BGA-monteringsguide: plassering, røntgen, voiding

Hva er BGA-montering

En ball-grid array (BGA) er en IC-pakke med loddeballer arrangert i et rutenett på undersiden — ingen ben på kantene. Ballene kobler til matchende pads på PCB-en under reflow. Pitch varierer fra 1,27 mm (eldre PBGA-er) ned til 0,4 mm (moderne µBGA-er), med ballantall fra 36 til 2000+.

Utfordringen: hver loddeskjøt er under pakken. Du kan ikke se dem. Du kan ikke probe dem. AOI er ubrukelig. Røntgen og elektrisk test er de eneste etter-reflow-inspeksjonsmetodene.

Hos Energetika-VDS monterer vi BGA-er fra 6 × 6 mm 0,5 mm pitch opp til 45 × 45 mm 1,0 mm pitch på DDM Novastar LS60-hodet med GF-120HT 8-sone reflow. Røntgeninspeksjon kjøpes gjennom partnere — hvert kort på Class 3-ordrer, stikkprøvebasert på Class 2.

BGA-montering trinn-for-trinn

1. Paste-print

Stensilåpning for BGA-pads: typisk 1:1 til pad-diameter, noen ganger -5 % for finpitch (≤0,5 mm) for å redusere broer. Stensiltykkelse:

Pasta-volumsmål: 80-110 % av nominell, målt med SPI hvis tilgjengelig. Under 70 % = åpne skjøter. Over 130 % = broer på finpitch.

2. Plassering

LS60 plukker BGA-en, vision-sentrerer på ballmønsteret, og plasserer med ±30 µm @ 3σ. BGA-en trenger ikke å være perfekt — selvjustering under reflow trekker pakken på padsen hvis plasseringen er innenfor 50 % av pad-diameter. Vi sikter på under 25 %.

Plasseringshastighet: 0,5-1,2 s per BGA avhengig av ballantall og sentreringskompleksitet.

3. Reflow

SAC305 BGA-er følger standard reflow-profilen fra vår SMT-prosessartikkel:

Tid-over-liquidus (TAL): 45-90 s er det perfekte punktet. Under 45 s = kalde skjøter i sentrum av store BGA-er. Over 90 s = overdreven intermetallisk vekst og økt tomromsdannelse.

4. Røntgeninspeksjon

Etter reflow går BGA-er til 2D-røntgen for visuell inspeksjon av:

• Balltilstedeværelse (ingen manglende baller)
• Tomromsdannelse per ball
• Broer mellom baller
• Head-in-pillow (ball fuktet ikke til pad)
• Åpne skjøter (utilstrekkelig lodd)

2D-røntgen fanger 90 %+ av BGA-defekter. 3D / CT-røntgen fanger resten (head-in-pillow på indre rader av store pakker). Vi kjøper 2D-røntgen som standard; 3D på forespørsel via partnerlaboratorier.

5. Funksjonell test eller boundary scan

Hvis designet inkluderer JTAG boundary scan, testes hvert nett mellom BGA-baller og tilstøtende komponenter elektrisk. Dette fanger åpninger og kortslutninger som røntgen ikke kan se (kalde skjøter som ser fine ut geometrisk). FCT i seg selv kjøpes gjennom partnere hos Energetika-VDS.

Tomromsdannelse — det reelle målet

Tomrom er bobler av fanget flussmiddel-gass inne i en reflowed loddeballer. Noe tomromsdannelse er uunngåelig. Spørsmålet er hvor mye.

Topp 4 årsaker til tomromsdannelse

1. Telt-vias under BGA. Vias fylt kun med loddemaske lekker flussgass inn i skjøten under reflow. Løsning: fyll og dekk (IPC-4761 Type VII) eller flytt vias utenfor BGA-skyggen. Fanget i vår DFM-sjekkliste.

2. Feil stensiltykkelse. For tykk = for mye paste = for mye flussmiddel = flere tomrom. For tynn = utilstrekkelig lodd = head-in-pillow. Match stensil til pitch (tabellen over).

3. Oksiderte pads eller baller. Pads lagret over 12 måneder uten HASL eller med dårlig ENIG-plettering fukter dårlig, og etterlater tomrom ved pad-grensesnittet. Bruk alltid ferske kort fra en kjent fabrikk — NCAB og Eurocircuits kjører begge pad-oksidasjonstester.

4. Reflow-profil med utilstrekkelig TAL. Under 45 s over liquidus kan ikke flussgasser unnslippe. Over 90 s vokser intermetalliske inn i tomrom. Sikt på 60-75 s for de fleste SAC305 BGA-er.

BGA-rework

Reworkstasjon: varmluft- eller IR-dyse matchet til BGA-dimensjoner. Syklus:

1. Forhåndsbak kortet 4-8 t ved 110°C for å drive ut fukt (MSL Level 3-deler)
2. Varm BGA til 245°C i 30-60 s, løft med vakuumdyse
3. Wick gjenværende lodd, rens pads
4. Re-ball BGA-en (eller bruk en ny del)
5. Re-paste pads (mini-stensil eller dispensert)
6. Plasser, reflow med lokal profil
7. Røntgen-verifiser

Tid per BGA-rework: 30-60 minutter. Kostnad: €40-150 per skjøt avhengig av størrelse og tilgang. Få det riktig første gang.

BGA vs QFN — når man velger hva

For høye pin-antall (>100) og høyhastighets digital, er BGA obligatorisk. For 20-80 pin effekt-, RF- og analoge IC-er, er QFN billigere og lettere å inspisere.

Send inn designet ditt — DFM-gjennomgang flagger BGA-spesifikke problemer (telt-vias, escape-ruter, stensilåpning) før verktøy. Prøv tilbudsestimatoren først for et prisintervall.

Ofte stilte spørsmål

Hva er BGA? Ball-grid array — en IC-pakke med loddeballer arrangert i et rutenett på undersiden. Kobler til matchende PCB-pads under reflow. Pitch varierer fra 0,4 mm til 1,27 mm; ballantall fra 36 til 2000+.

BGA vs QFN — hvilken er bedre? Ingen av dem. BGA for høye pin-antall (>100), høyhastighets digital og RF. QFN for lavere pin-antall (8-100) med utmerket termisk ytelse gjennom en sentral pad. BGA-rework er 5-10× dyrere enn QFN, så velg QFN der det passer.

Hvordan inspiserer du en BGA? Røntgen (2D for standard, 3D / CT for head-in-pillow-deteksjon på store pakker). AOI kan ikke se under pakken. Boundary scan (JTAG) fanger elektriske åpninger og kortslutninger som røntgen ikke kan se geometrisk.

Hva er BGA-tomromsdannelse? Bobler av fanget flussgass inne i en reflowed loddeballer. Noe tomromsdannelse er uunngåelig. IPC-A-610 Class 2 tillater opp til 25 % projisert område per ball; Class 3 med kundespesifikasjon krever ofte under 9-15 %. Årsaker: telt-vias, oksiderte pads, feil stensiltykkelse, utilstrekkelig tid over liquidus.