Vodič za BGA montažu: postavljanje, rendgen, voiding

Šta je BGA montaža

Ball-grid array (BGA) je IC pakovanje sa lopticama za lemljenje raspoređenim u mreži na donjoj strani — bez nogica na ivicama. Loptice se povezuju sa odgovarajućim padovima na PCB ploči tokom reflow-a. Pitch se kreće od 1,27 mm (stariji PBGA-ovi) do 0,4 mm (moderni µBGA-ovi), sa brojem loptica od 36 do 2000+.

Izazov: svaki spoj lemljenja je ispod pakovanja. Ne možete da ih vidite. Ne možete da ih probate sondom. AOI je beskoristan. Rendgen i električni test su jedini metodi inspekcije nakon reflow-a.

U Energetika-VDS-u sklapamo BGA-ove od 6 × 6 mm sa 0,5 mm pitch-om do 45 × 45 mm sa 1,0 mm pitch-om na DDM Novastar LS60 glavi sa GF-120HT reflow peći sa 8 zona. Rendgenska inspekcija se nabavlja preko partnera — svaka ploča na Class 3 porudžbinama, na uzorku za Class 2.

BGA montaža korak po korak

1. Štampa paste

Otvor šablona za BGA padove: obično 1:1 prema prečniku pada, ponekad -5% za fine-pitch (≤0,5 mm) radi smanjenja mostovanja. Debljina šablona:

Cilj zapremine paste: 80-110% od nominalnog, mereno preko SPI ako je dostupan. Ispod 70% = otvoreni spojevi. Iznad 130% = mostovanje na finom pitch-u.

2. Postavljanje

LS60 uzima BGA, vizijski centrira na obrazac loptica i postavlja sa ±30 µm @ 3σ. BGA ne mora biti savršen — samo-poravnanje tokom reflow-a vuče pakovanje na padove ako je postavljanje u okviru 50% prečnika pada. Mi ciljamo ispod 25%.

Brzina postavljanja: 0,5-1,2 s po BGA u zavisnosti od broja loptica i složenosti centriranja.

3. Reflow

SAC305 BGA-ovi prate standardni reflow profil iz našeg članka o SMT procesu:

Vreme iznad likvidusa (TAL): 45-90 s je optimalna tačka. Ispod 45 s = hladni spojevi u centru velikih BGA-ova. Iznad 90 s = preteran rast intermetalika i povećano stvaranje šupljina.

4. Rendgenska inspekcija

Posle reflow-a, BGA-ovi idu na 2D rendgen za vizuelnu inspekciju:

• Prisustva loptica (nema nedostajućih loptica)
• Šupljina po loptici
• Mostovanja između loptica
• Head-in-pillow (loptica nije nakvasila pad)
• Otvorenih spojeva (nedovoljno lemljenja)

2D rendgen hvata 90%+ BGA defekata. 3D / CT rendgen hvata ostatak (head-in-pillow na unutrašnjim redovima velikih pakovanja). Nabavljamo 2D rendgen standardno; 3D na zahtev preko partnerskih laboratorija.

5. Funkcionalni test ili boundary scan

Ako dizajn uključuje JTAG boundary scan, svaka mreža između BGA loptica i susednih komponenti se električno testira. Ovo hvata otvorene veze i kratke spojeve koje rendgen ne može da vidi (hladni spojevi koji geometrijski izgledaju u redu). FCT sam u Energetika-VDS-u nabavlja se preko partnera.

Šupljine — prava metrika

Šupljine su mehurići uhvaćenog gasa fluksa unutar reflow-ane loptice lemljenja. Neka količina šupljina je neizbežna. Pitanje je koliko.

4 najveća uzroka šupljina

1. Pokriveni via-ovi ispod BGA. Via-ovi ispunjeni samo solder maskom propuštaju gas fluksa u spoj tokom reflow-a. Rešenje: ispuna i kapiranje (IPC-4761 Tip VII) ili premeštanje via-ova van senke BGA. Hvata se na našoj DFM čeklisti.

2. Pogrešna debljina šablona. Predebeo = previše paste = previše fluksa = više šupljina. Pretanak = nedovoljno lemljenja = head-in-pillow. Uskladite šablon sa pitch-om (tabela iznad).

3. Oksidisani padovi ili loptice. Padovi čuvani duže od 12 meseci bez HASL-a ili sa lošim ENIG slojem loše vlaže, ostavljajući šupljine na padovima. Uvek koristite sveže ploče iz poznate fabrike — NCAB i Eurocircuits oba sprovode testove oksidacije padova.

4. Reflow profil sa nedovoljnim TAL-om. Ispod 45 s iznad likvidusa, gasovi fluksa ne mogu da pobegnu. Iznad 90 s, intermetalici rastu u šupljine. Cilj 60-75 s za većinu SAC305 BGA-ova.

BGA dorada

Stanica za doradu: vrelovazdušni ili IR mlaznik usklađen sa BGA dimenzijama. Ciklus:

1. Pre-pečenje ploče 4-8 h na 110°C da se istera vlaga (delovi MSL nivoa 3)
2. Zagrevanje BGA na 245°C 30-60 s, podizanje vakuum mlaznikom
3. Skidanje preostalog lemljenja, čišćenje padova
4. Re-ballovanje BGA (ili korišćenje novog dela)
5. Ponovno pasiranje padova (mini-šablon ili dispenzovano)
6. Postavljanje, reflow sa lokalnim profilom
7. Verifikacija rendgenom

Vreme po BGA doradi: 30-60 minuta. Trošak: €40-150 po spoju u zavisnosti od veličine i pristupa. Uradite to dobro prvi put.

BGA vs QFN — kada šta izabrati

Za visoki broj pinova (>100) i visokobrzinske digitalne, BGA je obavezan. Za power, RF i analog IC-jeve od 20-80 pinova, QFN je jeftiniji i lakši za inspekciju.

Pošaljite svoj dizajn — DFM pregled označava probleme specifične za BGA (pokriveni via-ovi, putanje izlaska, otvori šablona) pre alata. Probajte prvo kalkulator ponude za cenovni opseg.

Često postavljana pitanja

Šta je BGA? Ball-grid array — IC pakovanje sa lopticama za lemljenje raspoređenim u mreži na donjoj strani. Povezuje se sa odgovarajućim PCB padovima tokom reflow-a. Pitch se kreće od 0,4 mm do 1,27 mm; broj loptica od 36 do 2000+.

BGA vs QFN — šta je bolje? Nijedno. BGA za visok broj pinova (>100), visokobrzinski digitalni i RF. QFN za niži broj pinova (8-100) sa odličnim termalnim performansama kroz centralni pad. BGA dorada je 5-10× skuplja od QFN, pa birajte QFN gde se uklapa.

Kako inspekujete BGA? Rendgen (2D za standardno, 3D / CT za detekciju head-in-pillow na velikim pakovanjima). AOI ne može da vidi ispod pakovanja. Boundary scan (JTAG) hvata električne otvorene i kratke spojeve koje rendgen ne može da vidi geometrijski.

Šta je BGA šupljina? Mehurići uhvaćenog gasa fluksa unutar reflow-ane loptice lemljenja. Neka količina šupljina je neizbežna. IPC-A-610 Class 2 dozvoljava do 25% projektovane površine po loptici; Class 3 sa specifikacijom kupca često zahteva ispod 9-15%. Uzroci: pokriveni via-ovi, oksidisani padovi, pogrešna debljina šablona, nedovoljno vreme iznad likvidusa.