Грешке у лемљењу BGA: Технике рендген инспекције ППА и поправка

Увод

Константан напредак технологије је усмерио електронику ка уређајима који су паметнији, бржи и компактнији. Захрана за овим производима потерао је развој технологија високе густине које могу бити брзо састављене и поуздано повезане са све већом комплексношћу модерних кола. Уређаји са мрежом лоптица (BGA) су се истакли као кључно решење због своје способности да максимализују густину кола и побољшају перформансе у склапању штампаних плоча.

Savremena elektronska proizvodnja široko je prihvatila BGA komponente. Ova tehnologija koristi se i u potrošačkoj elektronici, uključujući pametne telefone i igrice, kao i u visokim sektorima poput vazduhoplovstva i medicinske elektronike. Preduzeća moraju savladati tehnike lemljenja BGA komponenata, posedovati operativne sposobnosti za sisteme za rendgensku inspekciju i biti vešti u naprednim tehnikama popravke BGA komponenata. Ove profesionalne tehničke veštine imaju veliku vrednost tokom faze razvoja prototipa i jednako su neophodne u procesima masovne proizvodnje. Potpuno ovladavanje ovim tehničkim sistemom osigurava da konačni proizvodi zadovoljavaju standarde performansi.

Šta je lemljenje mreže loptica ( BGA )?

Mreža loptica: Struktura i doprinos sklopu kola

Мрежна матрица лопти (BGA) је технологија паковања интегрисаних кола у којој су лемови облика лопти распоређени у мрежном образцу испод BGA уређаја. Током процеса скупљања, ови лемови се топе и формирају механичке и електричне везе између пакета и ППХ-а. За разлику од традиционалних пакета, BGA лемни спојеви су скривени — због чега нису доступни једноставној визуелној контроли, чиме се повећава зависност од напредних технологија за контролу, као што је рендгенска инспекција.

Како се BGA компоненте леме за ППХ

• 1. корак: Дизајнирајте отвор на ППХ-у тако да прецизно одговара лемовима.
• 2. корак: Нанесите пасту за лемљење на ППХ коришћењем шаблона, који доставља одговарајућу количину лема на сваки отвор.
• Корак 3: Поставите BGA компоненту тако да свака лопта буде поравната са својим отвором.
• 4. корак: Скупљена ППХ јединица се провлачи кроз пећ за рефлоу, загревајући коло тако да се лопте у мрежи довољно истопе и формирају везе између BGA-а и ППХ-а.
• 5. корак: Након хлађења, лемови BGA-а су се поново затврдили, стварајући поуздане спојеве.

Struktura lemljenih spojeva mreže kuglica

Razvoj i karakteristike BGA uređaja

Razvoj tehnologije mreže kugli je podstaknut potrebom za povećanjem gustine ulazno-izlaznih priključaka i poboljšanjem performansi u elektronskim sklopovima. Kako su integrisana kola unutar paketa proizvodila više toplote i zahtevala robusnije veze, BGA je postao ključan napredak.

Ključne karakteristike BGA:

• Raspoređene u mrežnom obrascu: Lemljene kuglice raspoređene u redovima i kolonama na dnu paketa omogućavaju veću gustinu izvoda.
• Poboljšane električne performanse: Kratke, direktno lemljene veze smanjuju otpornost i induktivnost, što je od presudnog značaja za visokofrekventne kola.
• Upravljanje toplinom: Velika površina kontaktne pločice i raspodela mreže omogućavaju efikasnije rasipanje toplote koju proizvode integrisana kola.
• Kompatibilnost sa PCB pločama visoke gustine: BGA podržava fini korak kuglica – pogodno za montažu ploča visoke gustine.
• Poboljšana pouzdanost: Geometrija i struktura ravnomerno raspodeljuju napon, smanjujući rizik od zamora lemnih spojeva.

Зашто BGAs доминирају у дизајну модерних штампаних плоча

Померање ка BGA и PCB партнерствима дошло је из потребе за уређајима који могу обрадити високу брзину, већу снагу и више веза без повећања величине штампане плоче. Овај технолошки скок довео је до тога да су скоро сви процесори, FPGAs и меморије високе брзине паковани као BGA ИС-ови у најновијим генерацијама електронских производа.

Технике лемљења BGA

Преглед техника лемљења BGA

Лемљење BGA пакета захтева знатно више техничке прецизности него код конвенционалних оловних пакета. Процес има за циљ потпуно конзистентан распоред лема. Кључни циљеви укључују постизање прецизног контролисања температуре загревања. Поступак на крају захтева формирање чистих и без празнина лемних веза.

Технике лемљења укључују:

• Рефлуксни процес: Стандардна метода, која користи рефлуксну пећ за глобално или локално загревање и топљење лемених куглица позиционираних између пакета и PCB-а.
• Ручно лемљење: Користи се првенствено за BGA поправку или скупљање прототипа — често укључује локално загревање BGA компоненте коришћењем алата за врули ваздух.
• Коришћење станције за поправку врулим ваздухом: За поправку/сере, контролисани извор врулог ваздуха и/или ИК зрачења загрева област око неисправне BGA компоненте како би је уклонили, заменили или поново рефлоу-вали.
• Поравнање и постављање: Системи за узимање и постављање или ручни микроскопи прецизно поравнавају лемове тачно изнад одговарајућих контактних површина на штампаној плочи.

Кључне променљиве лемљења BGA

Савети за савршено лемљење BGA

• Увек проверите нанос пасте за лемљење пре постављања — одсуство тачке значи одсуство лемног споја.
• Пажљиво подуприте штампану плочу током загревања како бисте избегли искривљење, јер оно узрокује неједнак формирани лемни спој.
• За прототип и поправку BGA компоненти, почните са отпадним штампаним плочама да бисте савршено овладали локалним загревањем BGA компоненте пре него што приступите вредним склоповима.

Технике провере лемних спојева и технологија инспекције

Зашто је инспекција критична

Пошто су BGA лемни спојеви сакривени испод пакета, идентификација дефекта коришћењем само визуелних показатеља је практично немогућа. Због тога је рендген инспекција, заједно са другим техникама инспекције (оптичка инспекција, електрично тестирање), неопходан део процеса.

Технике инспекције за BGA

1. Vizuelna inspekcija:

• Користи се за постављање, поравнање и за преглед куглица на периферији пакета.

2. Оптичка инспекција (AOI):

• Аутоматска оптичка инспекција открива погрешне положаје, неправилно стајање и неке дефекте мостова на ивици пакета.

3. Рендген инспекција:

• И ручна и аутоматизована рендген инспекција (AXI) омогућавају инспекцију лемних веза скривених испод BGA. Рендген снимање се користи за проверу лемних куглица, мостова, шупљина, прекида и ефекта главе у јастуку.

4. Електрично тестирање:

• Тестови у колу и летечи зонд потврђују континуитет свих веза између BGA и PПМ.

5. Друге методе инспекције:

• Акустички и IR системи за инспекцију такође се користе за напредно откривање грешака (одламање, шупљине и нагревање).

Упоредни преглед система инспекције

Napredna tehnologija inspekcije

Razvoj tehnologije inspekcije doveo je do stvaranja 3D AXI u realnom vremenu, rendgenskih sistema visoke rezolucije i softvera koji automatski može označiti kada je temperatura preniska tokom reflow procesa ili kada postoji defekt, kao što je nedovoljno lemljenje.

Saveti za inspekciju lemljenih spojeva visokog kvaliteta

• Redovno kalibrišite svoje rendgenske sisteme za inspekciju radi optimalne jasnoće slike i tačnog otkrivanja mostova, praznina i prekida.
• Koristite automatizovanu rendgensku inspekciju (AXI) u masovnoj proizvodnji. Ovo ubrzava proces sklopke uz očuvanje temeljitosti.
• Za prototipove kombinujte rendgensku sa ručnom optičkom inspekcijom, jer ljudsko oko ponekad može otkriti suptilne mane koje automatski sistemi propuste.
• Kombinujte rendgensku inspekciju sa električnim test metodama kako biste osigurali da svaka štampa upravljana BGA uređajem funkcioniše pod opterećenjem, a ne samo u mirovanju.

Uobičajeni defekti BGA i kako ih izbeći

Чак и са одличним дизајном PCB и BGA, током или након процеса лемљења могу настати разне грешке. Разумевање узрока и превенције је кључно за отпорне кола.

Типични дефекти лемног споја BGA

Уобичајени симптоми

• Прекиди у раду штампане плоче (последица отворених или хладних лемова)
• Кратки спојеви након почетног рада (последица моста од лема)
• Нема сигнала или висок отпор на излазним пиновима (последица шупљина/глава-у-јастуку)

Како избећи уобичајене проблеме са BGA-ом

• Пажљиво пројектујте шему контактних површина и размак куглица : Осигурајте да шема омотача BGA компоненте тачно одговара пакету.
• Контролишите температуру лемљења : Избегавајте прегревање или недовољну температуру лемљења током процеса рефлукса.
• Проверите квалитет штампе пасте : Користите машине за инспекцију лем пасте кад год је то могуће и одмах исправите ако недостају пасте на контактима или су прекомерно попуњени лемом.
• Испеците BGA ИС компоненте осетљиве на влагу пре лемљења : Ово спречава „попкорн ефекат“ и проширење шупљина када се куглице у мрежи расплаве.
• Увек користите одговарајуће профилисану рефлукс пећ: Стандардизујте максималну температуру и трајање за сваки процес склапања како бисте минимизовали хладне или преко печени везе.

Процес поправке BGA: Алати и технике

Када склапање или инспекција открије дефектан лемни спој или неисправну BGA компоненту, покреће се процес поправке BGA. Методичан приступ је кључан да би се избегла додатна штета.

Алати и технике за поправку BGA

Станица за прераду BGA:

Основни алат је станица за прераду која је дизајнирана за BGA компоненте.

Ове станице за прераду долазе са прецизним контролама температуре, системима за визију ради поравнавања и специјализованим млазницама за врућ ваздух или инфрацрвеним грејачима за локално загревање BGA компоненте.

Алат за врућ ваздух и IR предгрејач:

Коришћењем алата за врућ ваздух омогућава се безбедно уклањање неисправног дела без ометања суседних лемних везова.

IR предгрејач нежно загрева штампану плочу како би спречио изобличење или топлотне ударце.

Системи визије и поравнавање:

Савремене станице укључују камере или микроскопе за прецизно поравнавање лемних куглица са контактима.

Алати за поновно постављање куглица:

За BGA уређаје који треба поново да се користе, „поновно постављање куглица“ замењује старе, контаминиране лемне куглице новим.

Штампач пасте за лемљење или мини шаблон:

За постављање одговарајуће количине пасте за лемљење на нови BGA.

Процес поправке BGA (корак по корак)

Priprema

Инспекција и потврђивање грешке и кола које треба поправити.

Уклоните влагу са PПХ-а и BGA-а предгрејавањем.

Uklanjanje

Користите станицу за поправку да локално загрејете BGA компоненту.

Након што се куглице за лем сплаве, подигните BGA вакуумским алатом.

Чишћење места и инспекција контактних површина

Очистите остатак лема са контактних површина на PПХ-у; проверите да ли су површине одлепљене или да ли постоји оштећење PПХ-а.

Постављање новог BGA-а

За нови BGA, нанесите пасту за лемљење на контактне површине, користите водиље за поравнавање приликом позиционирања.

Поновно топљење лема

Користите уређај за врућ ваздух или контроле радне станице за поновно топљење нових лемних куглица и успостављање веза између BGA и PWB-а.

Konačna inspekcija

Извршите рендген инспекцију, визуелну проверу и електрично тестирање по потреби.

Најбоље методе за састављање PWB-а, рефлоу и квалитет

• Спречите мане потврђивањем сваког корака: Од штампања пасте и узимања и постављања до рефлоуа и инспекције.
• Користите аутоматску рендген инспекцију за PWB-ове са великим бројем BGA компоненти : Ручно проналажење грешака у скривеним лемним куглицама није изводљиво у већим размерама.
• Надгледајте температуру лемљења : Профилишите сваку плочу коришћењем термопара, нарочито за сложене, високогустинске плоче.
• Чувајте BGAs у складу са препорукама произвођача : Спречите оксидацију лемних куглица и апсорпцију влаге.

Često postavljana pitanja

П: Да ли се ручно лемљење може користити за BGA компоненте?

О: Ручно лемљење генерално није погодно за састављање BGA компоненти због скривене природе и мале раздаљине лемних спојева. Међутим, има кључну улогу у поправцима коришћењем специјалних сопи за врућ ваздух и прецизне визуелне инспекције.

П: Да ли је рендген увек неопходан за инспекцију BGA компоненти?

О: Да, за производњу — јер су лемни спојеви скривени испод пакета и не могу се потпуно проценити визуелним или оптичким методама.

П: Који су знаци да је дошло до квара у BGA процесу лемљења?

О: Тренутни сигнали, одсуство излаза или квар уређаја; потврђено рендген инспекцијом или неуспешним електричним тестовима.

П: Како да избегнете уобичајене BGA дефекте током процеса рефлукса?

A: Исправно профилисање пећнице, пажљиво пројектовање шаблона и редовне технике провере минимизирају очигледне и суptилне недостатке.

Закључак

Развој паковања са мрежом лоптица био је одлучујући у задовољавању непрестаног захтева за мањим, моћнијим и поузданјим електронским уређајима. Међутим, лемни спојеви БГА уређаја — распоређени у облику мреже и скривени на дну пакета — захтевају напредне технике склапања, поправке и провере. Од употребе пећи за рефлоу и најсавременијих станица за поправку БГА-а до неопходности напредне рендгенске провере, цео процес захтева пажњу на сваки детаљ.

Izbegavanje uobičajenih grešaka kod BGA zahteva pouzdane kontrole procesa i predanost korišćenju odgovarajućih alata i metoda inspekcije. Presečna tačka dobre konstrukcije, stručne tehnike lemljenja, precizne inspekcije i pažljivog popravka osigurava da svaka ploča sa visokom gustinom kola — kao i svaki integrisani kolo unutar paketa — ispunjava obećanje izdržljivosti i performansi.

Ostanite ispred u stalno promenljivom svetu montaže PCB — savladajte BGA lemljenje, ažurirajte tehnologiju inspekcije i ulažite u veštinе svog tima.