9 Expertentips voor succesvolle BGA-soldering op PCB's in SMT-assembly

BGA-soldering – Voorbereiding voor soldering

De eerste stap is het kiezen van een geschikte oppervlakteafwerking. De afwerking moet compatibel zijn met het komende project of de productvereisten. Hoewel er veel oppervlakteafwerkingen beschikbaar zijn, vereisen sommige loodvrije oppervlakken. Hierbij vallen RoHS, loodvrije OSP of loodvrije ENIG-regels.

Na het kiezen van het juiste materiaal voor uw project, moet u ervoor zorgen dat u de PCB's op de juiste manier opslaat. Slechte hantering en opslag kunnen uw PCB's beschadigen.

Het is raadzaam om ze in een container met een vochtbarrière op te slaan. De doos moet een vochtgevoelige kaart bevatten die u waarschuwt voor de vochtigheid in de tas. Met de vochtgevoelige kaart kunt u de benodigde vochtigheidsniveaus controleren.

Zodra alles onder controle is, kunt u overgaan naar de tweede stap.

Reinig de PCB grondig

Nu uw printplaten in de juiste staat zijn en klaar voor BGA-soldering, moet u ervoor zorgen dat de PCB's grondig gereinigd of gebakken worden. Bakken zorgt voor de verwijdering van vocht dat later tot solderdefecten kan leiden. Zorg dus voor grondige reiniging van de PCB's voordat het assemblageproces begint.

Met vuile PCB's loopt u het risico op BGA-solderbaldefecten. Deze omvatten koude letsels, verplaatsing, gaten en brugvorming. Tijdens opslag en transport kunnen uw PCB's vervuild raken. Om te zorgen dat alles volgens plan verloopt, moet u ervoor zorgen dat uw printplaten schoon zijn voordat de assembly begint. In de meeste gevallen vertrouwen monteurs op ultrasonische reinigers.

BGA-voorbereiding voor BGA-soldering

Omdat BGA's gevoelig voor vocht zijn, moet u ervoor zorgen dat ze in een droge omgeving worden bewaard. Degene die ze hanteren, moeten zich houden aan de strenge procedures die nodig zijn om de componenten tegen schade te beschermen. In het algemeen moeten deze componenten in vochtvrije kasten worden bewaard. De temperatuur moet tussen 20 °C en 25 °C liggen met een vochtigheid van ongeveer 10%.

Zoals eerder opgemerkt, moeten BGA-componenten gebakken worden voordat het solderproces begint. Fabrikanten moeten ervoor zorgen dat de solderingtemperatuur 125 °C niet overschrijdt. Anders kan dit een ongewilde metallografische structuur veroorzaken. Weerom is voorzichtigheid geboden: als de temperatuur te laag is, wordt het moeilijk om vocht te verwijderen.

Het is dus essentieel om componenten te bakken voordat de SMT-assembly begint. Dit zorgt voor de eliminatie van vocht binnen de BGA. Daarnaast hebben BGA's ongeveer 30 minuten afkoeling nodig na het bakken en voordat ze de SMT-assemblylijn betreden.

BGA-soldering, Reflow-technologie soldering

Typisch is het assemblypakket van BGA hetzelfde als SMT-assembly. Eerst wordt soldeerpasta op een pad-array van een PCB gedrukt door een schabloon of flux op het pad aan te brengen. Vervolgens introduceert u de pick-and-place-apparatuur om BGA-componenten op de PCB uit te lijnen. Daarna worden de BGA-componenten door een reflow-solderoven gestuurd. Reflow-technologie soldering is een complex proces dat uit een paar fasen bestaat, kort samengevat:

1. Voorverhitingsfase – deze fase bestaat meestal uit 2 tot 4 verwarmingszones. Hier kunnen de temperaturen in minder dan 2 minuten oplopen tot 150 °C. Daarom zijn er geen gevallen van soldeerspatten of een oververhit substraat.

2. Inlaatfase – hier is het doel om hete smelting te bereiken, wat goede solderverbindingen oplevert.

3. Solderfase – deze fase moet getuige zijn van de temperatuur van de solderverbindingen die stijgt tot de solderingtemperatuur. Het is het beste om hoge temperaturen in te stellen zodat de verbindingen zo uitkomen zoals gewenst.

4. Afkoelingsfase – dit is de laatste stap van reflow-technologie soldering. Het bevat twee afkoelmodi: natuurlijke afkoeling en luchtafkoeling. Het is ideaal als de afkoelsnelheid tussen 1 °C en 3 °C ligt.

Controleer het soldeer van BGA-soldering

De vijfde stap is om ervoor te zorgen dat u het soldeer tijdens de BGA-soldering controleert. In de meeste gevallen overschrijdt de temperatuur het smeltpunt bij solderen, waardoor het soldeer gesmolten wordt en vloeibaar wordt.

Maar om ervoor te zorgen dat alles gewenst verloopt, moet u het soldeer van de BGA-soldering controleren. U bereikt dit door temperatuurniveaus van ongeveer 183 graden te handhaven gedurende 60 tot 90 seconden. Zowel te lange als te korte tijden kunnen kwaliteitsproblemen veroorzaken bij BGA-soldering. Soms moet u uw solderknop controleren. De meeste hebben een knop die, wanneer gedraaid, de hitte van het solderbout vermindert. Hierdoor wordt het soldeer gecontroleerd en krijgt u de gewenste resultaten.

Inspectie van BGA

Voordat u uw producten op de markt brengt, moet u ervoor zorgen dat de BGA-soldering een grondige inspectie ondergaat. Zonder inspectie van uw producten bestaat de kans dat u defecte producten produceert. Deze producten kunnen een dure herwerking vereisen, wat de reputatie van uw bedrijf schaadt. Hetzelfde geldt voor BGA-inspectie. In PCB-assembly is BGA-inspectie een gebied dat veel belangstelling heeft gewekt sinds de introductie van BGA's.

Het moet duidelijk zijn dat u BGA-inspectie niet effectief kunt uitvoeren met optische technieken. De solderverbindingen onder de BGA-componenten zijn niet zichtbaar. Bovendien is het niet makkelijk om de solderverbindingen te testen door de elektrische prestaties te controleren.

De enige bevredigende manier om BGA te testen is door gebruik te maken van X-stralen. X-stralen hebben zich als zeer nuttig bewezen bij het identificeren van de solderverbindingen onder het behuizing. Ze helpen bij een gedetailleerde inspectie.

Maar X-straal is niet de enige methode. Hoewel X-straal een van de meest effectieve methoden is, hebben ontwerpers nog andere opties. Ze kunnen kiezen voor boundary-scan of elektrische tests om de BGA-letsalkwaliteit te controleren. Elektrische tests onthullen bijvoorbeeld alleen de elektrische geleiding. Aan de andere kant controleren ze niet op het succes van BGA-soldering.

Lijn de BGA nauwkeurig uit op de PCB-pad

De zevende stap betreft de uitlijning van de BGA op de PCB-pad. Er zijn twee fasen betrokken: de initiële uitlijning, gevolgd door het handhaven van de uitlijning tijdens het solderproces. Hiervoor hebt u speciale apparatuur nodig voor massaproductie. Als u echter een prototype wilt maken, kunt u nog steeds handmatig uitlijnen. Dit heet ook handmatige uitlijning.

Om ervoor te zorgen dat alles correct verloopt, moet u de printplaten effectief markeren met uitlijningsmarkeringen. Deze markeringen zijn bij voorkeur van koper. Ook moet u het gebruik van soldeerpasta vermijden, omdat deze tijdens oppervlaktespanning kan smelten. Dit veroorzaakt op de lange termijn schade aan de terminalen.

Opnieuw, als u hoge-volumeproductie draait, kan het tijd- en kostenbesparend zijn om optische uitlijning te overwegen. U moet ook investeren in gespecialiseerde machines met de mogelijkheid om alles op de PCB-pad uit te lijnen.

Beste BGA-solderverbinding standaard

Er zijn specifieke BGA-solderverbindingstandaarden waaraan u u moet houden als u BGA-soldering op PCB's wilt uitvoeren tijdens SMT-assembly. Bijvoorbeeld, BGA-solderverbindingen die holtes bevatten, leiden tot veel fouten. Ze zijn ook geneigd om andere dure technische problemen op de lange termijn te hebben.

Volgens IPC BGA-solderstandaarden, als het moeilijk is om holtes op het pad te vermijden, mogen dergelijke gaten niet 10% groter zijn dan het solderbaloppervlak. Met andere woorden: de tunnels op de pads mogen niet groter zijn dan 30% vergeleken met de diameter van de solderbal. Om goede resultaten te garanderen, moet u zich houden aan acceptabele industriestandaarden voor BGA-solderverbindingen.

BGA-herwerk

Zoals u misschien weet, is het een klus om BGA-herwerk uit te voeren. Maar het wordt gemakkelijker als u gespecialiseerde apparatuur tot uw beschikking hebt. Als u uw product(en) voor reparatie moet terugsturen, hoeft u zich geen zorgen te maken. Reparatiewerk begint met het verwarmen van de BGA-componenten. Dit zorgt ervoor dat u de onderdelen onderaan doet smelten.

Een speciale herwerkstation is ideaal tijdens herwerk. Het is ook perfect voor een zwaar proces met gespecialiseerde apparatuur zoals een infraroodverhitter, een vacuümapparatuur en een thermocouplemonitor. Hier is grote voorzichtigheid nodig om ervoor te zorgen dat alleen de BGA-componenten worden verwijderd. Een kleine fout kan de hele printplaat beschadigen.

BGA-herwerk (herhaling)

Zoals u misschien weet, is het een klus om BGA-herwerk uit te voeren. Maar het wordt gemakkelijker als u gespecialiseerde apparatuur tot uw beschikking hebt. Als u uw product(en) voor reparatie moet terugsturen, hoeft u zich geen zorgen te maken. Reparatiewerk begint met het verwarmen van de BGA-componenten. Dit zorgt ervoor dat u de onderdelen onderaan doet smelten.

Een speciale herwerkstation is ideaal tijdens herwerk. Het is ook perfect voor een zwaar proces met gespecialiseerde apparatuur zoals een infraroodverhitter, een vacuümapparatuur en een thermocouplemonitor. Hier is grote voorzichtigheid nodig om ervoor te zorgen dat alleen de BGA-componenten worden verwijderd. Een kleine fout kan de hele printplaat beschadigen.