Čo je osadenie BGA
Ball-grid array (BGA) je IC puzdro so spájkovacími guľôčkami usporiadanými do mriežky na spodnej strane — žiadne vývody na hranách. Guľôčky sa spájajú so zodpovedajúcimi plôškami na DPS počas retavania. Rozstup sa pohybuje od 1,27 mm (staršie PBGA) do 0,4 mm (moderné µBGA), s počtom guľôčok od 36 do 2000+.
Výzva: každý spájkovaný spoj je pod puzdrom. Nemôžete ich vidieť. Nemôžete ich sondovať. AOI je nepoužiteľná. Röntgen a elektrický test sú jediné metódy kontroly po retavaní.
V Energetika-VDS osadzujeme BGA od 6 × 6 mm 0,5 mm rozstup po 45 × 45 mm 1,0 mm rozstup na hlave DDM Novastar LS60 s 8-zónovým retavaním GF-120HT. Röntgenová kontrola je získavaná cez partnerov — každá doska na objednávkach Class 3, založené na vzorkách na Class 2.
Osadenie BGA krok za krokom
1. Tlač pasty
Otvor šablóny pre BGA plôšky: typicky 1:1 k priemeru plôšky, niekedy -5 % pre jemný rozstup (≤0,5 mm) na zníženie premostenia. Hrúbka šablóny:
| BGA rozstup | Hrúbka šablóny |
|---|---|
| 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 elektroformou |
Cieľ objemu pasty: 80-110 % nominálu, merané SPI, ak je k dispozícii. Pod 70 % = otvorené spoje. Nad 130 % = premostenie pri jemnom rozstupe.
2. Umiestnenie
LS60 zoberie BGA, vizuálne centruje na vzore guľôčok a umiestňuje pri ±30 µm @ 3σ. BGA nemusí byť dokonalý — samozarovnanie počas retavania pritiahne puzdro na plôšky, ak je umiestnenie do 50 % priemeru plôšky. Mierime pod 25 %.
Rýchlosť umiestnenia: 0,5-1,2 s na BGA v závislosti od počtu guľôčok a zložitosti centrovania.
3. Retavanie
SAC305 BGA sledujú štandardný retavkový profil z nášho článku o SMT procese:
| Zóna | Teplota | Trvanie |
|---|---|---|
| Predohrev | 25 do 150 °C | 60-90 s |
| Sokovanie | 150-200 °C | 60-120 s |
| Vrchol retavania | 235-245 °C | 30-60 s nad 217 °C |
| Schladzovanie | 245 do 50 °C | 60-120 s |
Čas nad likvidom (TAL): 45-90 s je sweet spot. Pod 45 s = studené spoje v strede veľkých BGA. Nad 90 s = nadmerný rast intermetalov a zvýšené pórovanie.
4. Röntgenová kontrola
Po retavaní idú BGA na 2D röntgen na vizuálnu kontrolu:
- Prítomnosť guľôčok (žiadne chýbajúce guľôčky)
- Pórovanie na guľôčku
- Premostenie medzi guľôčkami
- Head-in-pillow (guľôčka sa nezmáčala na plôšku)
- Otvorené spoje (nedostatočný spájkovací materiál)
2D röntgen zachytí 90 %+ defektov BGA. 3D / CT röntgen zachytí zvyšok (head-in-pillow vo vnútorných radoch veľkých puzdier). Získavame 2D röntgen ako štandard; 3D na požiadanie cez partnerské laboratóriá.
5. Funkčný test alebo boundary scan
Ak dizajn zahŕňa JTAG boundary scan, každá sieť medzi BGA guľôčkami a priľahlými komponentmi sa testuje elektricky. Toto zachytí otvory a skraty, ktoré röntgen nevidí (studené spoje, ktoré vyzerajú geometricky v poriadku). FCT samotný je získavaný cez partnerov v Energetika-VDS.
Pórovanie — skutočná metrika
Póry sú bubliny zachytených plynov tavidla vnútri retavovanej spájkovacej guľôčky. Nejaké pórovanie je nevyhnutné. Otázka je koľko.
| Norma / Trieda | Limit pórovania na guľôčku |
|---|---|
| IPC-A-610 Class 2 | ≤25 % premietnutej plochy |
| IPC-A-610 Class 3 (predvolene) | ≤25 % plochy |
| Class 3 so zákazníckou špecifikáciou | Často ≤9-15 % plochy |
| Výkonové BGA (tepelná plôška) | ≤30 % plochy na signálnych guľôčkach, ≤50 % plochy na tepelnej |
| Automobilové / medicínske (vlastné) | Často ≤9 % plochy |
Top 4 príčiny pórovania
Pokryté priechody pod BGA. Priechody vyplnené iba spájkovacou maskou vypúšťajú plyny tavidla do spoja počas retavania. Riešenie: vyplniť a zakryť (IPC-4761 Type VII) alebo presunúť priechody mimo tieňa BGA. Zachytené v našom DFM kontrolnom zozname.
Nesprávna hrúbka šablóny. Príliš hrubá = nadmerná pasta = nadmerné tavidlo = viac pórov. Príliš tenká = nedostatočný spájkovací materiál = head-in-pillow. Prispôsobte šablónu rozstupu (tabuľka vyššie).
Oxidované plôšky alebo guľôčky. Plôšky skladované nad 12 mesiacov bez HASL alebo so slabým pokovovaním ENIG sa zmáčajú slabo, zanechávajúc póry na rozhraní plôšky. Vždy používajte čerstvé dosky z známeho fab — NCAB a Eurocircuits oba prevádzkujú testy oxidácie plôšok.
Retavkový profil s nedostatočným TAL. Pod 45 s nad likvidom plyny tavidla nemôžu uniknúť. Nad 90 s intermetaly rastú do pórov. Cieľ 60-75 s pre väčšinu SAC305 BGA.
BGA prerábanie
Stanica prerábania: horúci vzduch alebo IR dýza prispôsobená rozmerom BGA. Cyklus:
- Pre-pečenie dosky 4-8 h pri 110 °C na vyhnanie vlhkosti (MSL Level 3 diely)
- Zahriatie BGA na 245 °C po dobu 30-60 s, zdvihnutie vákuovou dýzou
- Odsávanie zostávajúceho spájkovacieho materiálu, čistenie plôšok
- Opätovné guľôčkovanie BGA (alebo použitie nového dielu)
- Opätovné nanesenie pasty na plôšky (mini-šablóna alebo dispenzia)
- Umiestnenie, retavanie s lokálnym profilom
- Röntgen overenie
Čas na jedno prerábanie BGA: 30-60 minút. Náklady: €40-150 na spoj v závislosti od veľkosti a prístupu. Urobte to správne na prvý pokus.
BGA vs QFN — kedy si vybrať čo
| Faktor | BGA | QFN |
|---|---|---|
| Počet pinov | 36 až 2000+ | 8 až 100 |
| Kontrola | Vyžadovaný röntgen | AOI + bočná fileta |
| Náklady prerábania | €40-150 | €5-20 |
| Cena dielu | Vyššia | Nižšia |
| Tepelný výkon | Dobrý (tepelné guľôčky) | Vynikajúci (tepelná plôška) |
| RF výkon | Lepší (kratšie slučky) | Dobrý |
Pre vysoké počty pinov (>100) a vysokorýchlostnú digitálnu, BGA je povinný. Pre 20-80 pinové výkonové, RF a analógové IC, QFN je lacnejší a ľahšie kontrolovateľný.
Odošlite svoj dizajn — DFM recenzia označuje BGA-špecifické problémy (pokryté priechody, únikové trasy, otvor šablóny) pred prípravkami. Skúste najprv odhadovač ponuky pre cenové pásmo.
Často kladené otázky
Čo je BGA? Ball-grid array — IC puzdro so spájkovacími guľôčkami usporiadanými do mriežky na spodnej strane. Spája so zodpovedajúcimi plôškami DPS počas retavania. Rozstup od 0,4 mm do 1,27 mm; počty guľôčok od 36 do 2000+.
BGA vs QFN — ktorý je lepší? Ani jeden. BGA pre vysoké počty pinov (>100), vysokorýchlostnú digitálnu a RF. QFN pre nižšie počty pinov (8-100) s vynikajúcim tepelným výkonom cez centrálnu plôšku. Prerábanie BGA je 5-10× drahšie ako QFN, takže vyberte QFN tam, kde sa hodí.
Ako kontrolujete BGA? Röntgen (2D pre štandard, 3D / CT pre detekciu head-in-pillow na veľkých puzdrách). AOI nemôže vidieť pod puzdro. Boundary scan (JTAG) zachytí elektrické otvory a skraty, ktoré röntgen nevidí geometricky.
Čo je pórovanie BGA? Bubliny zachytených plynov tavidla vnútri retavovanej spájkovacej guľôčky. Nejaké pórovanie je nevyhnutné. IPC-A-610 Class 2 povoľuje až 25 % premietnutej plochy na guľôčku; Class 3 so zákazníckou špecifikáciou často vyžaduje pod 9-15 %. Príčiny: pokryté priechody, oxidované plôšky, nesprávna hrúbka šablóny, nedostatočný čas nad likvidom.