De toonhoogte neemt aanzienlijk af naarmate de elektronische apparaten kleiner en kleiner worden. De vraag is om de elektronische componenten op een printplaat (PCB) te plaatsen, vergelijkbaar met hoe granen in korenaren worden verpakt. Daarom heeft de toename van het aantal pinnen op PCB’s bijgedragen aan de uitvinding van Ball Grid Array (BGA)-solderen. Je zou het onder de meest waardevolle productpakketten vinden.
U vraagt zich echter af hoe u BGA het beste kunt solderen of hoe u soldeerfouten kunt herkennen en behandelen. De BGA zelf wordt kleiner en de ingeklapte soldeerballen zijn met het blote oog onherkenbaar. Dit artikel behandelt al deze punten en nog veel meer. Laten we beginnen.
(Het illustreert een close-up van BGA-technologie op een PCB)
1. Ball Grid Array Solderen- Wat is BGA (ball grid array solderen)
BGA is een Surface Mount Device (SMD) dat elektrische verbindingen maakt via een opstelling van soldeerballen. Het heeft geen snoeren en het pakket bevat een samenstel van metalen bollen gemaakt van soldeer en aangeduid als soldeerballen. U vindt deze soldeerballen aan de achterkant van het BGA-pakket op een gelamineerd substraat.
De BGA-chip wordt via flip-chip-technologie of wire bonding aan het substraat bevestigd. Aan de binnenkant heeft de BGA een inwendige geleidende sporen die verbinding maken tussen substraatbindingen en de chip. Verder maakt het ook een verbinding tussen de BGA-bindingen en het substraat. U kunt onderscheid maken tussen een BGA-pakket en andere pakketten door naar de pinnen te kijken, omdat BGA metalen soldeerballen heeft in plaats van de spijkers. Deze soldeerballen geven het een hoog aantal leads dat zelfs meer dan 208 leads is.
In vergelijking met andere pakketten is er veel vraag naar BGA in industrieën met hoge I/O-apparaten. In het volgende gedeelte wordt in detail besproken waarom u het BGA-pakket verkiest boven andere pakketten.
(Het toont een close-up van BGA IC)
2. Ball Grid Array Solderen– Kenmerken van BGA
Voordeel:
Lagere spoordichtheid verbetert het PCB-ontwerp: In pakketten zoals quad flat packs is de spoordichtheid aanzienlijk hoog omdat de pinnen dichtbij liggen. BGA lost dit probleem echter op of verzacht het aanzienlijk door de contacten over het hele oppervlak van het pakket te verspreiden.
Robuust BGA-pakket: u zou weten dat quad-flatpacks gevoelige pinnen hebben, omdat u ze snel kunt vernietigen, zelfs als u heel voorzichtig bent. Verder is het, aangezien de haken een zeer grote steek van de pennen hebben, bijna onmogelijk om de verbogen pennen te repareren. Er is echter geen dergelijk probleem in BGA. In BGA zorgen pads en soldeerballen voor de elektrische verbindingen, die niet gemakkelijk te beschadigen zijn.
Lagere thermische weerstand: Nogmaals, de quad flat pack heeft een hoge thermische weerstand, maar BGA zorgt voor een veel lagere thermische weerstand in de siliciumchip. Als uw BGA-geïntegreerde schakeling warmte genereert, zal deze snel en efficiënt van het pakket naar het PCB-oppervlak gaan.
quad plat pakket (QFP)
Verbeterde prestaties op hoge snelheid: bij BGA bevinden de geleiders zich aan de onderkant van de chipdrager. Het betekent dat de lengte van de draden in de chip kleiner is. Het leidt op zijn beurt tot een lager niveau van ongewenste loodinductantie. De ongewenste leadinductantie is verantwoordelijk voor de vervorming van de ongewenste signalen in circuits die met hoge frequentie en snelheid werken. Daarom kunt u met BGA-pakketten hoge prestaties krijgen in vergelijking met hun gelijken, de quad flat pack (QFP).
Gereduceerde pakketdikte: met BGA’s krijgt u de verminderde dikte en kunt u moeiteloos PCB’s maken voor slanke elektronische producten zoals smartphones.
Praktisch gebruik van PCB-ruimte: U kunt PCB-ruimte productief gebruiken met BGA-chips. Onder het oppervlak van deze SMD-chip kun je elektrische verbindingen maken. U hoeft de links niet langer te beperken tot alleen de periferie van de SMD-pakketten.
Kan kleine IC-pakketten ontwikkelen: de standaard SMD-apparaten zoals pin grid-arrays en dual-in-line hadden overvolle pinnen, met een klein gebied ertussen. Het is een nadeel omdat je per ongeluk twee of meer pinnen aan elkaar kunt solderen. Desalniettemin zou u met BGA’s een dergelijk probleem niet tegenkomen en gemakkelijk kleine IC-pakketten maken.
(Het toont BGA-voetafdruk op PCB)
Nadelen:
Nou, je weet dat niet alles perfect is, dus BGA heeft weinig nadelen. Allereerst, als u naïef bent en geen expert in het omgaan met BGA’s, zult u moeilijkheden ondervinden bij het ontwerpen en maken van hun circuits. Ten tweede is het soms lastig om de gebreken in een BGA-pakket te inspecteren. Ten derde zijn BGA’s niet-ductiel. Ten slotte heeft het hoge kosten, wat al dan niet een nadeel kan zijn, afhankelijk van uw budget.
3. Ball Grid Array Solderen – Veel voorkomende soorten BGA
Kunststof BGA
Plastic BGA’s (PBGA) zijn de meest gevraagde BGA’s dankzij hun lage kosten. Ze hebben een balafstand van 1 mm tot 1,27 mm. Je zou deze BGA’s vinden verpakt in een gelamineerd substraat van glasmengsel, een met plastic gecoate behuizing en gegraveerde kopersporen. Met hen zou je voorgevormde soldeerballen en verbeterde temperatuurstabiliteit krijgen.
Als je je afvraagt wat hun toepassing is, kun je ze gebruiken voor apparaten die prestaties van gemiddeld tot hoog niveau vereisen. Dergelijke apparaten hebben een lage inductantie, hoge betrouwbaarheidsniveaus en eenvoudige montage op het oppervlak nodig. Plastic zakken hebben ook extra koperlagen, die kunnen helpen bij het verhogen van het stroomdissipatieniveau.
Keramische BGA
Keramische BGA (CBGA) is een van de vroegste soorten BGA’s. Het wordt geleverd in een keramische verpakking met een rechthoekige of vierkante vorm die gebruikmaakt van soldeerballen in plaats van draden voor het produceren van externe elektrische verbindingen. CBGA ligt in een rooster aan de achterkant van de behuizing van de doos. U kunt ze gebruiken in laptops, telecommunicatiesystemen en apparaattoepassingen die worden getest.
Flexband BGA
Bij dit type BGA liggen de flextape, de chip en de soldeerballen aan de achterkant van een metalen warmteverspreider. Deze warmteverspreider dient als drager en verstijver van het flextape BGA pakket. De chip wordt via wire bonding met de tape-sporen verbonden en vervolgens in een omhulsel geplaatst. Als je ze wilt vergelijken met QPFA en PBGA’s, dan zijn hun betrouwbaarheid, elektrische en thermische prestaties inderdaad beter. U kunt ze gebruiken voor oplossingen die hoge thermische prestaties vereisen zonder koellichamen.
Hoogwaardig metalen blad met hoge thermische geleidbaarheid BGA
Net als flex tap BGA’s, kunt u ook hogere elektrische en thermische prestaties bereiken met hoogwaardige metalen top BGA’s met hoge thermische geleidbaarheid. Hun ontwerp lijkt enigszins op flextape-BGA’s. De chip is bevestigd aan de achterkant van een slak of warmteverspreider en bereikt de bovenkant van het pakket. Omdat de koperen warmteverspreider de bovenkant van de verpakking bereikt, krijgt u een aanzienlijk lagere thermische weerstand en is het oppervlak van de verpakking vrij beschikbaar voor luchtstroom.
Als u ook een koellichaam of andere passieve of actieve apparaten voor thermisch beheer moet gebruiken, kunt u de heatslug hieraan koppelen. Verder, als u extra grond- en krachtvlakken ontwerpt, krijgt u verbeterde elektrische prestaties. Met dit type BGA-verpakkingen is het nadeel dat BGA-verpakkingen moeilijk te inspecteren niet meer van toepassing. Het bovenoppervlak is sterk reflecterend, dus zichtsystemen leveren superieure prestaties bij gebruik van een diffuse lichtbron in plaats van een gepolariseerde bron.
Chipschaal pakket
Dit BGA-pakket dankt zijn naam aan het feit dat u het kunt ontwerpen volgens de vereisten van uw chip. Elk BGA-pakket is een chipschaalpakket (CSP) als het voldoet aan uw chipspecificaties en een apparaat voor opbouwmontage is. Je kunt ze gebruiken in smartphones, slimme apparaten, laptops en andere geavanceerde compacte elektronische apparaten.
4. Ball Grid Array Solderen – BGA-lasproces;
4.1 De basis van BGA-lassen
4.1.1 Lastemperatuur
U moet de juiste lastemperatuur en de structuur van de soldeerlegering selecteren voor het lassen of solderen van BGA-apparaten. Als snelle tip kun je ervoor zorgen dat het soldeer van de BGA-chip niet helemaal smelt. U kunt het in halfvloeibare vorm laten, zodat elke soldeerbal gescheiden blijft van andere soldeerballen.
(Het laat zien dat een technicus soldeerballen op een balraster-array plaatst)
4.1.2 Lasset en lasapparaat
Gelukkig is er voor de BGA in de elektronicamarkt een breed scala aan lasmachines en lassets beschikbaar. In dit technologische tijdperk kun je ze ook online bestellen. U kunt bij de aanschaf van de lasmachines rekening houden met de volgende hoofdkenmerken:
Ze zouden u in staat moeten stellen om uw BGA-chip handmatig te monteren, te solderen, te desolderen en te verwijderen.
4.1.3 Maak je printplaat grondig schoon
Oké, dus nu je een lasapparaat of -set hebt en de perfecte lastemperatuur hebt gekozen om te beginnen, is het nog steeds niet genoeg. Voordat u begint met het solderen van BGA, moet u PCB en BGA nog grondig reinigen. Voor BGA is de vereiste om het oppervlak glad te maken. Laten we in het volgende gedeelte bekijken hoe u ze stap voor stap kunt schoonmaken.
4.1.4 Ball Grid Array Solderen – BGA-reinigingsmethode
Allereerst moet u de BGA op een geleidende pad plaatsen en een kleine hoeveelheid soldeerpasta op het oppervlak aanbrengen.
Gebruik vervolgens soldeerbout en draad om de bal van BGA te scheiden. Laat de soldeerbout de tinnen bol vloeibaar maken en verwarm de doorlatende draad voordat je de waslijn over het oppervlak van BGA beweegt. Verder moet je ervoor zorgen dat de soldeerbout niet te veel druk op het oppervlak uitoefent, omdat dit kan leiden tot scheuren in het oppervlak.
Gebruik industriële alcohol voor het reinigen van het BGA-oppervlak en wrijvingsbewegingen om het BGA-oppervlaktesoldeerhulpmiddel te elimineren. Begin vaak met de randen en verwaarloos de hoeken niet. Ga door en veeg af. Gebruik voor elke BGA een schoon oplosmiddel.
Vervolgens kunt u het BGA-oppervlak ook met een microscoop controleren op niet-verwijderde tinnen balletjes en beschadigde kussentjes.
Reinig het BGA-oppervlak met een borstel en gedeïoniseerde spray. Het zal helpen bij het verwijderen van de resterende soldeerpasta op het BGA-oppervlak. Laat BGA in de lucht om op te drogen. Test het BGA-oppervlak twee keer.
Om vocht te verwijderen, bak de BGA en PCB gedurende 10 tot 20 uur bij 80℃ tot 90℃ temperatuur in een oven met constante temperatuur. U kunt de baktijd en temperatuur aanpassen aan de vochtigheidsgraad.
Draag bovendien bij alle volgende bewerkingen antistatische handschoenen of statische ringen om onnodige spaanverstoring door statische elektriciteit te voorkomen.
4.2 Ball Grid Array Solderen – BGA soldeerverbinding inspectie
Belang van inspectie van soldeerverbindingen:
PCB-fabrikanten gebruiken de optische methoden niet om BGA’s te onderzoeken, omdat de soldeerverbindingen onder de BGA-componenten niet visueel zichtbaar zijn. De elektrische beoordeling is niet erg nauwkeurig omdat deze alleen op dat precieze moment de elektrische geleidbaarheid van thBGA laat zien. Het schat het leven van de soldaat niet in. De soldeerverbinding kan na verloop van tijd verslechteren.
Röntgeninspectiemethode:
X-rays monitor the soldering joints of the BGA. The X-ray analysis allows you to see at the soldering joints below the parts. Bijgevolg maken de industrieën uitgebreid gebruik van de Automatic Ray Inspection (AXI) -technologie voor BGA-inspectie.
4.3 Balletarray Soldeer – Basis Lasprocessen van BGA
Een van de belangrijkste problemen met BGA was als het een succesvolle las- of soldeeringsoperatie kon leveren. Aangezien de BGA -chip pads heeft in plaats van pennen aan de achterkant, is het ook essentieel om een juiste lasmethode te volgen.
Gelukkig hebben BGA -lastechnieken aangetoond dat ze effectiever zijn dan standaard quad flat packs. U hoeft alleen maar ervoor te zorgen dat u het proces correct instelt. Voortaan betekent dit dat de prototypes van de PCB -assemblage en de productie van PCB -assemblage op een brede schaal.
Voordat u begint met het BGA -lasproces, moet u zorgvuldig de grootte van de soldeer en de bal selecteren en de ingestorte hoogte. U verwarmt de soldeerballen, en wanneer ze smelten, kunnen de oppervlaktespanning hen in staat stellen om de BGA met PCB correct te passen. Daarna zal het soldeer afkoelen en ingesteld, waardoor de BGA PCB wordt voorbereid.
Deze verwarming van soldeerballen is echter niet zo eenvoudig als het klinkt. U moet voor dit doel reflow -soldeersmethoden gebruiken. Het is cruciaal omdat u ervoor moet zorgen dat het soldeer onder de BGA -chip smelt. Daartoe moet de gehele montage de temperatuur van het smeltpunt overschrijden. Uiteindelijk kunnen alleen reflowprocessen het doen.
4.4 BALL Grid Array Solderen – Reflow-solderen van BGA
Flux-selectie: in water oplosbaar en niet schoon
Oké, dus nu je weet waarom we een Reflow Soldering -procedure moeten gebruiken, zullen we overgaan op welk type flux je moet gebruiken. Er zijn in wezen twee vormen van verandering: in water oplosbaar en niet-schoon. U kunt geen splitflux gebruiken als u de printplaat niet kunt wassen met gedeïoniseerd water bij de uiteindelijke Reflow Soldering- en PCB-assemblagefasen. Misschien wilt u de printplaat niet passeren als deze LCD’s, kristallen of meer watergevoelige onderdelen bevat.
Aan de andere kant kunt u in water oplosbare flux gebruiken wanneer u van plan bent uw PCB te wassen met gedeïoniseerd water. Het is vermeldenswaard dat het fluxtype het activiteitsniveau definieert onder de veranderingsactiviteit en de soldeerpasta, ongeacht wat voor soort flux u gebruikt.
Soldier selectie
Ten slotte is het na het selecteren van de flux ook essentieel om het juiste soldeer te kiezen. Onvoldoende reflow, ontoereikende verandering en lage stencilafdrukken kunnen allemaal leiden tot open storingen van de soldeerbal.
5. Kogelroostarray solderen – soldeerdefecten in BGA
We hebben zojuist het woord Open Solder Ball -mislukking genoemd. Het is een soort soldeertefect en staat ook bekend als een beschikbare soldeergewricht of niet-instortingsbal. De oorzaak is onvoldoende warmte tijdens reflow. BGA Intermittent Connection (BIC) is een ander type soldeerdefect. Het heeft invloed op alle toonhoogmaten en is extreem gevaarlijk omdat het vaak onregelmatig is. Het kan verlies van OEM’s veroorzaken duizenden dollars verborgen in verspilde productietijd en vertragingen in een productrelease.
Niettemin, zoals de naam al doet vermoeden, stort BICS slechts af en toe in. Omdat ze moeilijk te vinden zijn, zal BICS een kettingreactie creëren door het ongrijpbare, moeilijk te traceren ontwerpdilemma te sturen naar verschillende OEM-engineeringgroepen en uiteindelijk naar de managementraad.
Naast niet-stollen ballen en BIC’s moet je ook shorts nemen, opent en gebarsten BGA-ballen. Net als bij niet-stollen ballen en BIC’s, veroorzaakt een zwak thermisch profiel voor de reflow deze defecten.
Een thermisch profiel definieert het temperatuurbereik waaronder u een PCB tijdens het wegroduceren opwarmt en ook de tijd die het bord bij elke temperatuur doorbrengt. Als u alle temperatuurzones van een thermisch profiel correct aansluit, is de uitkomst een volledige reflow. U kunt het vervolgens verifiëren door een BGA-röntgeninspectie.
6. Kogelroostarray solderen – BGA herwerkt het probleem
6.1 Balletarray Soldering – Handmatig BGA Desolding
U moet updaten als u voor het eerst niet correct soldeert. Als u het herwerk niet gebruikt om de component te verwijderen, moet u de printplaat rond het element verwarmen zodat het soldeer opnieuw wordt gesmolten (desolding) en het lassen verbetert. Als u het component en de soldeer moet verbreken, bewerken en met de hand solderen van de BGA -pakketten de meest gecompliceerde onderdelen. Laten we er doorheen gaan in de volgende subsectie.
6.2 BALL Grid Array Soldering – Handmatig BGA -lassen
1: Maak de BGA los en veeg zorgvuldig elke resterende PCB -kussensolder weg.
2: Controleer vervolgens dat er geen vocht op BGA is, omdat het vochtgevoelig is.
3: Selecteer een kleine BGA -sjabloon voor het afdrukken van de soldeerpasta. U moet de balafstand en diameter gebruiken om de openingsgrootte en dikte van de sjabloon te bepalen. Uiteindelijk zult u ook de kwaliteit van het afdrukken inspecteren.
4: Gebruik een soldeerbout om het resterende soldeer schoon te maken en te nivelleren. U kunt verder een platte soldeertip en een demontageriem gebruiken. Pas op dat u het soldeermasker en pad niet beschadigt.
5: Herhaal stappen 2 en 3.
6: Nu is het tijd om de BGA te monteren. Het zou helpen als u de oppervlakte -PCB -montageplaat (na het afdrukken) op de werkbank zou plaatsen. Daarna moet u de vacuümpomp inschakelen na het kiezen van een goed zuigmondstuk. Het mondstuk slikt de BGA -chip in, breng het naar beneden wanneer het PCB -pad en BGA overlappen. Integreer ten slotte de BGA -chip met de PCB en sluit de vacuümpomp.
7: Selecteer een geschikte Reflow -soldeertemperatuur die overlegt aan de PCB -dikte, uw apparaatgrootte, enz. Over het algemeen is de BGA -temperatuur 15 graden meer dan traditionele SMD’s.
8: Jullie zijn nu allemaal klaar. De laatste stap is om het BGA -lassen te inspecteren.
Samenvatten
In dit artikel hebben we BGA -technologie, de verschillende soorten, voor- en nadelen geïntroduceerd. Verder hebben we uitgelegd welke laskits en machines u kunt kopen om ze te solderen. En als je niet goed hebt soldeer, hoe kun je het BGA -herwerk doen.
We hebben de BGA ook vergeleken met traditionele oppervlaktemontageapparaten. Ten slotte hebben we ook soldeerdefecten gepresenteerd, zodat u ze kunt vermijden. Als u nog steeds meer informatie met BGA -technologie wilt, kunt u contact met ons opnemen en deze samen bespreken.
