Какво е BGA сглобяване
Ball-grid array (BGA) е IC пакет със спойкови топчета, подредени в решетка от долната страна — без изводи по краищата. Топчетата се свързват със съответстващи падове на PCB по време на reflow. Pitch варира от 1,27 mm (по-стари PBGA) до 0,4 mm (модерни µBGA), с брой топчета от 36 до 2000+.
Предизвикателството: всяка спойка е под пакета. Не можете да я видите. Не можете да я сондирате. AOI е безполезен. X-ray и електрически тест са единствените методи за инспекция след reflow.
В Energetika-VDS сглобяваме BGA от 6 × 6 mm 0,5 mm pitch до 45 × 45 mm 1,0 mm pitch на DDM Novastar LS60 главата с GF-120HT 8-зонов reflow. X-ray инспекцията е сорсната чрез партньори — всяка платка при поръчки Class 3, базирана на извадка при Class 2.
BGA сглобяване стъпка по стъпка
1. Печат на паста
Stencil aperture за BGA падове: обикновено 1:1 към диаметъра на пада, понякога -5% за fine-pitch (≤0,5 mm) за намаляване на bridging. Дебелина на stencil:
| BGA pitch | Дебелина на stencil |
|---|---|
| 1,0-1,27 mm | 125-150 µm |
| 0,65-0,8 mm | 100-125 µm |
| 0,4-0,5 mm | 75-100 µm с electroform |
Цел за обем на паста: 80-110% от номиналното, измерено със SPI, ако е налично. Под 70% = отворени спойки. Над 130% = bridging на fine pitch.
2. Поставяне
LS60 взема BGA, vision-центрира върху шаблона на топчетата и поставя при ±30 µm @ 3σ. BGA не трябва да е перфектен — самоподравняването по време на reflow изтегля пакета върху падовете, ако поставянето е в рамките на 50% от диаметъра на пада. Целим под 25%.
Скорост на поставяне: 0,5-1,2 s на BGA в зависимост от броя на топчетата и сложността на центрирането.
3. Reflow
SAC305 BGA следват стандартния reflow профил от нашата SMT process статия:
| Зона | Температура | Продължителност |
|---|---|---|
| Preheat | 25 до 150°C | 60-90 s |
| Soak | 150-200°C | 60-120 s |
| Reflow пик | 235-245°C | 30-60 s над 217°C |
| Cooldown | 245 до 50°C | 60-120 s |
Time-above-liquidus (TAL): 45-90 s е сладкото място. Под 45 s = студени спойки в центъра на големи BGA. Над 90 s = прекомерен растеж на intermetallic и увеличено voiding.
4. X-ray инспекция
След reflow, BGA отиват на 2D X-ray за визуална инспекция на:
- Наличие на топчета (без липсващи топчета)
- Voiding на топче
- Bridging между топчета
- Head-in-pillow (топче не е омокрило пад)
- Отворени спойки (недостатъчна спойка)
2D X-ray улавя 90%+ от BGA дефекти. 3D / CT X-ray улавя останалото (head-in-pillow на вътрешни редове на големи пакети). Сорсваме 2D X-ray като стандарт; 3D при поискване чрез партньорски лаборатории.
5. Функционален тест или boundary scan
Ако дизайнът включва JTAG boundary scan, всеки net между BGA топчета и съседни компоненти се тества електрически. Това улавя отворени и къси, които X-ray не може да види (студени спойки, които изглеждат добре геометрично). Самият FCT е сорснат чрез партньори в Energetika-VDS.
Voiding — реалната метрика
Voids са мехурчета от затворен газ на флюс в reflow-нато спойково топче. Известно voiding е неизбежно. Въпросът е колко.
| Стандарт / Клас | Лимит за voids на топче |
|---|---|
| IPC-A-610 Class 2 | ≤25% проектирана площ |
| IPC-A-610 Class 3 (по подразбиране) | ≤25% площ |
| Class 3 с клиентска спецификация | Често ≤9-15% площ |
| Power BGA (термичен пад) | ≤30% площ на сигнални топчета, ≤50% площ на термичните |
| Автомобилни / медицински (персонализирани) | Често ≤9% площ |
Топ 4 причини за voiding
Tented vias под BGA. Vias, запълнени само със solder mask, изпускат флюс газ в спойката по време на reflow. Решение: запълнете и капачете (IPC-4761 Type VII) или преместете vias извън сянката на BGA. Уловено в нашия DFM checklist.
Грешна дебелина на stencil. Твърде дебел = излишна паста = излишен флюс = повече voids. Твърде тънък = недостатъчна спойка = head-in-pillow. Съпоставете stencil с pitch (таблицата по-горе).
Окислени падове или топчета. Падове, съхранявани над 12 месеца без HASL или с лошо ENIG покритие, омокрят зле, оставяйки voids на интерфейса пад. Винаги използвайте свежи платки от известен fab — NCAB и Eurocircuits и двамата провеждат тестове за окисляване на падове.
Reflow профил с недостатъчно TAL. Под 45 s над liquidus, флюс газовете не могат да избягат. Над 90 s, intermetallics растат във voids. Цел 60-75 s за повечето SAC305 BGA.
BGA rework
Rework станция: дюза с горещ въздух или IR, съпоставена с размерите на BGA. Цикъл:
- Pre-bake платка 4-8 h при 110°C за изгонване на влага (MSL Level 3 части)
- Загрейте BGA до 245°C за 30-60 s, повдигнете с вакуумна дюза
- Wick остатъчна спойка, почистете падовете
- Re-ball BGA (или използвайте нова част)
- Re-paste падове (mini-stencil или dispensed)
- Поставете, reflow с локален профил
- X-ray проверка
Време на BGA rework: 30-60 минути. Цена: 40-150 EUR на спойка в зависимост от размер и достъп. Направете го правилно първия път.
BGA срещу QFN — кога да изберете какво
| Фактор | BGA | QFN |
|---|---|---|
| Брой pin | 36 до 2000+ | 8 до 100 |
| Инспекция | X-ray задължителен | AOI + страничен fillet |
| Цена на rework | 40-150 EUR | 5-20 EUR |
| Цена на частта | По-висока | По-ниска |
| Топлинна производителност | Добра (термични топчета) | Отлична (термичен пад) |
| RF производителност | По-добра (по-къси loops) | Добра |
За високи pin counts (>100) и високоскоростен цифров, BGA е задължителен. За 20-80 pin power, RF и аналогови IC, QFN е по-евтин и по-лесен за инспекция.
Подайте дизайна си — DFM прегледът маркира BGA-специфични проблеми (tented vias, escape routes, stencil aperture) преди инструменти. Опитайте оценителя на оферти първо за ценови диапазон.
Често задавани въпроси
Какво е BGA? Ball-grid array — IC пакет със спойкови топчета, подредени в решетка от долната страна. Свързва се със съответстващи PCB падове по време на reflow. Pitch варира от 0,4 mm до 1,27 mm; брой топчета от 36 до 2000+.
BGA срещу QFN — кое е по-добро? Нито едно. BGA за високи pin counts (>100), високоскоростен цифров и RF. QFN за по-ниски pin counts (8-100) с отлична топлинна производителност чрез централен пад. BGA rework е 5-10× по-скъп от QFN, така че изберете QFN, където пасва.
Как се инспектира BGA? X-ray (2D за стандарт, 3D / CT за откриване на head-in-pillow на големи пакети). AOI не може да види под пакета. Boundary scan (JTAG) улавя електрически отворени и къси, които X-ray не може да види геометрично.
Какво е BGA voiding? Мехурчета от затворен газ на флюс в reflow-нато спойково топче. Известно voiding е неизбежно. IPC-A-610 Class 2 позволява до 25% проектирана площ на топче; Class 3 с клиентска спецификация често изисква под 9-15%. Причини: tented vias, окислени падове, грешна дебелина на stencil, недостатъчно време над liquidus.