Што е BGA склопување
Ball-grid array (BGA) е IC пакување со solder балчиња распоредени во мрежа на долната страна — без изводи на рабовите. Балчињата се поврзуваат со совпаднати pads на PCB за време на reflow. Pitch се движи од 1.27 mm (постари PBGA) надолу до 0.4 mm (модерни µBGA), со број на балчиња од 36 до 2000+.
Предизвикот: секој solder спој е под пакувањето. Не можете да ги видите. Не можете да ги пробате. AOI е бескорисен. X-ray и електричен тест се единствените методи за инспекција после reflow.
Кај Energetika-VDS склопуваме BGA од 6 × 6 mm 0.5 mm pitch до 45 × 45 mm 1.0 mm pitch на DDM Novastar LS60 главата со GF-120HT 8-зонски reflow. X-ray инспекција е извор низ партнери — секоја плоча на Class 3 нарачки, сампл-базирана на Class 2.
BGA склопување чекор-по-чекор
1. Печатење на paste
Stencil aperture за BGA pads: типично 1:1 со дијаметарот на pad, понекогаш -5% за fine-pitch (≤0.5 mm) за да се намали bridging. Stencil дебелина:
| BGA pitch | Stencil дебелина |
|---|---|
| 1.0-1.27 mm | 125-150 µm |
| 0.65-0.8 mm | 100-125 µm |
| 0.4-0.5 mm | 75-100 µm со electroform |
Целен волумен на paste: 80-110% од номинален, измерен од SPI ако е достапен. Под 70% = отворени споеви. Над 130% = bridging на fine pitch.
2. Поставеност
LS60 го бира BGA, vision-центрира на шаблонот на балчињата и поставува на ±30 µm @ 3σ. BGA не треба да биде совршен — self-alignment за време на reflow го извлекува пакувањето на pads ако поставеноста е во рамки на 50% од дијаметарот на pad. Целиме под 25%.
Брзина на поставеност: 0.5-1.2 s по BGA во зависност од број на балчиња и сложеност на центрирање.
3. Reflow
SAC305 BGAs го следат стандардниот reflow профил од нашата статија за SMT процес:
| Зона | Температура | Времетраење |
|---|---|---|
| Preheat | 25 до 150°C | 60-90 s |
| Soak | 150-200°C | 60-120 s |
| Reflow peak | 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 sweet spot. Под 45 s = ладни споеви во центарот на големи BGA. Над 90 s = прекумерен раст на интерметали и зголемен voiding.
4. X-ray инспекција
После reflow, BGA одат на 2D X-ray за визуелна инспекција на:
- Присуство на балчиња (без балчиња што недостасуваат)
- Voiding по балче
- Bridging меѓу балчиња
- Head-in-pillow (балчето не се навлажни на pad)
- Отворени споеви (недоволно solder)
2D X-ray фаќа 90%+ од BGA дефекти. 3D / CT X-ray го фаќа остатокот (head-in-pillow на внатрешни редови на големи пакувања). Извор 2D X-ray како стандард; 3D на барање преку партнерски лаборатории.
5. Функционален тест или boundary scan
Ако дизајнот вклучува JTAG boundary scan, секој net меѓу BGA балчиња и соседни компоненти се тестира електрично. Ова фаќа отворени и кратки споеви што X-ray не може да ги види (ладни споеви што изгледаат добро геометриски). FCT самиот е извор низ партнери кај Energetika-VDS.
Voiding — реалната метрика
Voids се меури од заробен flux гас внатре во reflowed solder балче. Некој voiding е неизбежен. Прашањето е колку.
| Стандард / Класа | Граница на void по балче |
|---|---|
| IPC-A-610 Class 2 | ≤25% проектирана површина |
| IPC-A-610 Class 3 (стандардно) | ≤25% површина |
| Class 3 со клиентска спец | Често ≤9-15% површина |
| Power BGAs (топлински pad) | ≤30% површина на сигнал балчиња, ≤50% површина на топлински |
| Автомобилски / медицински (прилагодено) | Често ≤9% површина |
Топ 4 причини за voiding
Tented vias под BGA. Vias полнети само со solder mask пропуштаат flux гас во спој за време на reflow. Решение: полнете и капирајте (IPC-4761 Type VII) или преместете ги vias надвор од сенката на BGA. Фатено во нашата DFM checklist.
Погрешна stencil дебелина. Премногу дебело = вишок paste = вишок flux = повеќе voids. Премногу тенко = недоволно solder = head-in-pillow. Совпаднете го stencil со pitch (табела погоре).
Оксидирани pads или балчиња. Pads складирани над 12 месеци без HASL или со лоша ENIG plating се навлажнуваат лошо, оставајќи voids на pad интерфејсот. Секогаш користете свежи плочи од позната fab — NCAB и Eurocircuits и двете извршуваат тестови за оксидација на pad.
Reflow профил со недоволен TAL. Под 45 s над liquidus, flux гасовите не можат да избегаат. Над 90 s, интерметалите растат во voids. Цел 60-75 s за повеќето SAC305 BGAs.
BGA rework
Rework станица: hot-air или IR нозла совпаднета со BGA димензии. Циклус:
- Pre-bake плоча 4-8 h на 110°C за да се извлече влагата (MSL Level 3 делови)
- Загрејте BGA на 245°C за 30-60 s, подигнете со vacuum нозла
- Wick остатокот solder, исчистете pads
- Re-ball BGA (или користете нов дел)
- Re-paste pads (mini-stencil или dispense)
- Поставете, reflow со локален профил
- X-ray верификација
Време по BGA rework: 30-60 минути. Трошок: €40-150 по спој во зависност од големина и пристап. Направете го точно првиот пат.
BGA наспроти QFN — кога да изберете што
| Фактор | BGA | QFN |
|---|---|---|
| Број на pin | 36 до 2000+ | 8 до 100 |
| Инспекција | X-ray задолжителен | AOI + страничен fillet |
| Трошок за rework | €40-150 | €5-20 |
| Цена на дел | Повисока | Пониска |
| Топлински перформанси | Добри (топлински балчиња) | Одлични (топлински pad) |
| RF перформанси | Подобри (пократки јамки) | Добри |
За високи бројки на pin (>100) и брз дигитален, BGA е задолжителен. За 20-80 pin power, RF и аналогни IC, QFN е поефтин и полесен за инспекција.
Поднесете го вашиот дизајн — DFM преглед обележува BGA-специфични проблеми (tented vias, escape routes, stencil aperture) пред tooling. Обидете се прво со quote estimator за ценовен опсег.
Често поставувани прашања
Што е BGA? Ball-grid array — IC пакување со solder балчиња распоредени во мрежа на долната страна. Се поврзува со совпаднати PCB pads за време на reflow. Pitch се движи од 0.4 mm до 1.27 mm; број на балчиња од 36 до 2000+.
BGA наспроти QFN — кое е подобро? Ниту едно. BGA за високи бројки на pin (>100), брз дигитален и RF. QFN за пониски бројки на pin (8-100) со одлични топлински перформанси преку централен pad. BGA rework е 5-10× поскап од QFN, така изберете QFN каде се вклопува.
Како инспектирате BGA? X-ray (2D за стандардно, 3D / CT за head-in-pillow детекција на големи пакувања). AOI не може да види под пакувањето. Boundary scan (JTAG) фаќа електрични отворени и кратки споеви што X-ray не може да ги види геометриски.
Што е BGA voiding? Меури од заробен flux гас внатре во reflowed solder балче. Некој voiding е неизбежен. IPC-A-610 Class 2 дозволува до 25% проектирана површина по балче; Class 3 со клиентска спец често бара под 9-15%. Причини: tented vias, оксидирани pads, погрешна stencil дебелина, недоволно време над liquidus.