Co je montáž BGA
BGA (ball-grid array) je pouzdro IC s pájecími kuličkami uspořádanými v mřížce na spodní straně — žádné vývody na okrajích. Kuličky se během přetavení spojí s odpovídajícími ploškami na PCB. Rastr se pohybuje od 1,27 mm (starší PBGA) až po 0,4 mm (moderní µBGA), s počtem kuliček od 36 do 2 000+.
Výzva: každý pájecí spoj je pod pouzdrem. Nevidíte ho. Nemůžete ho sondovat. AOI je bezúčelné. Rentgen a elektrický test jsou jedinými metodami kontroly po přetavení.
V Energetika-VDS sestavujeme BGA od 6 × 6 mm rastr 0,5 mm až po 45 × 45 mm rastr 1,0 mm na hlavě DDM Novastar LS60 s 8zónovou přetavovací pecí GF-120HT. Rentgenová kontrola je zajišťována přes partnery — u každé desky pro zakázky Class 3, vzorkově pro Class 2.
Postup montáže BGA krok za krokem
1. Tisk pasty
Apertura šablony pro plošky BGA: typicky 1:1 k průměru plošky, někdy -5 % pro jemné rastrování (≤0,5 mm) pro omezení mostečků. Tloušťka šablony:
| Rastr BGA | Tloušťka šablony |
|---|---|
| 1,0–1,27 mm | 125–150 µm |
| 0,65–0,8 mm | 100–125 µm |
| 0,4–0,5 mm | 75–100 µm s elektroformováním |
Cílový objem pasty: 80–110 % nominálního, měřeno SPI je-li k dispozici. Pod 70 % = otevřené spoje. Nad 130 % = mostečky u jemného rastru.
2. Osazování
LS60 odebere BGA, opticky vystředí na vzor kuliček a umístí s přesností ±30 µm @ 3σ. BGA nemusí být přesně na místě — samocentrování při přetavení přitáhne pouzdro na plošky, pokud osazení je do 50 % průměru plošky. Cílíme pod 25 %.
Rychlost osazování: 0,5–1,2 s na BGA v závislosti na počtu kuliček a složitosti centrování.
3. Přetavení
BGA SAC305 sleduje standardní profil přetavení z našeho článku o SMT procesu:
| Zóna | Teplota | Trvání |
|---|---|---|
| Předehřev | 25 až 150 °C | 60–90 s |
| Namáčení | 150–200 °C | 60–120 s |
| Vrchol přetavení | 235–245 °C | 30–60 s nad 217 °C |
| Chlazení | 245 až 50 °C | 60–120 s |
Čas nad likvidus (TAL): 45–90 s je optimum. Pod 45 s = studené spoje ve středu velkých BGA. Nad 90 s = nadměrný růst intermetalické fáze a zvýšené dutiny.
4. Rentgenová kontrola
Po přetavení jdou BGA na 2D rentgen pro vizuální kontrolu:
- Přítomnost kuliček (žádné chybějící)
- Dutiny na kuličku
- Mostečky mezi kuličkami
- Head-in-pillow (kulička se nesmočila na plošce)
- Otevřené spoje (nedostatečná pájka)
2D rentgen zachytí 90 %+ závad BGA. 3D / CT rentgen zachytí zbytek (head-in-pillow na vnitřních řadách velkých pouzder). Standardně zajišťujeme 2D rentgen; 3D na vyžádání přes partnerské laboratoře.
5. Funkční test nebo hranicový sken
Pokud návrh obsahuje JTAG hranicový sken, každá síť mezi kuličkami BGA a sousedními součástkami je elektricky testována. To zachytí otevřené spoje a zkraty, které rentgen nevidí (studené spoje, které geometricky vypadají v pořádku). FCT je zajišťováno přes partnery v Energetika-VDS.
Dutiny — skutečná metrika
Dutiny jsou bubliny zachyceného plynného tavidla uvnitř přetavené pájecí kuličky. Určité množství dutin je nevyhnutelné. Otázkou je kolik.
| Standard / Třída | Limit dutin na kuličku |
|---|---|
| IPC-A-610 Class 2 | ≤25 % promítnuté plochy |
| IPC-A-610 Class 3 (výchozí) | ≤25 % plochy |
| Class 3 se zákaznickou specifikací | Často ≤9–15 % plochy |
| Výkonové BGA (tepelná plošek) | ≤30 % plochy na signálních kuličkách, ≤50 % na tepelných |
| Automotive / zdravotnictví (vlastní) | Často ≤9 % plochy |
4 hlavní příčiny dutin
Zakrytá via pod BGA. Vias vyplněné pouze nepájivou maskou unikají plynné tavidlo do spoje při přetavení. Řešení: vyplnění a uzavření (IPC-4761 Type VII) nebo přesunutí via mimo stín BGA. Zachyceno v našem kontrolním seznamu DFM.
Špatná tloušťka šablony. Příliš silná = přebytek pasty = přebytek tavidla = více dutin. Příliš tenká = nedostatečná pájka = head-in-pillow. Přizpůsobte šablonu rastru (tabulka výše).
Oxidované plošky nebo kuličky. Plošky skladované přes 12 měsíců bez HASL nebo se špatným ENIG pokovením se špatně smáčí, zanechávají dutiny na rozhraní plošky. Vždy používejte čerstvé desky od známého výrobce — NCAB i Eurocircuits provádějí testy oxidace plošek.
Profil přetavení s nedostatečným TAL. Pod 45 s nad likvidus nemohou plynné tavidlo uniknout. Nad 90 s rostou intermetalické fáze do dutin. Cílit 60–75 s pro většinu BGA SAC305.
Přepracování BGA
Stanice přepracování: tryska horkého vzduchu nebo IR odpovídající rozměrům BGA. Cyklus:
- Předsušení desky 4–8 h při 110 °C pro odvod vlhkosti (díly MSL Level 3)
- Zahřátí BGA na 245 °C po dobu 30–60 s, zvednutí vakuovou tryskou
- Odstraňte zbývající pájku, vyčistěte plošky
- Znovu nakuličkujte BGA (nebo použijte nový díl)
- Naneste pastu na plošky (mini-šablona nebo dávkování)
- Umístěte, přetavte s lokálním profilem
- Ověřte rentgenem
Čas na přepracování BGA: 30–60 minut. Náklady: 40–150 EUR na spoj v závislosti na velikosti a přístupnosti. Proveďte to správně napoprvé.
BGA vs. QFN — kdy zvolit co
| Faktor | BGA | QFN |
|---|---|---|
| Počet pinů | 36 až 2 000+ | 8 až 100 |
| Kontrola | Vyžaduje rentgen | AOI + boční filet |
| Náklady na přepracování | 40–150 EUR | 5–20 EUR |
| Cena dílu | Vyšší | Nižší |
| Tepelný výkon | Dobrý (tepelné kuličky) | Výborný (tepelná plošek) |
| RF výkon | Lepší (kratší smyčky) | Dobrý |
Pro vysoký počet pinů (>100) a vysokorychlostní digitální signály je BGA povinností. Pro 20–80pinové výkonové, RF a analogové IC je QFN levnější a snazší ke kontrole.
Odešlete návrh — DFM revize označí specifické problémy BGA (zakryté vias, únikové trasy, apertura šablony) před výrobou nástroje. Nejprve vyzkoušejte estimátor nabídky pro cenové rozmezí.
Nejčastější dotazy
Co je BGA? Ball-grid array — pouzdro IC s pájecími kuličkami uspořádanými v mřížce na spodní straně. Spojuje se s odpovídajícími ploškami PCB při přetavení. Rastr se pohybuje od 0,4 mm do 1,27 mm; počet kuliček od 36 do 2 000+.
BGA vs. QFN — co je lepší? Ani jedno. BGA pro vysoký počet pinů (>100), vysokorychlostní digitální signály a RF. QFN pro nižší počet pinů (8–100) s výborným tepelným výkonem přes středovou plochu. Přepracování BGA je 5–10× dražší než QFN, proto volte QFN tam, kde sedí.
Jak kontrolujete BGA? Rentgen (2D pro standard, 3D / CT pro detekci head-in-pillow u velkých pouzder). AOI nevidí pod pouzdrem. Hranicový sken (JTAG) zachytí elektrické otevřené spoje a zkraty, které rentgen geometricky nevidí.
Co jsou dutiny BGA? Bubliny zachyceného plynného tavidla uvnitř přetavené pájecí kuličky. Určité množství dutin je nevyhnutelné. IPC-A-610 Class 2 povoluje až 25 % promítnuté plochy na kuličku; Class 3 se zákaznickou specifikací často vyžaduje pod 9–15 %. Příčiny: zakrytá via, oxidované plošky, špatná tloušťka šablony, nedostatečný čas nad likvidus.