Wat is BGA-assemblage
Een ball-grid array (BGA) is een IC-package met soldeerballen in een raster aan de onderkant, geen leads aan de randen. De ballen verbinden met overeenkomstige pads op de PCB tijdens reflow. Pitch varieert van 1,27 mm (oudere PBGA's) tot 0,4 mm (moderne µBGA's), met balcount van 36 tot 2000+.
De uitdaging: elke soldeerjoint zit onder het package. U kunt ze niet zien. U kunt ze niet meten. AOI is nutteloos. X-ray en elektrische test zijn de enige inspectiemethoden na reflow.
Bij Energetika-VDS assembleren we BGA's van 6 x 6 mm 0,5 mm pitch tot 45 x 45 mm 1,0 mm pitch op de DDM Novastar LS60-kop met GF-120HT 8-zone reflow. X-ray-inspectie wordt extern via partners gedaan, elke board bij Class 3-orders, steekproefsgewijs bij Class 2.
BGA-assemblage stap-voor-stap
1. Pasta printen
Stencilopening voor BGA-pads: doorgaans 1:1 op paddiameter, soms -5% voor fine-pitch (≤0,5 mm) om bruggen te verminderen. Stencildikte:
| BGA-pitch | Stencildikte |
|---|---|
| 1,0-1,27 mm | 125-150 µm |
| 0,65-0,8 mm | 100-125 µm |
| 0,4-0,5 mm | 75-100 µm met electroform |
Doel pastavolume: 80-110% van nominaal, gemeten via SPI indien beschikbaar. Onder 70% = open joints. Boven 130% = bruggen op fine-pitch.
2. Plaatsing
De LS60 pikt de BGA op, vision-centreert op het balpatroon en plaatst op ±30 µm @ 3σ. De BGA hoeft niet perfect te zijn, zelfuitlijning tijdens reflow trekt het package op de pads als plaatsing binnen 50% van paddiameter ligt. We mikken op onder 25%.
Plaatsingsnelheid: 0,5-1,2 s per BGA afhankelijk van balcount en centreercomplexiteit.
3. Reflow
SAC305-BGA's volgen het standaard reflowprofiel uit ons SMT-procesartikel:
| Zone | Temperatuur | Duur |
|---|---|---|
| Preheat | 25 tot 150 graden C | 60-90 s |
| Soak | 150-200 graden C | 60-120 s |
| Reflow peak | 235-245 graden C | 30-60 s boven 217 graden C |
| Cooldown | 245 tot 50 graden C | 60-120 s |
Time-above-liquidus (TAL): 45-90 s is de sweet spot. Onder 45 s = koude joints in het centrum van grote BGA's. Boven 90 s = overmatige intermetallische groei en verhoogde voiding.
4. X-ray-inspectie
Na reflow gaan BGA's naar 2D X-ray voor visuele inspectie op:
- Aanwezigheid van ballen (geen ontbrekende)
- Voiding per bal
- Bruggen tussen ballen
- Head-in-pillow (bal wet niet op pad)
- Open joints (onvoldoende soldeer)
2D X-ray vangt 90%+ van BGA-defecten. 3D / CT X-ray vangt de rest (head-in-pillow op binnenrijen van grote packages). We doen 2D X-ray standaard; 3D op verzoek via partnerlabs.
5. Functionele test of boundary scan
Bevat het ontwerp JTAG boundary scan, dan wordt elk net tussen BGA-ballen en aangrenzende componenten elektrisch getest. Dit vangt opens en shorts die X-ray geometrisch niet ziet (koude joints die er prima uitzien). FCT zelf wordt bij Energetika-VDS extern via partners gedaan.
Voiding - de werkelijke metriek
Voids zijn bellen ingesloten fluxgas in een gereflowede soldeerbal. Enige voiding is onvermijdelijk. De vraag is hoeveel.
| Standaard / Klasse | Voidlimiet per bal |
|---|---|
| IPC-A-610 Class 2 | ≤25% geprojecteerde oppervlakte |
| IPC-A-610 Class 3 (standaard) | ≤25% oppervlakte |
| Class 3 met klantspec | Vaak ≤9-15% oppervlakte |
| Power-BGA's (thermische pad) | ≤30% oppervlakte op signaalballen, ≤50% oppervlakte op thermisch |
| Automotive / medisch (custom) | Vaak ≤9% oppervlakte |
Top 4 voidingoorzaken
Tented vias onder BGA. Vias enkel gevuld met soldermask lekken fluxgas in de joint tijdens reflow. Oplossing: vullen en cappen (IPC-4761 Type VII) of vias verplaatsen buiten de BGA-schaduw. Opgevangen in onze DFM-checklist.
Verkeerde stencildikte. Te dik = overtollige pasta = overtollige flux = meer voids. Te dun = onvoldoende soldeer = head-in-pillow. Stem stencil af op pitch (tabel hierboven).
Geoxideerde pads of ballen. Pads die langer dan 12 maanden zonder HASL of met slechte ENIG-plating zijn opgeslagen wetten slecht en laten voids achter aan het padgrensvlak. Gebruik altijd verse boards van een bekende fab - NCAB en Eurocircuits doen beide pad-oxidatietesten.
Reflowprofiel met onvoldoende TAL. Onder 45 s boven liquidus kunnen fluxgassen niet ontsnappen. Boven 90 s groeien intermetallics in voids. Mik op 60-75 s voor de meeste SAC305-BGA's.
BGA-rework
Reworkstation: hetelucht- of IR-nozzle afgestemd op BGA-afmetingen. Cyclus:
- Pre-bake board 4-8 u bij 110 graden C om vocht uit te drijven (MSL Level 3-onderdelen)
- Verhit BGA tot 245 graden C gedurende 30-60 s, til met vacuumnozzle
- Veeg resterend soldeer, reinig pads
- Re-ball de BGA (of gebruik een nieuw onderdeel)
- Re-paste pads (mini-stencil of gedispenseerd)
- Plaats, reflow met lokaal profiel
- X-ray verifieer
Tijd per BGA-rework: 30-60 minuten. Kost: EUR 40-150 per joint afhankelijk van grootte en toegang. Doe het de eerste keer goed.
BGA vs. QFN - wanneer wat kiezen
| Factor | BGA | QFN |
|---|---|---|
| Pin count | 36 tot 2000+ | 8 tot 100 |
| Inspectie | X-ray vereist | AOI + side fillet |
| Reworkkost | EUR 40-150 | EUR 5-20 |
| Onderdeelkost | Hoger | Lager |
| Thermische prestaties | Goed (thermische ballen) | Uitstekend (thermische pad) |
| RF-prestaties | Beter (kortere loops) | Goed |
Voor hoge pinaantallen (>100) en high-speed digitaal is BGA verplicht. Voor 20-80-pin power, RF en analoge IC's is QFN goedkoper en eenvoudiger te inspecteren.
Dien uw ontwerp in, DFM-review flagt BGA-specifieke problemen (tented vias, escape routes, stencilopening) voor tooling. Probeer eerst de quote estimator voor een prijsband.
Veelgestelde vragen
Wat is BGA? Ball-grid array - een IC-package met soldeerballen in een raster aan de onderkant. Verbindt met overeenkomstige PCB-pads tijdens reflow. Pitch varieert van 0,4 mm tot 1,27 mm; balcount van 36 tot 2000+.
BGA vs. QFN, wat is beter? Geen van beide. BGA voor hoge pinaantallen (>100), high-speed digitaal en RF. QFN voor lagere pinaantallen (8-100) met uitstekende thermische prestaties via een centerpad. BGA-rework is 5-10x duurder dan QFN, kies QFN waar het past.
Hoe inspecteert u een BGA? X-ray (2D voor standaard, 3D / CT voor head-in-pillow-detectie op grote packages). AOI kan niet onder het package zien. Boundary scan (JTAG) vangt elektrische opens en shorts op die X-ray geometrisch niet ziet.
Wat is BGA-voiding? Bellen ingesloten fluxgas in een gereflowede soldeerbal. Enige voiding is onvermijdelijk. IPC-A-610 Class 2 staat tot 25% geprojecteerde oppervlakte per bal toe; Class 3 met klantspec eist vaak onder 9-15%. Oorzaken: tented vias, geoxideerde pads, verkeerde stencildikte, onvoldoende tijd boven liquidus.