Factores que afectan la calidad del ensamblaje BGA

Junto con el rápido desarrollo de circuitos integrados (CI) a muy gran escala, las demandas de ensamblaje electrónico nunca pueden satisfacerse con los tipos de paquetes tradicionales y los paquetes más nuevos surgen debido al fomento de las demandas en términos de mayor integridad, tamaño de placa más pequeño y mayor I. /O cuenta. Entre todos los tipos de paquetes más nuevos mencionados anteriormente, el paquete BGA (matriz de rejilla de bolas) es un tipo principal con los campos de aplicación más amplios debido a su diversidad que supera las múltiples limitaciones que presentan los paquetes tradicionales. Desde la perspectiva de los elementos relacionados con las tecnologías de soldadura, el paquete BGA apenas se diferencia de los paquetes tradicionales, por ejemplo, QFP (paquete plano cuádruple). Sin embargo, los pines son reemplazados por bolas de soldadura, lo que puede considerarse como una revolución en el ensamblaje electrónico y adelanta la llegada de paquetes derivados como CSP (paquete de escala de chip). En este momento, la soldadura BGA aún tiene que implementarse con la aplicación tradicional SMT (tecnología de montaje en superficie) y la soldadura BGA aún se puede realizar en equipos de ensamblaje SMT ordinarios. Este artículo discutirá algunos factores que afectan la aplicación de las tecnologías de ensamblaje BGA, incluido el diseño de la almohadilla BGA, la impresión de pasta de soldadura, la precisión de la alineación del montaje, las curvas de temperatura de soldadura y los defectos de soldadura.

Viabilidad del diseño de almohadilla BGA

Los paquetes BGA vienen en un par de clasificaciones basadas en diferentes tonos. En términos generales, el diseño de la almohadilla BGA debe tener en consideración inicial la viabilidad del rastreo CAD y la capacidad de fabricación de PCB (placa de circuito impreso). El pad BGA también viene en numerosos tipos y se pueden seleccionar libremente cuando el espacio lo permite con los siguientes tipos de uso común.

• Almohadilla de hueso de perro

La almohadilla de hueso de perro aprovecha la vía para llevar el rastro a otras capas, por lo que se han establecido algunos límites para el tamaño de la almohadilla. Debido a la existencia de vías, algunos defectos tienden a ser causados ​​durante el proceso de fabricación de PCB, como puentes de soldadura debido a la caída de la máscara de soldadura. Por lo tanto, el tamaño de la almohadilla debe diseñarse cumpliendo rigurosamente con el nivel práctico de fabricación para minimizar los defectos de soldadura generados durante la soldadura BGA y dejar espacio para la reelaboración de BGA en el futuro.

• Vías distribuidas externamente a pads BGA

Este tipo de pad funciona mejor para componentes BGA con un recuento bajo de E/S. Este tipo de diseño de almohadilla brinda comodidad para soldar y deja más espacio libre para el tamaño de la almohadilla. Por supuesto, debe cumplirse un requisito fundamental en términos de rastreo. Por lo tanto, es casi imposible aprovechar este tipo de pad en BGA con un mayor número de E/S.

• Almohadilla Via-in-pad

Via in pad se desarrolla junto con el progreso de la tecnología microvia en la fabricación de PCB.

Aparte del tipo de pad, la máscara de soldadura y la posición del pad BGA están directamente asociados con la soldadura BGA. Según las diferentes posiciones de la máscara de soldadura, las almohadillas BGA vienen en dos tipos:almohadilla SMD (definida por máscara de soldadura) y almohadilla NSMD (sin definición de máscara de soldadura) con funciones respectivas en soldadura BGA. A medida que se aplica la almohadilla SMD, la almohadilla presenta una gran área unida con la almohadilla, lo que conduce a un área unida equivalentemente grande entre las juntas de soldadura y la placa PCB. Sin embargo, a medida que aumenta el tamaño de la almohadilla, el espacio entre las almohadillas adyacentes se vuelve pequeño, lo que afecta la distribución de la almohadilla y la capacidad de rastreo.

Durante el procedimiento de fabricación de PCB, si la máscara de soldadura se desvía en la misma dirección, la almohadilla BGA no se verá afectada, lo que es beneficioso para la soldadura BGA. Pero este tipo de almohadilla tiende a romperse durante el retrabajo de la máscara de soldadura en el borde, lo que es malo para el efecto de retrabajo. Una vez que se usa la almohadilla NSMD, la almohadilla será relativamente pequeña, lo que es beneficioso para la distribución y el rastreo de almohadillas. Sin embargo, este tipo de estructura de almohadilla da como resultado una disminución del área unida entre las uniones de soldadura y la almohadilla y reduce aún más la intensidad de unión de la unión de soldadura. En una palabra, ambas almohadillas presentan sus propias ventajas y desventajas, y la almohadilla correspondiente se puede determinar en función de consideraciones tecnológicas.

Impresión de pasta de soldadura

La impresión de pasta de soldadura juega un papel clave en la determinación de la calidad de la soldadura. La impresión de pasta de soldadura es la transformación precisa de la pasta de soldadura de plantilla a almohadilla con plantilla, pasta de soldadura e impresora involucradas. La precisión de la impresora de pasta de soldadura primero debe cumplir con las demandas del ensamblaje BGA. La plantilla determina la cantidad de pasta de soldadura a través de su grosor y tamaño de apertura. La cantidad de pasta para soldar solicitada por el paquete BGA suele estar determinada por 3 aspectos:
• Se debe usar suficiente soldadura para garantizar excelentes conexiones de soldadura BGA.
• La cantidad de pasta para soldar debe compensar el error de coplanaridad de la bola de soldadura (normalmente 0,1 mm) de componentes BGA.
• Cuando hay otros componentes de paso fino disponibles en la placa de circuito, la cantidad de pasta de soldar debe considerarse exhaustivamente para evitar que se produzcan más defectos de soldadura.

Precisión de posicionamiento

Las posiciones precisas de los componentes BGA en la placa de circuito dependen totalmente de la precisión de los montadores de chips, la mayoría de los cuales contienen un sistema de posicionamiento específico que es capaz de ayudar a lograr un posicionamiento preciso de los componentes BGA. Además, algunos montadores de chips incluso pueden inspeccionar las bolas de soldadura BGA en términos de su coplanaridad y reconocer algunos defectos, como bolas faltantes, lo que es extremadamente útil para mejorar la confiabilidad de la soldadura BGA.

Además, se pueden tomar algunas otras medidas para mejorar aún más la precisión de montaje de los componentes BGA y. Por ejemplo, las marcas de referencia locales se colocan en la parte externa de las almohadillas BGA o un par de líneas de pliegue se establecen como marcas de referencia para la inspección manual después del ensamblaje, y se ha verificado que ambas son efectivas en la fabricación práctica.

Además, los componentes BGA presentan un efecto de autocentrado obvio en el proceso de soldadura debido a la tensión superficial de la soldadura, por lo que algunos diseñadores agrandan intencionalmente las almohadillas en las cuatro esquinas en el diseño de la almohadilla BGA, lo que hace que el efecto de autocentrado sea más obvio para garantizar que los componentes BGA puedan se reinicia automáticamente cuando se cambian las posiciones de montaje.

Curva de temperatura de soldadura y defectos de soldadura

La curva de temperatura de soldadura determina directamente la calidad de la soldadura. Una curva de temperatura generalmente incluye cuatro fases:fase de precalentamiento, fase de remojo, fase de reflujo y fase de enfriamiento, cada una de las cuales presenta diferentes cambios físicos/químicos. Dado que el ajuste de la curva de temperatura determina el proceso de formación de las uniones soldadas, presenta una estrecha relación con la confiabilidad de las uniones soldadas. Debido a la particularidad del paquete BGA, es extremadamente difícil generar una curva de temperatura satisfactoria. En términos generales, un componente BGA necesita tres temperaturas para medirse:la temperatura del empaque, la temperatura de la superficie de la placa de circuito y la temperatura de la junta de soldadura interna de BGA.

Tecnologías de inspección y reelaboración de BGA

Debido a que todas las juntas de soldadura BGA están debajo de los paquetes después de la soldadura, los métodos de inspección tradicionales, como la prueba de sonda voladora o la inspección visual, no cumplen con las necesidades prácticas. Hasta ahora, los métodos líderes que pueden escanear los defectos de soldadura de las juntas de soldadura BGA son la prueba AOI (inspección óptica automatizada) y la prueba AXI (inspección de rayos X automatizada).

Según las propiedades de la estructura BGA, es casi imposible inspeccionar una sola junta de soldadura del componente BGA. Sin embargo, el cuerpo completo del embalaje debe volver a trabajarse.

Otros factores

Se deben tener en cuenta otros factores en el proceso de ensamblaje de BGA, como la protección electrostática y el horneado de componentes BGA. Por lo general, los componentes BGA requieren paquetes especiales con requisitos de protección electrostática. Durante el proceso de ensamblaje de la placa de circuito impreso, se deben tomar medidas rigurosas de protección electrostática, incluida la conexión a tierra del equipo, la gestión del personal y la administración ambiental.

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Recursos útiles
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