Пайка массива шариковых решеток-Размер шага значительно уменьшается, поскольку электронные устройства становятся все меньше и меньше по размеру. Возникает потребность в размещении электронных компонентов на печатной плате (PCB), подобно тому, как зерна укладываются в кукурузные колосья. Поэтому увеличение количества выводов на печатной плате способствовало изобретению пайки Ball Grid Array (BGA). Вы найдете его среди наиболее ценных упаковок продуктов.
Однако вам наверняка интересно, как лучше паять BGA или как распознать и устранить дефекты пайки. Сам BGA уменьшается в размерах, а развалившиеся шарики припоя неузнаваемы невооруженным глазом. В данной статье рассматриваются все эти моменты и многое другое. Давайте начнем.
(Здесь показан крупный план технологии BGA на печатной плате)
1. Пайка массива шариковых решеток — что такое BGA (пайка массива шариковых решеток)
BGA — это устройство поверхностного монтажа (SMD), которое выполняет электрические соединения посредством расположения шариков припоя. У него нет выводов, а упаковка содержит сборку металлических сфер, изготовленных из припоя и называемых шариками припоя. Эти шарики припоя прикреплены с обратной стороны упаковки BGA к ламинированной подложке.
Микросхема BGA крепится к подложке с помощью технологии flip-chip или проводного соединения. Внутри BGA имеет внутренние проводящие дорожки, которые соединяют подложку и чип. Кроме того, она также обеспечивает соединение между связями BGA и подложкой. Вы можете отличить пакет BGA от других пакетов, взглянув на контакты, поскольку BGA имеет металлические шарики припоя вместо гвоздей. Эти шарики припоя обеспечивают высокое количество выводов, превышающее 208 выводов.
По сравнению с другими корпусами, BGA пользуется спросом в отраслях, где используются устройства с большим количеством входов/выходов. В следующем разделе подробно рассматривается, почему следует предпочесть пакет BGA другим пакетам.
(Здесь изображен близкий вид ИС BGA)
2. Распайка в виде массива шариковых решеток — особенности BGA
Преимущество:
Более низкая плотность трассировки улучшает дизайн печатной платы: В таких упаковках, как четырехслойные плоские пакеты, плотность трассировки значительно выше, поскольку контакты расположены рядом. Однако BGA решает или значительно смягчает эту проблему, распределяя контакты по всей поверхности пакета.
Прочный пакет BGA: Вы, конечно, знаете, что плоские пакеты для квадратных микросхем имеют чувствительные контакты, поскольку их можно быстро разрушить, даже если быть очень осторожным. Кроме того, поскольку контакты имеют очень большой шаг, практически невозможно отремонтировать погнутые контакты. Однако в BGA такой проблемы нет. В BGA электрические соединения обеспечивают площадки и шарики припоя, которые нелегко повредить.
Более низкое термическое сопротивление: Опять же, четырехслойная плоская упаковка имеет высокое тепловое сопротивление, но BGA обеспечивает гораздо более низкое тепловое сопротивление кремниевого чипа. Если ваша интегральная схема BGA выделяет тепло, оно быстро и эффективно перейдет из упаковки на поверхность печатной платы.
Четырехслойный плоский пакет (QFP)
Улучшенные высокоскоростные характеристики: В BGA проводники находятся в нижней части корпуса микросхемы. Это означает, что длина проводников внутри микросхемы меньше. Это, в свою очередь, приводит к снижению уровня нежелательной индуктивности выводов. Нежелательная индуктивность выводов отвечает за искажение нежелательных сигналов в схемах, работающих на высокой частоте и скорости. Поэтому при использовании пакетов BGA можно добиться высоких характеристик по сравнению с их аналогами — четырехслойными плоскими пакетами (QFP).
Уменьшенная толщина пакета: При использовании BGA-пакетов вы получаете уменьшенную толщину и можете без труда изготавливать печатные платы для тонких электронных изделий, таких как смартфоны.
Практичное использование пространства печатной платы: Вы можете продуктивно использовать пространство печатной платы с помощью микросхем BGA. Вы можете выполнять электрические соединения под поверхностью этого SMD-чипа. Вам больше не нужно ограничивать связи только периферией SMD-пакетов.
Можно разрабатывать небольшие пакеты ИС: Стандартные SMD-устройства, такие как массивы штырьковых решеток и dual-in-line, имели переполненные штырьки, с крошечной площадью между ними. Это является недостатком, поскольку вы можете случайно спаять вместе два или более контактов. Тем не менее, при использовании BGA вы не столкнетесь с подобной проблемой и сможете легко изготавливать небольшие корпуса ИС.
(Здесь показан отпечаток BGA на печатной плате)
Недостатки:
Как известно, все не идеально, поэтому BGA имеет несколько недостатков. Во-первых, если вы наивны и не являетесь экспертом в работе с BGA, вы столкнетесь с трудностями при проектировании и изготовлении схем. Во-вторых, иногда трудно обнаружить дефекты в корпусе BGA. В-третьих, BGA являются непроводящими. Наконец, они имеют высокую стоимость, что может быть или не быть недостатком в зависимости от вашего бюджета.
3. Пайка массива шариковых решеток — распространенные типы BGA
Пластиковые BGA
Пластиковые BGA (PBGA) являются наиболее востребованными BGA благодаря своей низкой стоимости. Они имеют шаг шариков размером от 1 мм до 1,27 мм. Эти BGA имеют многослойную подложку из стеклосмеси, корпус с пластиковым покрытием и гравированные медные дорожки. С ними вы получите предварительно сформированные шарики припоя и повышенную температурную стабильность.
Если вы задаетесь вопросом об их применении, вы можете использовать их для устройств, требующих производительности среднего и высокого уровня. Таким устройствам необходимы низкая индуктивность, высокий уровень надежности и простота монтажа на поверхность. Пластиковые пакеты также имеют дополнительные медные слои, что может способствовать повышению уровня рассеиваемой мощности.
Керамические BGA
Керамические BGA (CBGA) относятся к самым ранним типам BGA. Он поставляется в керамическом пакете прямоугольной или квадратной формы, в котором для создания внешних электрических соединений используются шарики припоя, а не выводы. CBGA располагаются в сетке, присутствующей на обратной стороне корпуса коробки. Их можно использовать в ноутбуках, телекоммуникационных системах и устройствах для тестирования.
BGA с гибкой лентой
В этом типе BGA гибкая лента, чип и шарики припоя расположены на обратной стороне металлического теплораспределителя. Этот теплораспределитель служит в качестве несущей и жесткой основы пакета BGA с гибкой лентой. Микросхема соединяется с дорожками ленты с помощью проволочного соединения, а затем помещается в оболочку. Если вы хотите сравнить их с QPFA и PBGA, то их надежность, электрические и тепловые характеристики действительно лучше. Их можно использовать в решениях, требующих высоких тепловых характеристик без теплоотводов.
Высокопрофильные металлические BGA с высокой теплопроводностью
Подобно BGA с гибким отводом, вы также можете достичь более высоких электрических и тепловых характеристик с помощью высокопрофильных BGA с металлической вершиной с высокой теплопроводностью. Их конструкция в некоторой степени схожа с BGA с гибкой лентой. Микросхема крепится на обратной стороне пробки или теплораспределителя, достигая верхней части пакета. Таким образом, благодаря медному теплораспределителю, достигающему верха пакета, вы получаете значительно меньшее тепловое сопротивление, а поверхность пакета свободно доступна для воздушного потока.
Если вам также необходимо использовать теплоотвод или другие пассивные или активные устройства терморегулирования, вы можете соединить теплоотвод с ними. Кроме того, если вы разработаете дополнительные плоскости заземления и питания, вы получите улучшенные электрические характеристики. При использовании этого типа BGA-пакетов недостаток, заключающийся в том, что BGA-пакеты трудно проверить, больше не действует. Его верхняя поверхность обладает высокой отражательной способностью, поэтому системы технического зрения обеспечивают лучшую производительность при использовании рассеянного источника освещения, а не поляризованного.
Пакет со шкалой чипа
Пакет BGA получил свое название потому, что его можно спроектировать в соответствии с требованиями к размерам микросхемы. Любой пакет BGA является пакетом масштаба микросхемы (CSP), если он соответствует спецификациям вашей микросхемы и является устройством поверхностного монтажа. Их можно использовать в смартфонах, интеллектуальных устройствах, ноутбуках и других современных компактных электронных устройствах.
4. Пайка массива шариковых решеток — процесс сварки BGA
4.1 Основы сварки BGA
4.1.1 Температура сварки
Для сварки или пайки устройств BGA необходимо выбрать правильную температуру сварки и структуру сплава припоя. В качестве небольшого совета, вы можете убедиться, что припой BGA-чипа не полностью расплавился. Можно оставить его в полужидком состоянии, позволяя каждому шарику припоя оставаться отдельно от других шариков припоя.
(Здесь показано, как специалист укладывает шарики припоя на решетку из шариков)
4.1.2 Сварочный комплект и сварочный аппарат
К счастью, на рынке электроники имеется широкий ассортимент сварочных аппаратов и сварочных комплектов для BGA. В наш технологический век вы также можете заказать их через Интернет. При покупке сварочных аппаратов следует обратить внимание на следующие основные характеристики:
Они должны позволять вручную монтировать, паять, отпаивать и извлекать чип BGA.
4.1.3 Тщательно очистите печатную плату
Итак, теперь, когда у вас есть сварочный аппарат или комплект и вы выбрали идеальную температуру сварки для начала работы, этого еще недостаточно. Перед началом пайки BGA необходимо тщательно очистить печатную плату и BGA. Для BGA необходимо сделать поверхность гладкой. Рассмотрим в следующем разделе, как их можно очистить шаг за шагом.
4.1.4 Пайка массива шариковых решеток — метод очистки BGA
Прежде всего, необходимо установить BGA на проводящую площадку и добавить небольшое количество паяльной пасты на ее поверхность.
Затем с помощью паяльника и проволоки отделите шарик от BGA. Дайте паяльнику разжижить оловянный шарик и нагреть проницаемую проволоку, прежде чем перемещать стиральную линию по поверхности BGA. Кроме того, необходимо следить за тем, чтобы паяльник не оказывал слишком сильного давления на поверхность, так как это может привести к растрескиванию поверхности.
Используйте технический спирт для очистки поверхности BGA и фрикционные движения для удаления припоя с поверхности BGA. Часто начинайте с краев и не пренебрегайте углами. Продолжайте и продолжайте протирать. Используйте чистый растворитель для каждого BGA.
Затем, вы также можете проверить поверхность BGA на наличие не удаленных оловянных шариков и поврежденных площадок с помощью микроскопа.
Очистите поверхность BGA с помощью щетки и деионизированного спрея. Это поможет удалить с поверхности BGA остатки паяльной пасты. Оставьте BGA на воздухе для высыхания. Проверьте поверхность BGA дважды.
Для удаления влаги запекайте BGA и печатную плату в течение 10-20 часов при температуре от 80℃ до 90℃ в печи с постоянной температурой. Вы можете регулировать время и температуру запекания в зависимости от уровня влажности.
Кроме того, во время всех последующих операций надевайте антистатические перчатки или статические кольца, чтобы предотвратить ненужные сбои в работе микросхем из-за статического электричества.
4.2 Пайка массива шариковых решеток — проверка паяных соединений BGA
Важность проверки паяных соединений
Производители печатных плат не используют оптические методы для проверки BGA, поскольку паяные соединения под компонентами BGA визуально не видны. Электрическая оценка не очень точна, так как она показывает только электрическую проводимость BGA только в данный момент. Она не оценивает срок службы солдата. Паяный шов может разрушаться со временем.
Метод рентгеновского контроля
Рентгеновские лучи контролируют паяные соединения BGA. Рентгеновский анализ позволяет увидеть паяные соединения под деталями. Следовательно, отрасли промышленности широко используют технологию автоматической рентгеновской проверки (AXI) для инспекции BGA.
4.3 шариковая сетка паялка — базовый процесс сварки BGA
Одна из основных проблем с BGA заключалась в том, что она могла бы обеспечить успешную операцию сварки или пайки. Кроме того, поскольку чип BGA имеет прокладки вместо штифтов на задней стороне, важно следовать надлежащему методу сварки.
К счастью, методы сварки BGA продемонстрировали, что они более эффективны, чем стандартные Quad Flat Pack. Вам нужно только убедиться, что вы правильно настроили процесс. Отныне это означает, что прототипы сборки ПХБ и производство сборки ПХБ в широком масштабе.
Перед началом процесса сварки BGA вы должны тщательно выбрать размер припоя и мяча и обрушенную высоту. Вы будете нагревать шарики припоя, и когда они таят, поверхностное натяжение позволит им правильно соответствовать BGA с помощью печатной платы. После этого припой будет остыть и настроить, подготовив BGA PCB.
Тем не менее, это нагрев припоя шарики не так просто, как кажется. Для этой цели необходимо будет использовать методы пайки рефтова. Это важно, так как вы должны убедиться, что припой под телом BGA. С этой целью вся сборка должна превышать температуру температуры плавления. В конечном счете, это могут сделать только процессы обработки.
4.4 шариковая сетчатая паянка — паялка BGA BGA
Выбор потока: водорастворимый и без чистки
Итак, теперь, когда вы знаете, почему нам нужно использовать процедуру пайки для режни, мы перейдем к тому, какой тип потока вы должны использовать. По сути, есть две формы изменений: водорастворимый и не чистый. Вы можете использовать NO-CLEAN FLUX, если не можете мыть плату с деионизированной водой на конечных стадиях пайки и сборки ПХБ. Возможно, вы не захотите проходить плату, если она содержит ЖК-дисплеи, кристаллы или более чувствительные к воде детали.
С другой стороны, вы можете использовать водорастворимый поток, когда собираетесь мыть свою печатную плату деионизированной водой. Стоит отметить, что тип потока определяет уровень активности среди активности изменения и паяной пасты, независимо от того, какой поток вы используете.
Выбор припоя
Наконец, после выбора потока также важно выбрать правильный припой. Недостаточное переизлияние, неадекватные изменения и низкая печать трафарета могут привести к сбою открытых припоя.
5 Шариковая сетка паянка — дефекты припоя в BGA
Мы только что упомянули слово «открытый припояный мяч». Это тип припоя дефекта, а также известен как доступный паяный сустав или неволопсовый мяч. Его причиной является неадекватное тепло во время отгонка. BGA прерывистое соединение (BIC) является еще одним типом припоя дефекта. Это влияет на все размеры шага и чрезвычайно опасен, поскольку часто нерегулярно. Это может привести к потере производителей тысяч долларов, спрятанных во время потраченного впустую производства и задержек в выпуске продукта.
Тем не менее, как предполагает его название, BICS обрушивается лишь изредка. Поскольку их трудно найти, BICS создаст цепную реакцию, отправив неуловимую, сложную дизайнерскую дилемму в несколько инженерных групп OEM и, наконец, руководству.
Помимо неволопсовых шаров и биксов, вы также должны принимать шорты, открывать и потрескавшие шарики BGA. Как и в случае с неволопсовыми шариками и BIC, слабый тепловой профиль для рефона вызывает эти дефекты.
Тепловой профиль определяет диапазон температур, в котором вы будете нагревать печатную плату во время пайки отрабатывания, а также время, проведенное платой при любой температуре. Если вы правильно подключите все температурные зоны теплового профиля, результат является полным отбором. Затем вы можете проверить это с помощью рентгеновского осмотра BGA.
6 Пайка массива шариковых решеток — переделка BGA проблема
6.1 Пайка массива шариковых решеток — ручная перепайка BGA
Переделка необходима, если вы неправильно паяли в первый раз. Если вы не используете переделку для удаления компонента, вам нужно нагреть печатную плату вокруг элемента, чтобы припой снова расплавился (перепайка), и сварка улучшилась. Если вам нужно отсоединить компонент и припаять, то переделка и ручная пайка BGA-пакетов — самые сложные части. Давайте рассмотрим их в следующем подразделе.
6.2 Пайка массива шариковых решеток — ручная сварка BGA
1: Отсоедините BGA и тщательно сотрите остатки припоя с площадки печатной платы.
2: Затем убедитесь, что на BGA нет влаги, так как он чувствителен к влаге.
3: Выберите небольшой шаблон BGA для печати паяльной пасты. Вы должны использовать расстояние между шариками и их диаметр для определения размера отверстия и толщины шаблона. В конце необходимо также проверить качество печати.
4: Используйте паяльник для очистки и выравнивания остатков припоя. Далее вы можете использовать плоский паяльный наконечник и демонтажный пояс. Будьте осторожны, чтобы не повредить паяльную маску и площадку.
5: Повторите шаги 2 и 3.
6: Теперь пришло время смонтировать BGA. Это поможет, если вы положите пластину для сборки поверхностной печатной платы (после печати) на верстак. После этого необходимо включить вакуумный насос, выбрав подходящую всасывающую насадку. Насадка будет заглатывать чип BGA и опускать его вниз, когда площадка печатной платы и BGA будут перекрываться. Наконец, интегрируйте чип BGA с печатной платой и выключите вакуумный насос.
7: Выберите подходящую температуру пайки оплавлением в зависимости от толщины печатной платы, размера устройства и т.д. Как правило, температура BGA на 15 градусов выше, чем у традиционных SMD.
8: Теперь все готово. Последним шагом является проверка сварки BGA.
Резюме:
В этой статье мы представили технологию BGA, ее различные типы, преимущества и недостатки. Далее мы объяснили, какие сварочные наборы и аппараты вы можете приобрести для их пайки. И, если вы плохо паяли, как можно переделать BGA.
Мы также сравнили BGA с традиционными устройствами поверхностного монтажа. Наконец, мы также представили дефекты пайки, чтобы вы могли их избежать. Если вам все еще нужна дополнительная информация, связанная с технологией BGA, вы можете связаться с нами и обсудить ее вместе.
