, что делает их широко используемыми в сетях связи, радиочастотном оборудовании и других областях.
  
• Многожильные кабели: Эти кабели содержат несколько наборов независимо изолированных проводников, способных одновременно передавать несколько сигналов. Они используются в различных областях, от передачи аудиосигнала в звуковых системах до обмена многоканальными сигналами в промышленных системах управления.
  
• Сложные кабельные жгуты: Эти кабели состоят из комбинации различных кабелей, разъемов и крепежных элементов, что обеспечивает сложную конструкцию. Они подходят для таких применений, как автомобилестроение и авиационно-космическая промышленность, где требуется большое количество электрических соединений и необходимо поддерживать высокую надежность в тяжелых условиях эксплуатации.

Этапы процесса сборки BGA

1. Проектирование печатной платы и подготовка припоя

Сначала на участке пайки BGA на печатной плате проектируются соответствующие контактные площадки. Затем паяльная паста, состоящая из припоя и флюса, равномерно наносится на контактные площадки с использованием трафарета. Количество используемой паяльной пасты напрямую влияет на качество паяных соединений и должно строго контролироваться.

2. Точное размещение

Высокоскоростная автоматическая машина для установки компонентов использует камеру высокого разрешения для определения маркировочных меток на микросхеме и печатной плате. После захвата чипа BGA он точно устанавливается на нанесенную паяльную пасту, обеспечивая совмещение каждой припойной шаровой ножки с соответствующей площадкой. Этот этап обычно называется "Pick-and-Place".

3. Пайка оплавлением

Собранная печатная плата подается в печь оплавления. По мере повышения температуры паяльная паста постепенно плавится и соединяется с припойными шариками на нижней стороне BGA-микросхемы. После охлаждения образуется прочное паяное соединение, завершающее электрическое и механическое подключение.

4. Проверка и тестирование

Поскольку паяные соединения BGA скрыты с нижней стороны чипа и не могут быть непосредственно визуализированы, их необходимо проверять с использованием рентгеновского оборудования для выявления коротких замыканий, воздушных пузырей и непропаянных соединений. Также проводится электрическое тестирование, чтобы гарантировать надежность соединений.

Как обеспечить надежность пайки BGA?

Сборка BGA требует чрезвычайно высокой точности процесса и строгого контроля на нескольких этапах:

• Проектирование печатной платы: Размеры контактных площадок, расстояние между ними и трассировка должны соответствовать спецификациям BGA. Также необходимо учитывать теплоотвод, чтобы избежать значительных локальных перепадов температуры.
  
• Припой и трафарет: Выберите подходящий тип припоя и обеспечьте высокую точность отверстий трафарета, чтобы обеспечить равномерное нанесение припоя и избежать коротких замыканий, вызванных избыточным нанесением, или холодных паяных соединений, вызванных недостаточным нанесением.
  
• Температурный профиль оплавления: Необходимо точно задать параметры нагрева, выдержки и охлаждения в соответствии с характеристиками паяльной пасты и термостойкостью чипа, чтобы предотвратить дефекты паяных соединений, вызванные неправильной температурой.
  
• Методы инспекции: Используется рентгеновское оборудование для выявления скрытых дефектов паяных соединений, а также методы, такие как анализ поперечного сечения, для проверки прочности паяных соединений при необходимости.
  
• Контроль окружающей среды: В сборочном цехе должно быть чисто, с постоянной температурой и влажностью, чтобы предотвратить попадание пыли и влаги, которые могут повлиять на качество паяльной пасты и процесса пайки.
  
• Профессиональные поставщики: Опытные производители могут снизить риски сборки за счет стандартизированных процессов и их оптимизации.
  

Методы проверки качества паяных соединений

• Визуальный осмотр: Применяется только для небольших открытых паяных соединений по краям. Позволяет выявить явные проблемы, такие как отсутствие паяных соединений и деформация, но не позволяет проверить внутренние области.
  
• Рентгеновский контроль: Это основной метод проверки паяных соединений BGA. Рентгеновские лучи проникают сквозь чип, позволяя четко визуализировать паяные соединения, находящиеся под ним. Метод позволяет точно выявлять скрытые дефекты, такие как замыкания, пустоты и холодные паяные соединения, обеспечивая соответствие всех паяных соединений установленным стандартам.

Профессиональные услуги по сборке BGA от LHD

Сборка BGA — это технический процесс в электронном производстве, требующий чрезвычайно высокой точности и опыта, предъявляющий повышенные требования к детализации, от характеристик оборудования до деталей технологического процесса. Как профессиональный поставщик услуг, компания LHD предлагает комплексное обслуживание «под ключ», включающее инженерную экспертизу, закупку комплектующих, изготовление трафаретов, монтаж SMT, инспекцию припоя и тестирование готовой продукции. Независимо от того, идет ли речь о сложной BGA-сборке с высоким количеством выводов или о сценарии с особыми требованиями к теплоотводу или передаче сигналов, стандартизированные процессы и индивидуальный опыт компании LHD обеспечивают устойчивое, надежное и долговечное соединение каждой микросхемы с печатной платой, создавая прочный фундамент для высокопроизводительной работы электронных устройств.