Belangrijkste factoren die BGA-assemblagekwaliteit beïnvloeden: een uitgebreide gids

Met de snelle ontwikkeling van very large scale integrated circuits (IC's), kunnen elektronica-assemblageseisen niet meer worden vervuld door traditionele verpakkings types en komen nieuwere verpakkingen tot stand door de aanmoediging van eisen naar hogere integriteit, kleinere bordgrootte en hogere I/O-aantal. Onder alle nieuwere verpakkings types bovengenoemd, is BGA (ball grid array) verpakking een primair type met de wijdste toepassingsvelden vanwege zijn diversiteit die meerdere beperkingen van traditionele verpakkingen verslaat. Vanuit het perspectief van elementen betreffende soldertechnologieën, is BGA-verpakking nauwelijks anders dan traditionele verpakkingen, zoals QFP (quad flat package). Toch worden pennen vervangen door soldeerballen, wat als een revolutie in elektronica-assemblage kan worden beschouwd en de komst van derivaatverpakkingen zoals CSP (chip scale package) voortbrengt. Op dit moment moet BGA-solderen nog steeds worden uitgevoerd met traditionele SMT (surface mount technology) en kan BGA-solderen nog steeds in gewone SMT-assemblageapparatuur worden uitgevoerd. Dit artikel bespreekt enkele factoren die de toepassing van BGA-assemblagetechnologieën beïnvloeden, waaronder BGA-pad-ontwerp, soldeerpasta-printen, montage-uitlijningsnauwkeurig, solder-temperatuurcurves en solderdefecten.

Haarbaarheid van BGA-pad-ontwerp

BGA-verpakkingen komen in een paar classificaties gebaseerd op verschillende pitches. Over het algemeen moet BGA-pad-ontwerp CAD-routing-haarbaarheid en fabricagebaarheid van PCB (printplaat) in initiële overweging nemen. BGA-pad komt in tal van types en ze kunnen vrij worden geselecteerd wanneer ruimte toelaat, met de volgende veelvoorkomende types.

Dog-bone Pad

Dog-bone pad gebruikt via om spoor naar andere lagen te leiden, waardoor sommige limieten aan pad-grootte zijn gelegd. Vanwege het bestaan van via's, neigen sommige defecten ertoe te ontstaan tijdens PCB-fabricageproces zoals solderbrugvorming door soldermasker afvallen. Daarom moet pad-grootte ontworpen worden door strikt te voldoen aan praktisch fabricageniveau om solderdefecten tijdens BGA-solderen te minimaliseren en ruimte te laten voor toekomstig BGA-herwerk.

Via's extern verdeeld ten opzichte van BGA-pads

Dit type pad werkt het beste voor BGA-componenten met laag I/O-aantal. Dit pad-ontwerp biedt gemak voor solderen en stelt meer vrije ruimte voor pad-grootte. Natuurlijk moet fundamentele eis worden vervuld wat tracing betreft. Daarom is het bijna onmogelijk om dit type pad te benutten op BGA met hoger I/O-aantal.

Via-in-pad Pad

Via-in-pad ontwikkelt zich mee met de voortgang van microvia-technologie in PCB-fabricatie.

Naast pad-type, zijn soldermasker en BGA-pad-positie direct geassocieerd met BGA-solderen. Op basis van verschillende soldermaskerposities, komen BGA-pads in twee types: SMD (solder mask defined) pad en NSMD (non-solder mask defined) pad met respectievelijke functies op BGA-solderen. Bij SMD-pad heeft het pad een groot gebonden oppervlak met het pad, wat leidt tot equivalent groot gebonden oppervlak tussen soldeerjoints en PCB-bord. Naarmate pad-grootte toeneemt, wordt de afstand tussen aangrenzende pads klein, wat via-pad-verdeling en traceerbaarheid beïnvloedt.

Tijdens PCB-fabricageprocedure, als soldermasker in dezelfde richting afwijkt, wordt BGA-pad niet beïnvloed, wat gunstig is voor BGA-solderen. Maar dit type pad neigt te breken tijdens soldermasker-herwerk aan de rand, wat slecht is voor herwerkeffect. Zodra NSMD-pad wordt gebruikt, is het pad relatief klein, wat gunstig is voor via-pad-verdeling en traceerbaarheid. Dit pad-structuurtype resulteert echter in afnemend gebonden oppervlak tussen soldeerjoints en pad en verder vermindering van soldeerjoint-bindingintensiteit. Kortom: beide pads hebben hun eigen voor- en nadelen en het corresponderende pad kan worden bepaald op basis van technologie-overweging.

Soldeerpasta-printen

Soldeerpasta-printen speelt een sleutelrol in het bepalen van solderkwaliteit. Soldeerpasta-printen is de nauwkeurige transformatie van soldeerpasta van schabloon naar pad met schabloon, soldeerpasta en printer betrokken. Nauwkeurigheid van soldeerpasta-printer moet eerst voldoen aan de eisen van BGA-assemblage. Schabloon bepaalt hoeveelheid soldeerpasta door zijn dikte en openinggrootte. De hoeveelheid soldeerpasta die door BGA-verpakking wordt gevraagd, wordt meestal bepaald door 3 aspecten:
• Voldoende soldeer moet worden gebruikt om uitstekende BGA-solderverbindingen te garanderen.
• Soldeerpasta-hoeveelheid moet compenseren voor soldeerbal co-planariteitsfout (meestal 0,1 mm) van BGA-componenten.
• Wanneer andere fijn-pitch componenten op printplaat beschikbaar zijn, moet soldeerpasta-hoeveelheid comprehensief worden overwogen om meer solderdefecten te voorkomen.

Positioneringsnauwkeurigheid

Nauwkeurige posities van BGA-componenten op printplaat hangen volledig af van de precisie van chipmonteurs, waarvan de meeste een specifiek positioneringssysteem bevatten dat helpt bij nauwkeurige positionering van BGA-componenten. Bovendien kunnen sommige chipmonteurs zelfs BGA-soldeerballen inspecteren op hun co-planariteit en sommige defecten herkennen zoals ontbrekende ballen, wat extreem nuttig is voor verbetering van BGA-solderbetrouwbaarheid.

Bovendien kunnen enkele andere maatregelen worden genomen om de montagenauwkeurigheid van BGA-componenten verder te verbeteren. Bijvoorbeeld: lokale fiducial marks worden ingesteld aan de externe kant van BGA-pads of een paar vouwlijnen worden ingesteld als fiducial marks voor handmatige inspectie na assemblage, beide in praktische fabricage effectief gebleken.

Bovendien hebben BGA-componenten een duidelijke zelf-centreringseffect in het solderproces door oppervlaktespanning van soldeer, zodat sommige ontwerpers opzettelijk pads op de vier hoeken in BGA-pad-ontwerp vergroten, waardoor het zelf-centreringseffect duidelijker wordt om te garanderen dat BGA-componenten zich kunnen herstellen wanneer montageposities verschuiven.

Solder-temperatuurcurve en solderdefecten

Solder-temperatuurcurve bepaalt direct solderkwaliteit. Een temperatuurcurve bevat meestal vier fasen: voorverhittingsfase, instoopfas, reflow-fase en afkoelfase, elk met verschillende fysieke/chemische veranderingen. Aangezien temperatuurcurve-instelling het vormingsproces van soldeerjoints bepaalt, heeft het een nauwe relatie met de betrouwbaarheid van soldeerjoints. Vanwege de particulariteit van BGA-verpakking, is het extreem moeilijk een bevredigende temperatuurcurve te genereren. Over het algemeen heeft een BGA-component drie temperaturen nodig te meten: verpakkings-temperatuur, printplaat-oppervlaktetemperatuur en de temperatuur van de interne soldeerjoint van BGA.

BGA-inspectie- en herwerktechnologieën

Omdat alle BGA-soldeerjoints na solderen onder verpakkingen liggen, voldoen traditionele inspectiemethoden zoals flying probe test of visuele inspectie niet aan praktische behoeften. Tot nu toe zijn de leidende methoden die soldeerdefecten van BGA-soldeerjoints kunnen scannen: AOI (automatische optische inspectie) test en AXI (geautomatiseerde Röntgeninspectie) test.

Op basis van eigenschappen van BGA-structuur, is het nauwelijks mogelijk om een enkele soldeerjoint van een BGA-component te inspecteren. Echter, de complete verpakkingslichaam moet worden herwerkt.

Overige factoren

Andere factoren moeten in BGA-assemblageproces worden opgemerkt, zoals elektrostatische bescherming en BGA-component bakken. Meestal vereisen BGA-componenten speciale verpakkingen met elektrostatische beschermingseis. Tijdens printplaat-assemblageproces moeten strikte elektrostatische beschermingsmaatregelen worden genomen, inclusief apparatuur-aarding, personeelsbeheer en omgevingsadministratie.

BGA-assemblage tegen scherpe prijs

Met meer dan tien jaar ervaring in het afhandelen van PCB-assemblage-eisen van wereldwijde klanten, hebben we de mogelijkheden om bijna alle soorten onderdelen in printplaten te solderen, inclusief BGA-componenten. Als u vragen of zorgen heeft over PCB-assemblage, neem contact met ons op voor kennis over onze PCB-soldercapaciteiten en bespreek custom PCB-bestukkingsprojecten. Klik gerust op de onderstaande knop om BGA-assemblageprijs aan te vragen! Het is HELEMAAL GRATIS!

Nuttige bronnen

• Uitgebreide introductie van BGA
• Hoofdredenen voor scheuren in BGA-solderen
• Soldeerbal-problemen van BGA-componenten en hoe ze te vermijden
• Geavanceerde Turnkey PCB-assemblageservice van PCBCart
• Hoe PCB-assemblageprijzen te krijgen
• Hoe een PCB-fabrikant of PCB-assembleur te evalueren