A forrasztógömbrács tömbök művészetének elsajátítása
A hatékony és megbízható félvezető csomagolás helyzetét nem lehet túlbecsülni az elektronikus eszközök gyorsan fejlődő világában.A gömbrácsos tömb (BGA) technológia ideális megoldásként jelentkezik a modern elektronika növekvő igényeinek kielégítésére a magasabb teljesítmény és a miniatürizálás érdekében.Ez a cikk belemerül a BGA technológia bonyolult részleteibe, feltárva annak végső alkotóelemeit, folyamatait és a félvezető csomagolás során felmerülő technikai kihívásokat.A BGA alapvető felépítésétől és előnyeitől kezdve a hagyományos PIN-alapú rendszerekkel szemben, mint például a Quad Flat Pack, a forrasztás, az ellenőrzés és az átdolgozás kifinomult folyamatainál a diskurzus átfogó elemzést kínál.Katalógus
1. ábra: golyó rács tömb
A labdarács tömbjeinek alapjai
A gömbrácsos tömb (BGA) egy modern megoldás félvezető csomagolásban, amelynek célja a régebbi, PIN-alapú módszerek, például a Quad Flat Pack kihívásainak leküzdése.A törékeny csapok használata helyett a BGA egy sor kis forrasztógolyóra támaszkodik.Ezek a golyók pontosan a csomag alján vannak elhelyezve, és célja, hogy összekapcsolódjanak a nyomtatott áramköri lapon (PCB) megfelelő rézpárnákhoz.Fűtéskor a forrasztógolyók megolvadnak és rögzítik a BGA -t a táblához, erős és megbízható kapcsolatot teremtve.
A BGA formátum számos gyakorlati előnyt kínál.Először egyszerűsíti a PCB elrendezését azáltal, hogy csökkenti a sűrűn csomagolt összekapcsolások szükségességét, amelyet a korábbi csomagolási rendszerek szükségesek.Ez a hatékonyabb elrendezés tartósabbá teszi a BGA -t, és csökkenti a kezelés során a károsodás kockázatát, ellentétben a régebbi csomagokban található finom csapokkal, amelyek könnyen meghajolhatnak vagy megszakadhatnak.
Ezenkívül a BGA kiváló hőkezelési és elektromos hatékonysági teljesítményt kínál.A BGA és a PCB közötti rövid, közvetlen kapcsolat elősegíti a hő hatékonyabb eloszlását, ami elősegíti az áramkörök stabilitásának fenntartását a termikus feszültség alatt.Ugyancsak a BGA -n belüli rövidebb elektromos útvonalak csökkentik a jelveszteséget, ami különösen jelentős a magas frekvencián működő eszközöknél.A tartósság, a hőeloszlás és az elektromos hatékonyság kombinációja miatt a BGA csomagolása egyre népszerűbb választás a modern elektronikus eszközök számára, mivel összetettségük és teljesítményigényük növekszik.
2. ábra: BGA forrasztási folyamat
A BGA forrasztási folyamat navigálása
A gömbrácsos tömb (BGA) forrasztásának folyamatát kezdetben megkérdőjelezték annak megbízhatóságával kapcsolatos aggodalmak és az alkatrész alatt rejtett kapcsolatok ellenőrzésének nehézségei miatt.Ennek ellenére az idő múlásával a BGA forrasztása megbízhatóbbnak bizonyult, mint a régebbi rendszerek, mint például a Quad Flat Packs, a forrasztási folyamat pontos ellenőrzésének köszönhetően.Ez a jobb megbízhatóság nagymértékben elterjedt felhasználást eredményezett mind a nagyszabású gyártásban, mind a kisebb prototípus PCB-szerelvényekben.
A Reflow forrasztási módszer domináns a BGA nyomtatott áramköri laphoz (PCB) rögzítésében.Ebben a folyamatban az egész szerelvényt egy meghatározott hőmérsékletre melegítik, ahol a BGA alatti forrasztó fél-folyadék állapotba kerül.Ezt a stádiumot gondosan ellenőrzik annak biztosítása érdekében, hogy a forrasztó fenntartsa szerkezetét, és nem okozza a forrasztógolyók összeomlását vagy egyesülését.A pontos hőmérsékleti szabályozás súlyos, mivel az ingadozások befolyásolhatják a kapcsolatok minőségét.
A visszaverődés folyamatának kiterjedt jellemzője az olvadt forrasztás viselkedése.Természetes felületi feszültsége segíti a BGA-t tökéletesen igazodni a PCB párnákkal, még akkor is, ha az alkatrész kissé el nem volt helyezve, amikor elhelyezték.Ez az önjavító képesség biztosítja, hogy az egyes kapcsolatokat kézi beállítások nélkül megfelelően hozzák létre.Ezek a fejlett technikák nemcsak a BGA forrasztását rendkívül megbízhatóvá, hanem hatékonyabbá teszik, és elősegítik a BGA előnyben részesített lehetőségét a modern áramköri táblák előállításában.
3. ábra: BGA forrasztó közös ellenőrzés
Hogyan lehet hatékonyan ellenőrizni a BGA forrasztási ízületeket?
A BGA forrasztási ízületek ellenőrzése az összeszerelési folyamat kitartó része, amelyet bonyolítunk az a tény, hogy az ízületek a BGA komponens alatt vannak rejtve.Mivel a hagyományos vizuális ellenőrzés nem fér hozzá ezekhez a rejtett csatlakozásokhoz, a röntgen- és az automatizált röntgen-ellenőrzési (AXI) technikákat használják a forrasztó ízületek tiszta, nem invazív kilátásához.
A röntgen-ellenőrzés hasznos az egyes forrasztási ízületek alapos ellenőrzéséhez.A képalkotás lehetővé teszi a technikusok számára, hogy biztosítsák, hogy minden forrasztógolyó helyesen megolvadjon, és erős kötéseket alakított ki a PCB -vel.Ezt a lépést olyan problémák azonosítására használják, mint például a hideg ízületek, ahol a forrasztás nem olvadt teljesen, vagy olyan üregek, amelyek olyan légzsákok, amelyek idővel gyengíthetik az ízületet.
A röntgen-technológián keresztül az ellenőrök megerősíthetik, hogy a megfelelő hőmennyiséget a visszaverődés során alkalmazták, és hogy a forrasztási ízületek megfelelnek a pontos előírásoknak.Ez az ellenőrzés szintje biztosítja, hogy a végtermék megbízható legyen, és képes legyen ellenállni a működési feszültségeknek, elősegítve a magas gyártási minőség fenntartását.
Hatékony stratégiák a BGA átdolgozásához az elektronikában
A BGA komponens átdolgozása egy rendkívül pontos feladat, amely gondos ellenőrzést igényel a fűtési folyamat felett.Ezt a munkát általában egy speciális átdolgozó állomáson végzik, amely kifejezetten a munkához tervezett eszközökkel van felszerelve.A lokalizált infravörös fűtést használják a BGA megcélzására a közeli alkatrészek túlmelegedése nélkül.Amint az alkatrész alatti forrasztó megolvad, a vákuumszerszám óvatosan felemeli a BGA -t a tábláról.Ennek a folyamatnak a teljes egészében a hőt pontosan ellenőrizni kell a szomszédos alkatrészek károsodásának elkerülése érdekében, kiemelve a fejlett átdolgozó berendezések szükségességét.
A sikeres BGA -átdolgozás a pontos hőmérsékleti beállítások fenntartásától és az alkatrész körüli környezet ellenőrzésétől függ.Ez megakadályozza, hogy a környező áramkör befolyásolja a hibás BGA eltávolítása és cseréje során.A feladat megköveteli annak mély megértését, hogy a BGA -k hogyan működnek és képzett kezelést biztosítanak a folyamat helyének megfelelő végrehajtása érdekében.Ezen bonyolultságok miatt a BGA átdolgozása egy finom művelet, amely megköveteli mind a megfelelő felszerelést, mind a tapasztalt technikusokat a teljes összeszerelés integritásának fenntartásához.
4. ábra: BGA PCB földterületek
A BGA PCB földmintáinak tervezési stratégiái
A BGA -k számára a PCB földterületének megtervezése pontos figyelmet igényel a részletekre, hogy biztosítsa a zökkenőmentes és biztonságos kapcsolatot az összeszerelés során.A földmintáknak tökéletesen igazodniuk kell a BGA rácsához, biztosítva, hogy minden forrasztógolyó pontosan felálljon a megfelelő párnával.A kulcsfontosságú tervezési funkciók, mint például a forrasztás maszk megkönnyebbülése, és bizonyos esetekben, a maszk által fedezett párnákat, amelyek lehetővé teszik, hogy több forrasztás folyjon és erősebb kötést hozzon létre.Az IPC szabványok szigorú betartása hasznos a sikeres BGA forrasztáshoz kívánt pontossági szint eléréséhez.
A földmintázat minden aspektusát gondosan meg kell tervezni, hogy megfeleljen a BGA komponens konkrét követelményeinek.Ez magában foglalja a párnák méretének beállítását és a pozicionális tűrések gondos kezelését, hogy megbizonyosodjon arról, hogy minden kapcsolat hibátlan -e.A tervezési szakaszban átgondolt tervezés biztosítja, hogy a forrasztási folyamat hatékony és megbízható legyen, segítve a BGA biztonságos rögzítését és megfelelő működését a PCB szerelvényen belül.
5. ábra: BGA forrasztópaszta nyomtatás
Pontosság elérése a BGA forrasztó paszta nyomtatásában
A forrasztópaszta felhordása a BGA összeszerelésére pontos sablási technikákat igényel annak biztosítása érdekében, hogy az egyes BGA -golyók alatt kicsi, pontos mennyiségű paszta lerakódjon.Ez a folyamat lézerrel vágott sablonokat használ, amelyek tökéletesen igazodnak a PCB földterületéhez.A pontosság további javítása és a hibák, például a forrasztógolyó minimalizálása érdekében ezeket a sablonokat gyakran nanokátokkal kezelik.A miniatűr nyomtatási fejek ezután gondosan ellenőrizzék az egyes padokra alkalmazott paszta mennyiségét, míg az optikai ellenőrző rendszerek ellenőrzik -e, hogy a paszta nagy pontossággal van -e helyezve.
Az alkalmazott forrasztópaszta típusú - a 3. vagy a 4 -es típus - az adott összeszereléshez kívánt viszkozitástól függ.A paszta megválasztása közvetlenül befolyásolja, hogy a forrasztási ízületek mennyire alakulnak ki a Reflow folyamat során.Mivel ez a lépés megteremti a végső kapcsolatok erősségének és megbízhatóságának alapját, a forrasztópaszta nyomtatási folyamat a BGA összeszerelésének veszélyes része, amely gondos figyelmet igényel a részletekre a magas színvonalú eredmények biztosítása érdekében.
A BGA forrasztás összetettsége
A BGA -k forrasztása egyedi nehézségeket jelent, mivel a forrasztási ízületeket az alkatrész alatt rejtik el, így a közvetlen vizuális ellenőrzés lehetetlenné válik.Ennek kezelése érdekében a speciális eszközöket, például a röntgengépeket használják a kapcsolatok ellenőrzésére, míg az infravörös átdolgozó állomások lehetővé teszik az alkatrész pontos átrendezését, ha szükséges.A forrasztási eljárás kezelése a hő gondos ellenőrzését is igénybe veszi a forrasztó ízületek stresszének elkerülése érdekében, ami repedésekhez vezethet.Hasonlóképpen, az összes forrasztógolyónak meg kell tartania ugyanazt a magasságot (kopanaritást), hogy biztosítsa a következetes teljesítményt és a hosszú távú megbízhatóságot.
Az olyan környezeti tényezők, mint az öregedés és a nedvességérzékenység, tovább bonyolítják a folyamatot.Ezeket a kérdéseket szorosan kell ellenőrizni, hogy megakadályozzák a forrasztási ízületek időbeli romlását.Ezeknek a kihívásoknak a sikeres navigálására a BGA forrasztási technikáinak és a fejlett berendezések használatának alapos megértését igényli.
Különböző típusú gömbrács tömbök
A Ball Grid Array (BGA) technológia az integrált áramkörök (ICS) nyomtatott áramköri táblákra (PCB -k) beépítésének módszere, amely javítja az elektromos csatlakozást és a hőeloszlásokat.A komponens alatt egy sor forrasztógolyót használ a biztonságos csatlakozások létrehozásához.
6. ábra: Műanyag gömbrácsos tömbök (PBGA)
A műanyag BGA -kat széles körben használják, mert megfizethetőek és megbízható teljesítményt nyújtanak a legtöbb szokásos alkalmazáshoz.Ezek egy műanyag szubsztrátból állnak, alatta rögzített forrasztógolyókkal.Ezek gyakran megtalálhatók a fogyasztói elektronikában, az autóipari rendszerekben és más eszközökben, amelyek nem működnek szélsőséges körülmények között.Egyszerű kialakításuk jó elektromos csatlakoztathatóságot és mérsékelt hőkezelést kínál, ami elegendő a mindennapi használathoz.
7. ábra: Kerámia gömbrácsos tömbök (CBGA)
A kerámia BGA -k kerámia szubsztrátot használnak, így rezisztensebbé teszik a hő- és elektromos interferenciát, mint a műanyag BGA -k.Ez a tartósság ideálissá teszi őket olyan igényes környezethez, mint a telekommunikáció, az űrrepülés és a csúcskategóriás szerverek.A kerámia kiváló szigetelést biztosít, és képes kezelni mind a magas hőmérsékletet, mind a mechanikai feszültséget, biztosítva az eszköz hosszú távú megbízhatóságát.
8. ábra: BGAS szalag (TBGA)
A szalagos BGA -kat egy rugalmas szubsztráttal tervezték, amely megfelelhet a PCB felületének, javítva a mechanikai csatlakozást és a hőeloszlását.Ezek a BGA-k ideálisak hordozható elektronikához és nagy sűrűségű eszközökhöz, ahol a hely korlátozott.A szubsztrátum rugalmas jellege lehetővé teszi a jobb hőkezelést a kompakt terekben, így az okostelefonok és más hordozható eszközök előnyben részesített választása.
9. ábra: egymásra rakott BGAS
A halmozott Die BGA -kat olyan eszközökben használják, amelyeknek sok feldolgozási energiát kell csomagolni egy kis helyre.Ez a típus több integrált áramkört halmoz be függőlegesen egyetlen csomagon belül, lehetővé téve a funkcionalitást anélkül, hogy növelné az eszköz méretét.A egymásra rakott BGA -k általában az okostelefonokban, a táblagépekben és más kompakt elektronikában találhatók, amelyek nagy teljesítményt igényelnek kis formában.
Következtetés
A Ball Grid Array (BGA) technológia feltárása hangsúlyozza a legfontosabb szerepét a modern elektronikai gyártási környezetben.Amint azt a cikk részletezi, a BGA csomagolása nemcsak a régebbi csomagolási módszerek fizikai korlátaival foglalkozik, hanem a jobb hőgazdálkodás és az elektromos hatékonyság révén jelentősen javítja a teljesítményt.A BGA forrasztásában, az ellenőrzésben és az átdolgozásban részt vevő műszaki folyamatok tükrözik a pontosság és a megbízhatóság iránti elkötelezettségét, biztosítva, hogy az elektronikus eszközök megfeleljenek a mai technológiai szabványok szigorú követelményeinek.
Ezenkívül a különféle BGA -k, a műanyag BGA -któl a nagy hővezetőképességig, a fém felső BGA -kig, széles körű alkalmazásokig terjednek, igazolva a BGA technológia sokoldalúságát és alkalmazkodóképességét.Végül, mivel az elektronikus eszközök tovább fejlődnek a bonyolultság és a funkcionalitás terén, a BGA technológia továbbra is szükséges, folytatva az innovációk előmozdítását és a félvezető csomagolás magas színvonalának fenntartását.
Gyakran feltett kérdések [GYIK]
1. Hogyan lehet forrasztani egy BGA csomagot?
Készítmény: Kezdje a BGA csomag és a PCB (nyomtatott áramköri lap) megtisztításával a szennyező anyagok vagy maradékok eltávolításához.
Igazítás: Óvatosan igazítsa a BGA csomagot a PCB -n, ügyelve arra, hogy a chip összes párnája igazodjon a táblán lévő megfelelő párnákhoz.
Forrasztás: Használjon egy visszaverődő forrasztási folyamatot.Helyezze a PCB -t a BGA -val egy visszaverődő sütőbe.A párnákra már alkalmazott forrasztó megolvad és összekapcsolásokat képez a fűtési ciklus során.
Hűtés: Hagyja, hogy a PCB lassan lehűljön az visszaverődés után, hogy elkerülje a termikus feszültséget.
2. Mi a BGA a forrasztásban?
A BGA a labdarács tömbjét jelenti.Ez egy olyan típusú felszíni csomagolás, amelyet az integrált áramkörökhöz használnak.A BGA -csomagok apró forrasztógolyókat használnak a csomag aljára rögzítve, hogy a hagyományos vezetékek helyett elektromos csatlakozásokat hozzanak létre a PCB -vel.
3. Hogyan kell csinálni a golyó forrasztását?
A labda elhelyezése: Vigyen fel forrasztópasztát a PCB párnákra, ahol a BGA -t elhelyezik.Helyezze a BGA -t úgy, hogy minden forrasztógolyó igazodjon a PCB megfelelő padjával.
Reflow forrasztás: Melegítse a szerelvényt egy visszaverődő sütőben.A forrasztó paszta megolvad, és a forrasztógolyókat a párnákhoz köti, és szilárd elektromos és mechanikus csatlakozást hoz létre.
Ellenőrzés: Forrasztás után ellenőrizze a csatlakozásokat bármilyen hidak vagy rossz ízületeknél, általában röntgen-ellenőrzéssel, hogy a BGA alatt láthassa.
4. Hogyan lehet ellenőrizni a BGA forrasztását?
Vizuális ellenőrzés: Kezdetben ellenőrizze, hogy nincs -e látható eltérés vagy hibás a BGA csomag körül.
Röntgenfelvétel: Mivel a BGA forrasztás nem lehet teljes mértékben ellenőrizni vizuálisan a kapcsolatok rejtett jellege miatt, a röntgen-ellenőrzés segítségével vizsgálja meg a BGA alatti forrasztási ízületeket.
Funkcionális tesztelés: Végül végezzen elektromos tesztet annak biztosítása érdekében, hogy az összes csatlakozás helyesen működjön.
5. Milyen hőmérsékletnek kell lennie a BGA forrasztásának?
Jellemző hőmérsékletek: A BGA forrasztásának pontos hőmérséklete az alkalmazott forrasztópasztától függ.Általában az ólommentes forrasztó paszta 217 ° C és 245 ° C körüli hőmérsékletet igényel.Ellenőrizze a forrasztópaszta gyártójának specifikációit a pontos hőmérsékleten.
Reflow profil: Kövesse egy specifikus termikus profilt, amely fokozatosan melegíti az összeszerelést a szükséges visszaverődő hőmérsékletre, elég hosszú ideig tartja ott, hogy biztosítsa a megfelelő forrasztás olvadását, majd fokozatosan lehűti, hogy elkerülje a hőkorongot.