Montáž BGA

Čo je BGA montáž?

BGA (Ball Grid Array) je integrovaný obvodový balíček navrhnutý pre vysoko husté okruhy. Jeho základnou vlastnosťou je mriežkový vzor malých pájokových guličiek usporiadaných na spodnej strane balíčka. Tieto pájkové guličky nahradzujú vývody tradičných balíčkov a pôsobia ako elektrický most medzi čipom a doskou plošných spojov, zabezpečujúce prenos signálov a napájanie a zároveň slúžia ako kľúčové mechanické spojenie. V porovnaní s vývodovými alebo konvenčnými povrchovo montovanými balíčkami môžu BGA dosiahnuť stovky alebo dokonca tisíce pripojovacích bodov v obmedzenom priestore. Preto sa široko používajú vo vysokofrekvenčných procesoroch, pamäťových čipoch a iných aplikáciách, ktoré vyžadujú mimoriadne vysokú rýchlosť, výkon, odvodnenie tepla a elektrický výkon.

BGA montáž zahŕňa presné pripevnenie týchto BGA čipov so spodnými pájkovými guľôčkami na dosku plošných spojov (PCB) prostredníctvom automatizovaného pájkovacieho procesu. Keďže pájkové guľôčky sa priamo spájajú s príslušnými ploškami na doske PCB, odpadá štruktúra ohybu tradičných vývodov. Tým sa nielen skracuje dĺžka vodiča signálu a znižuje rušenie, ale znižuje sa aj tepelný odpor a prostredníctvom kompaktného dizajnu sa zvyšuje účinnosť odvádzania tepla.

Na rozdiel od tradičného SMD puzdrenia sa BGA montáž úplne spolieha na automatizované zariadenia, ako sú vysokej presnosti umiestňovacie stroje a reflow pece. Od nanášania pájkového tvaru až po finálnu kontrolu je potrebná prísna kontrola presnosti. Toto je nevyhnutné na zvládnutie vysoko hustých pripojení a je kľúčové pre zabezpečenie vysokého stupňa spoľahlivosti. Výsledkom je, že BGA montáž má výhody oproti tradičnému puzdreniu v elektronických zariadeniach vyžadujúcich vysokú rýchlosť spracovania a vysoký výkon.

Kľúčové výhody BGA montáže

Kábelové zoskupenia rôznych štruktúr sú vhodné pre rôzne scenáre vďaka svojim odlišným vlastnostiam:

• Pásové káble: Skladajú sa z viacerých paralelnych vodičov, ktoré pripomínajú upratanú väzbu drôtov. Medzi ich výhody patrí úspora miesta a zjednodušené zapojenie. Často sa používajú v aplikáciách s obmedzeným miestom, ako napríklad vo vnútri počítačov, alebo keď je potrebné prenášať viacero liniek paralelne.
  
• Koaxiálne káble: Tieto káble majú v strede vodič, ktorý je jadrom, a sú obklopené izolačnou vrstvou, bariérovou vrstvou a vonkajším plášťom, čím vytvárajú štruktúru podobnú "sústredným kružniciam". Táto konštrukcia zabezpečuje vynikajúcu prenosovú schopnosť vysokofrekvenčných signálov a odolnosť proti rušeniu, čo zabezpečuje ich široké využitie v komunikačných sieťach, rádiových frekvenčných zariadeniach a iných oblastiach.
  
• Viacvodičové káble: Tieto káble obsahujú viacero sád nezávisle izolovaných vodičov, ktoré sú schopné prenášať viaceré signály súčasne. Používajú sa v aplikáciách od zvukového prenosu v zvukových systémoch po viac kanálovú výmenu signálov v priemyselných riadiacich systémoch.
  
• Zložité káblové rozvody: Tieto káble sa skladajú z kombinácie rôznych káblov, konektorov a upevňovacích prvkov, čo má za následok sofistikovanú štruktúru. Sú vhodné pre aplikácie ako automobilový a letecký priemysel, kde je vyžadované veľké množstvo elektrických pripojení a kde môžu udržiavať vysokú spoľahlivosť v náročných prostrediach.

Kroky procesu montáže BGA

1. Návrh dosky plošných spojov a príprava pájok

Najprv sa navrhnú príslušné plošky v oblasti pájania BGA na doske plošných spojov. Potom sa pájková pasta pozostávajúca z pájky a tavidla rovnomerne nanáša na tieto plošky pomocou šablóny. Množstvo použitej pájkovej pasty priamo ovplyvňuje kvalitu pájených spojov a musí byť prísne kontrolované.

2. Presné umiestnenie

Automatický stroj na vysokorýchlostné umiestňovanie používa kameru s vysokým rozlíšením na identifikáciu pozicionovacích značiek na čipe a doske plošných spojov (PCB). Po zobratí BGA čipu je ten presne umiestnený na vytlačenú pájku, čím sa zabezpečí, že každá pájková guľôčka je zarovnaná so zodpovedajúcou ploškou. Tento krok je všeobecne známy ako „Pick-and-Place“ (Zober-a-Umiestni).

3. Rebrúsenie pájky

Zmontovaná doska plošných spojov (PCB) je vložená do rebrúsnej pece. Keď teplota stúpa, pájková pasta postupne roztáva a spojí sa s pájkovými guľôčkami na spodnej strane BGA. Po vychladení sa vytvorí pevné pájkové spojenie, ktoré dokončí elektrické a mechanické prepojenie.

4. Kontrola a testovanie

Keďže pájkové spoje BGA sú skryté na spodnej strane čipu a nie je možné ich priamo pozorovať, musia sa kontrolovať pomocou röntgenového zariadenia, aby sa zistili skraty, vzduchové bubliny a studené pájkové spoje. Rovnako sa vykonáva testovanie elektrických vlastností, aby sa zabezpečila spoľahlivosť prepojenia.

Ako zabezpečiť spoľahlivosť BGA pájkovania?

Montáž BGA vyžaduje mimoriadne vysokú presnosť procesu, čo si vyžaduje prísne kontrolovanie vo viacerých štádiách:

• Návrh plošného spoja: Veľkosť, rozstup a usporiadanie vývodov musia zodpovedať špecifikáciám BGA. Musí sa tiež zohľadniť odvodnenie tepla, aby sa predišlo veľkým lokálnym teplotným rozdielom.
  
• Triedenie a stenka: Vyberte vhodný typ pájky a zabezpečte vysokú presnosť otvorov stenky, aby sa zabezpečilo rovnomerné nanášanie pájky a predišlo skratom spôsobeným nadmerným nanášaním alebo studeným pájením spôsobeným nedostatočným nanášaním.
  
• Profil reflow: Presné parametre ohrevu, vydržania a chladenia musia byť nastavené na základe vlastností pájky a odolnosti čipu voči teplu, aby sa predišlo chybám spojov spôsobeným nesprávnymi teplotami.
  
• Metódy kontroly: Na identifikáciu skrytých chýb pájenia sa používa röntgenové zariadenie a v prípade potreby je možné použiť metódy ako napríklad analýzu prierezu na overenie pevnosti pájených spojov.
  
• Kontrola prostredia: Montážna dielňa musí byť čistá, s konštantnou teplotou a vlhkosťou, aby sa zabránilo vplyvu prachu a vlhkosti na výkon pájok a kvalitu pájania.
  
• Odborní dodávatelia: Skúsení výrobcovia môžu znížiť riziko montáže pomocou štandardizovaných procesov a optimalizácie procesov.
  

Metódy kontroly kvality pájok

• Vizuálna kontrola: Používa sa iba na malé viditeľné pájky na okrajoch. Môže odhaliť zrejmé problémy, ako sú chýbajúce pájky a deformácie, ale nedokáže pokryť jadrové oblasti.
  
• RTG kontrola: Toto je základná metóda kontroly pájok BGA. RTG lúč preniká čipom a jasne zobrazuje spodné pájky. Môže presne identifikovať skryté chyby, ako sú mostíky, dutiny a studené pájky, a zabezpečiť, aby každá pájka spĺňala normy.

Profesionálne služby BGA montáže spoločnosti LHD

Montáž BGA je technický proces v elektronickej výrobe, ktorý vyžaduje mimoriadne vysokú presnosť a skúsenosti, pričom si vyžaduje dôkladnú pozornosť na detaily, od výkonu zariadení až po detaily procesu. Ako profesionálny poskytovateľ služieb, LHD ponúka komplexnú službu „pod jednou strechou“, od inžinierskeho hodnotenia, nákupu súčiastok, výroby stencíl, cez SMT montáž, kontrolu spájkovania, až po testovanie hotových výrobkov. Či už ide o komplexnú BGA s vysokým počtom vývodov alebo o scenár s špeciálnymi požiadavkami na odvod tepla alebo prenos signálu, štandardizované procesy a individuálne odborné znalosti LHD zabezpečujú, aby každý čip vytvoril stabilné, spoľahlivé a trvanlivé spojenie s plošným spojom a položili tak pevný základ pre vysoký výkon elektronických zariadení.