Збірка BGA

Що таке збірка BGA?

BGA (Ball Grid Array) — це інтегральна мікросхема, призначена для високощільних схем. Її основною особливістю є гратчастий зразок дрібних припояних кульок, розташованих на нижній частині корпусу. Ці припояні кульки замінюють виводи традиційних корпусів, виступаючи електричним мостом між мікросхемою та друкованою платою, забезпечуючи передачу сигналів та живлення, а також є ключовим механічним з'єднанням. Порівняно з корпусами, що використовують виводи або звичайні поверхневі монтажі, BGA може досягати сотень або навіть тисяч контактних точок у обмеженому просторі. Тому вони широко використовуються в процесорах з високою частотою, мікросхемах пам'яті та інших застосуваннях, які вимагають дуже високої швидкості, потужності, відводу тепла та електричних характеристик.

BGA-збірка передбачає точне прикріплення цих BGA-чіпів із нижніми контактними кульками до друкованої плати за допомогою автоматизованого процесу паяння. Оскільки контактні кульки безпосередньо з'єднуються з відповідними майданчиками на друкованій платі, конструкція з вигнутими контактами, яка використовується у традиційних корпусах, стає непотрібною. Це не лише скорочує шлях проходження сигналів і зменшує перешкоди, але й зменшує тепловий опір, забезпечуючи ефективніше відведення тепла завдяки компактній конструкції.

На відміну від традиційного SMD-корпусування, BGA-збірка повністю залежить від автоматизованого обладнання, такого як прецизійні установки для монтажу та піч для паяння в середовищі гарячого повітря. Від нанесення паяльної пасти до фінального контролю необхідний суворий контроль точності. Це необхідно для забезпечення високощільної комутації та є ключовим фактором для досягнення високої надійності. Як наслідок, BGA-збірка має переваги порівняно з традиційним корпусуванням у електронних пристроях, що потребують високої швидкості обробки даних та високого вихідного потужності.

Основні переваги BGA-збірки

Кабельні вузли різної структури підходять для різних сценаріїв через їхні різні характеристики:

• Стрічкові кабелі: Вони складаються з кількох паралельних провідників, схожих на акуратно укладений пучок дротів. До їхніх переваг належить економія місця та спрощення електропроводки. Вони часто використовуються в застосуваннях, де обмежене місце, наприклад, усередині комп'ютерів, і де потрібно передавати кілька ліній паралельно.
  
• Коаксіальні кабелі: Ці кабелі мають центральний провідник у якості основи, оточений шаром ізоляції, екрануючим шаром і оболонкою, утворюючи структуру, схожу на "концентричні кола". Така конструкція забезпечує чудливу передачу сигналів на високих частотах і стійкість до перешкод, що робить їх у широко використовуваними в комунікаційних мережах, радіочастотному обладнанні та інших галузях.
  
• Багатожильні кабелі: Ці кабелі містять кілька комплектів незалежно ізольованих провідників, здатних одночасно передавати кілька сигналів. Вони використовуються в різноманітних застосуваннях — від передачі аудіосигналів у звукових системах до обміну багатоканальними сигналами в промисловаих системах керування.
  
• Складні кабельні електромережі: Ці кабелі складаються з поєднання різноманітних кабелів, з’єднувачів і кріпильних деталей, що утворює складну структуру. Вони придатні для застосування в таких галузях, як автомобілебудування та авіакосмічна промисловість, де потрібна велика кількість електричних з’єднань і можливість зберігання високої надійності в умовах жорсткого середовища.

Етапи процесу збирання BGA

1. Проектування друкованої плати та підготовка припою

Спочатку на ділянці пайки BGA на друкованій платі проектують контактні площадки. Потім за допомогою трафарета рівномірно наносять припій, що складається з припою та флюсу. Кількість нанесеного припою безпосередньо впливає на якість паяних з’єднань і має строго контролюватися.

2. Точне розташування

Автоматичний верстат для швидкісного монтажу використовує камеру високої чіткості, щоб визначити орієнтирні позначки на мікросхемі та друкованій платі. Після того, як мікросхема BGA захоплюється, її точно встановлюють на нанесену раніше паяльну пасту, забезпечуючи збіг кожної паяльної кульки з відповідною контактною площадкою. Цей етап зазвичай називається "Pick-and-Place".

3. Пайка у пічній камері

Зібрану друковану плату подають у піч для пайки. Під час підвищення температури паяльна паста поступово розплавлюється та зливається з паяльними кульками на нижній частині мікросхеми BGA. Після охолодження утворюється міцне паяне з'єднання, яке завершує електричне та механічне з'єднання.

4. Контроль та тестування

Оскільки паяні з'єднання BGA приховані під мікросхемою і їх не можна безпосередньо побачити, для перевірки короткого замикання, повітряних пор та холодних паяних з'єднань обов’язково використовують рентгенівське обладнання. Також виконують тестування електричних характеристик, щоб забезпечити надійність з'єднання.

Як забезпечити надійність пайки BGA?

Збірка BGA вимагає надзвичайно високої точності процесу, що потребує суворого контролю на кількох етапах:

• Друкована плата: Розмір контактних майданчиків, відстань між ними та трасування мають відповідати специфікаціям BGA. Також слід враховувати відведення тепла, щоб уникнути значних локальних перепадів температури.
  
• Припійна паста та трафарет: Потрібно обрати відповідний тип припійної пасти та забезпечити високу точність отворів трафарета, щоб забезпечити рівномірне нанесення припійної пасти та уникнути короткого замикання через надмірне нанесення або холодних паїв через недостатнє нанесення.
  
• Температурний профіль: Необхідно точно встановити параметри нагріву, витримки та охолодження залежно від характеристик припійної пасти та стійкості мікросхеми до тепла, щоб запобігти дефектам паїв, спричиненим неправильними температурами.
  
• Методи інспектування: Використовуються рентгенівські установки для виявлення прихованих проблем з паїв, а за потреби — методи, такі як аналіз перерізів, для перевірки міцності паїв.
  
• Контроль навколишнього середовища: Монтажна майстерня має бути чистою, з постійною температурою та вологостю, щоб запобігти потраплянню пилу та вологи, які можуть вплинути на якість паяльної пасти та якість пайки.
  
• Професійні постачальники: Досвідчені виробники можуть знизити ризики, пов'язані з монтажем, за допомогою стандартизованих процесів та їхньої оптимізації.
  

Методи контролю якості паяних з'єднань

• Візуальний контроль: Застосовується лише для невеликих відкритих паяних з'єднань по краях. Він дозволяє виявити очевидні проблеми, такі як відсутність паяних з'єднань та деформація, але не охоплює внутрішні зони.
  
• Рентгенівський контроль: Це основний метод контролю паяних з'єднань BGA. Рентгенівські промені проникають крізь мікросхему, чітко візуалізуючи паяні з'єднання знизу. Це дозволяє точно виявляти приховані дефекти, такі як замикання, порожнини та холодні паяні з'єднання, забезпечуючи відповідність кожного паяного з'єднання встановленим стандартам.

Професійні послуги монтажу BGA від LHD

Збірка BGA є технічним процесом у виробництві електроніки, який вимагає надзвичайно високої точності та досвіду, потребуючи ретельного уваги до деталей, від продуктивності обладнання до деталей процесу. Як професійний постачальник послуг, LHD пропонує комплексні послуги, від інженерної оцінки, закупівлі комплектуючих, виготовлення трафаретів, до монтажу SMT, перевірки паяних з'єднань і тестування готової продукції. Незалежно від того, чи це складна BGA-збірка з великою кількістю виводів чи сценарій із спеціальними вимогами до відводу тепла чи передачі сигналів, стандартизовані процеси та спеціалізовані знання LHD забезпечують стабільне, надійне та довготривале з'єднання кожного чіпа з друкованою платою, закладаючи міцну основу для високопродуктивної роботи електронних пристроїв.