Ball Grid Array litavimas-Kadangi elektroniniai prietaisai tampa vis mažesni ir mažesni, labai mažėja žingsnio dydis. Elektroninius komponentus ant spausdintinės plokštės (PCB) reikia išdėstyti panašiai, kaip grūdus supakuoti į kukurūzų varpas. Todėl didėjant PCB kontaktų skaičiui, buvo išrastas rutulinių tinklelių masyvų (BGA) litavimas. Jį rasite tarp vertingiausių gaminių pakuočių.
Tačiau jums būtų įdomu, kaip geriausiai lituoti BGA arba kaip atpažinti ir pašalinti litavimo defektus. Pati BGA mažėja, o suirę lydmetalio rutuliukai plika akimi neatpažįstami. Šiame straipsnyje aptariami visi šie ir dar daugiau klausimų. Pradėkime.
(Jame pavaizduota BGA technologija stambiu planu ant spausdintinės plokštės)
1. Kas yra BGA (rutulinių tinklelių masyvų litavimas)
BGA yra paviršinio montavimo įtaisas (SMD), kuriame elektrinės jungtys atliekamos naudojant lydmetalio rutuliukų išdėstymą. Jame nėra jokių išvadų, o pakuotėje yra metalinių rutuliukų, pagamintų iš lydmetalio ir vadinamų lydmetalio rutuliukais, rinkinys. Šie lydmetalio rutuliukai yra pritvirtinti BGA pakuotės galinėje pusėje prie laminuoto pagrindo.
BGA mikroschema prie pagrindo tvirtinama naudojant "flip-chip" technologiją arba vielinį klijavimą. Viduje BGA turi vidinius laidžius takelius, kurie jungia substrato jungtis su lustu. Be to, jis taip pat sudaro jungtį tarp BGA jungčių ir substrato. BGA paketą nuo kitų paketų galite atskirti pažvelgę į kaiščius, nes BGA vietoj vinių turi lydmetalio rutuliukus. Šie lydmetalio rutuliukai suteikia jam didelį išvadų skaičių, kuris yra net didesnis nei 208 išvadai.
Palyginti su kitais paketais, BGA yra paklausus pramonės šakose, kuriose naudojami didelio įvesties ir išvesties įtaisai. Kitame skyriuje išsamiai aptariama, kodėl BGA paketą verčiau rinktis nei kitus paketus.
(Jame pavaizduotas BGA integrinio grandyno vaizdas iš arti)
2. Rutulinių tinklelių masyvų litavimas - BGA ypatybės
Ball Grid Array litavimas-Privalumas:
Mažesnis pėdsakų tankis pagerina spausdintinių plokščių dizainą: tokiuose paketuose, kaip keturkampės plokščiosios pakuotės, pėdsakų tankis yra labai didelis, nes kaiščiai išsidėstę netoli vienas kito. Tačiau BGA išsprendžia arba gerokai sušvelnina šią problemą, nes kontaktai pasiskirsto visame paketo paviršiuje.
Tvirtas BGA paketas: Jūs žinote, kad keturviečiai plokšti paketai turi jautrius kaiščius, nes net ir būdami labai atsargūs galite juos greitai sugadinti. Be to, kadangi kabliukai turi labai didelį smeigtukų žingsnį, beveik neįmanoma pataisyti sulenktų smeigtukų. Tačiau BGA tokioje plokštelėje tokios problemos nėra. BGA elektrines jungtis užtikrina trinkelės ir lydmetalio rutuliukai, kuriuos nesunku pažeisti.
Mažesnė šiluminė varža: Vėlgi, keturbriaunis plokščias paketas pasižymi didele šilumine varža, tačiau BGA užtikrina daug mažesnę silicio lusto šiluminę varžą. Jei jūsų BGA integrinis grandynas generuoja šilumą, ji greitai ir efektyviai keliaus iš pakuotės į spausdintinės plokštės paviršių.
Ball Grid Array litavimas-Keturbriaunė plokščia pakuotė (QFP)
Geresnės didelės spartos charakteristikos: BGA laidininkai yra lusto laikiklio apačioje. Tai reiškia, kad mikroschemos viduje esančių laidų ilgis yra mažesnis. Tai savo ruožtu lemia mažesnį nepageidaujamą išvadų induktyvumą. Nepageidaujamas išvadų induktyvumas lemia nepageidaujamų signalų iškraipymus grandinėse, veikiančiose dideliu dažniu ir greičiu. Todėl naudojant BGA pakuotes galima pasiekti didelį našumą, palyginti su joms lygiaverčiais keturbriauniais plokščiaisiais paketais (QFP).
Mažesnis pakuotės storis: Naudojant BGA paketus, sumažinamas storis ir be vargo galima gaminti plonų elektroninių gaminių, pavyzdžiui, išmaniųjų telefonų, spausdintines plokšteles.
Praktiškas PCB vietos panaudojimas: Naudodami BGA mikroschemas galite produktyviai išnaudoti PCB vietą. Elektros jungtis galite atlikti po šio SMD lusto paviršiumi. Jums nebereikia apsiriboti jungtimis tik SMD paketų periferijoje.
Galite kurti mažus integrinių grandynų paketus: Standartiniai SMD įtaisai, tokie kaip kaiščių tinklelių masyvai ir "dual-in-line", turėjo perpildytus kaiščius, o tarp jų buvo mažas plotas. Tai yra trūkumas, nes galima netyčia sulituoti du ar daugiau kaiščių. Vis dėlto, naudojant BGA, su tokia problema nesusidursite ir lengvai pagaminsite mažus integrinių grandynų paketus.
(Parodomas BGA pėdsakas ant spausdintinės plokštės)
Trūkumai:
BGA turi keletą trūkumų. Pirmiausia, jei esate naivus ir nesate BGA ekspertas, susidursite su sunkumais projektuodami ir gamindami jų grandines. Antra, kartais sunku patikrinti BGA pakuotės defektus. Trečia, BGA yra nelaidūs. Galiausiai, jų kaina yra didelė, o tai gali būti arba nebūti trūkumas, priklausomai nuo jūsų biudžeto.
3. Rutulinių tinklelių masyvų litavimas - įprasti BGA tipai
Ball Grid Array litavimas-Plastikinis BGA
Plastikiniai BGA (PBGA) yra paklausiausi BGA dėl savo nedidelės kainos. Jų rutuliukų žingsnio dydis svyruoja nuo 1 mm iki 1,27 mm. Šiuos BGA rasite suvyniotus į stiklo mišinio laminuotą substratą, plastiku padengtą korpusą ir išgraviruotus varinius takelius. Su jais gausite iš anksto suformuotus lydmetalio rutuliukus ir didesnį temperatūros stabilumą.
Jei domitės jų taikymu, juos galite naudoti įrenginiuose, kuriems reikia vidutinio ir aukšto lygio našumo. Tokiems prietaisams reikia mažo induktyvumo, aukšto patikimumo lygio ir lengvo paviršinio montavimo. Plastikiniuose maišeliuose taip pat yra papildomų vario sluoksnių, kurie gali padėti padidinti galios išsklaidymo lygį.
Keraminiai BGA
Keraminė BGA (CBGA) yra vienas iš ankstyviausių BGA tipų. Tai stačiakampio arba kvadrato formos keraminė pakuotė, kurioje išorinėms elektrinėms jungtims gaminti naudojami lydmetalio rutuliukai, o ne išvadai. CBGA yra tinklelyje, esančiame galinėje dėžutės korpuso pusėje. Jas galima naudoti nešiojamuosiuose kompiuteriuose, telekomunikacijų sistemose ir bandomųjų prietaisų įrenginiuose.
Links just BGA
Šio tipo BGA lanksčioji juosta, mikroschema ir lydmetalio rutuliukai guli metalinio šilumos skleidiklio galinėje pusėje. Šis šilumos skleidiklis yra lanksčiosios juostos BGA paketo laikiklis ir standiklis. Mikroschema prie juostos pėdsakų prijungiama laidų sujungimo būdu, o tada įdedama į apvalkalą. Jei norite juos palyginti su QPFA ir PBGA, jų patikimumas, elektrinės ir šiluminės charakteristikos iš tiesų yra geresnės. Juos galite naudoti sprendimams, kuriems reikia didelio šiluminio našumo be radiatorių.
Aukšto profilio didelio šiluminio laidumo metalinis viršutinis BGA
Kaip ir su lanksčiomis atšakomis BGA, taip ir su aukšto profilio didelio šiluminio laidumo metalinio viršaus BGA galima pasiekti geresnių elektrinių ir šiluminių charakteristikų. Jų konstrukcija šiek tiek panaši į lanksčių juostų BGA. Mikroschema pritvirtinama prie šliaužiklio arba šilumos skleidėjo galinės pusės, siekiančios pakuotės viršų. Todėl dėl varinio šilumos skleidiklio, siekiančio pakuotės viršų, gaunama gerokai mažesnė šiluminė varža, o pakuotės paviršius laisvai prieinamas oro srautui.
Jei jums taip pat reikia naudoti radiatorių arba kitus pasyvius ar aktyvius šilumos valdymo įtaisus, šilumos skleistuvą galite sujungti su jais. Be to, jei suprojektuosite papildomas įžeminimo ir maitinimo plokštumas, pagerinsite elektrines charakteristikas. Naudojant šio tipo BGA paketus, nebegalioja BGA paketų trūkumas, kad juos sunku patikrinti. Jo viršutinis paviršius labai atspindi šviesą, todėl matymo sistemos užtikrina geresnius rezultatus, kai naudojamas ne poliarizuotas, o išsklaidytas apšvietimo šaltinis.
Mikroschemų skalės paketas
Šis BGA paketas pavadintas taip todėl, kad jį galima suprojektuoti pagal lusto dydžio reikalavimus. Bet kuri BGA pakuotė yra lusto dydžio pakuotė (CSP), jei ji atitinka jūsų lusto specifikacijas ir yra paviršinio montavimo įtaisas. Juos galite naudoti išmaniuosiuose telefonuose, išmaniuosiuose įrenginiuose, nešiojamuosiuose kompiuteriuose ir kituose pažangiuose kompaktiniuose elektroniniuose prietaisuose.
4. Rutulinių tinklelių masyvų litavimas - BGA suvirinimo procesas
4.1. BGA suvirinimo pagrindas
4.1.1 Suvirinimo temperatūra
BGA prietaisams suvirinti arba lituoti turite pasirinkti tinkamą suvirinimo temperatūrą ir lydmetalio lydinio struktūrą. Kaip trumpą patarimą galite užtikrinti, kad BGA mikroschemos lydmetalis visiškai neišsilydytų. Galite palikti jį pusiau skysto pavidalo, leisdami kiekvienam lydmetalio rutuliukui likti atskirai nuo kitų lydmetalio rutuliukų.
(Parodyta, kaip technikas deda lydmetalio rutuliukus ant rutulinių tinklelių masyvo)
4.1.2 Suvirinimo rinkinys ir suvirinimo aparatas
Laimei, elektronikos rinkoje galima įsigyti įvairių BGA suvirinimo aparatų ir suvirinimo rinkinių. Šiame technologijų amžiuje juos galima užsisakyti ir internetu. Pirkdami suvirinimo aparatus galite atsižvelgti į toliau nurodytas pagrindines savybes:
Jais turėtų būti galima rankiniu būdu montuoti, lituoti, išlituoti ir nuimti BGA mikroschemą.
4.1.3 Kruopščiai išvalykite savo spausdintinę plokštę
Gerai, taigi dabar, kai jau turite suvirinimo aparatą arba rinkinį ir pasirinkote puikią suvirinimo temperatūrą, kurios reikia pradėti, to dar nepakanka. Prieš pradėdami BGA lydymą, dar turite kruopščiai išvalyti spausdintinę plokštę ir BGA. BGA atveju reikalaujama, kad jo paviršius būtų lygus. Kitame skyriuje pažiūrėkime, kaip žingsnis po žingsnio juos nuvalyti.
4.1.4 Ball Grid Array litavimas - BGA valymo metodas
Pirmiausia BGA reikia padėti ant laidaus pado ir ant jo paviršiaus užtepti nedidelį kiekį lydmetalio pastos.
Tada naudodami lituoklį ir vielą atskirkite rutuliuką nuo BGA. Leiskite lituokliui suskystinti alavo rutuliuką ir įkaitinti pralaidžią vielą, o tik tada perkelkite plovimo liniją per BGA paviršių. Be to, turėtumėte įsitikinti, kad lituoklis per daug nespaudžia paviršiaus, nes dėl to gali atsirasti paviršiaus įtrūkimų.
BGA paviršiui valyti naudokite pramoninį alkoholį, o BGA paviršiaus lydmetalį pašalinkite trinties judesiu. Dažnai pradėkite nuo kraštų ir nepamirškite kampų. Toliau eikite ir valykite. Kiekvienam BGA naudokite švarų tirpiklį.
Tada taip pat galite patikrinti BGA paviršių, ar nėra nepašalintų alavo rutuliukų ir pažeistų pagalvėlių, naudodami mikroskopą.
BGA paviršių valykite šepetėliu ir dejonizuotu aerozoliu. Tai padės pašalinti BGA paviršiaus likučius nuo lydmetalio pastos. BGA palikite ore, kad išdžiūtų. Du kartus išbandykite BGA paviršių.
Norėdami pašalinti drėgmę, kepkite BGA ir spausdintinę plokštę 10-20 valandų 80 ℃ - 90 ℃ temperatūroje pastovios temperatūros orkaitėje. Kepimo laiką ir temperatūrą galite reguliuoti pagal drėgmės lygį.
Be to, atlikdami visas tolesnes operacijas mūvėkite antistatines pirštines arba dėvėkite statinius žiedus, kad išvengtumėte nereikalingo mikroschemos suardymo dėl statinės elektros srovės.
4.2 Rutulinių tinklelių matricų litavimas - BGA lydmetalio jungčių tikrinimas
Litavimo jungčių tikrinimo svarba
PCB gamintojai nenaudoja optinių BGA tikrinimo metodų, nes po BGA komponentais esančios litavimo jungtys vizualiai nėra matomos. Elektrinis įvertinimas nėra labai tikslus, nes jis parodo tik thBGA e elektrinį laidumą tik tuo konkrečiu momentu. Jis neįvertina lituoklio tarnavimo laiko. Laikui bėgant lydmetalio jungtis gali suprastėti.
Rentgeno spindulių tikrinimo metodas
Rentgeno spinduliais stebimos BGA lydmetalio jungtys. Rentgeno spindulių analizė leidžia pamatyti po detalėmis esančias litavimo jungtis. Todėl pramonės šakos plačiai naudoja automatinę rentgeno tikrinimo (ASI) technologiją BGA patikrinimui.
4.3 Ball Grid Array litavimas-pagrindinis BGA suvirinimo procesas
Viena pagrindinių BGA problemų buvo tai, jei ji galėtų atlikti sėkmingą suvirinimo ar litavimo operaciją. Be to, kadangi BGA lustas vietoj smeigtukų turi trinkelių, o ne kaiščius, būtina laikytis tinkamo suvirinimo būdo.
Laimei, „BGA“ suvirinimo būdai parodė, kad jie yra veiksmingesni nei standartinės keturių plokščių pakuotės. Jums tereikia užtikrinti, kad teisingai nustatytumėte procesą. Nuo šiol tai reiškia, kad PCB surinkimo prototipai ir PCB surinkimo gamyba plačiai.
Prieš pradėdami BGA suvirinimo procesą, turite atidžiai pasirinkti litavimo ir rutulio dydį bei sugriuvusį aukštį. Šildysite litavimo rutulius, o kai jie ištirps, paviršiaus įtempis leis jiems tinkamai pritaikyti BGA PCB. Po to lydmetalis atvės ir nusistatys, paruošdamas BGA PCB.
Tačiau šis litavimo rutulių šildymas nėra toks paprastas, kaip atrodo. Šiam tikslui reikės naudoti „Rufflow“ litavimo metodus. Tai labai svarbu, nes turite užtikrinti, kad lydmetalis po BGA lustu tirptų. Šiuo tikslu visas agregatas turi viršyti lydymosi temperatūrą. Galų gale tai gali padaryti tik pakartotiniai procesai.
4.4 Ball Grid Array litavimas-pakartotinis BGA litavimas
Ball Grid Array litavimas-Srauto pasirinkimas: vandenyje tirpi ir be valymo
Gerai, kad dabar, kai žinote, kodėl mums reikia naudoti „Reflow“ litavimo procedūrą, mes pereisime prie kokio tipo srauto turėtumėte naudoti. Iš esmės yra dvi pokyčių formos: vandenyje tirpi ir be valymo. Galite naudoti jokio valymo srautą, jei negalite plauti plokštės dejonizuoto vandens galutiniame „Reflow“ litavimo ir PCB surinkimo etapuose. Galbūt nenorėsite pravažiuoti grandinės plokštės, jei joje yra LCD, kristalų ar daugiau vandens jautrių dalių.
Kita vertus, jūs galite naudoti vandenyje tirpų srautą, kai ketinate plauti savo PCB dejonizuotu vandeniu. Verta paminėti, kad srauto tipas apibrėžia veiklos lygį tarp pokyčių veiklos ir litavimo pastos, nepaisant to, kokį srautą naudojate.
Ball Grid Array litavimas-Dymo pasirinkimas
Galiausiai, pasirinkus srautą, taip pat būtina pasirinkti tinkamą lydmetalę. Nepakankamas reflucas, netinkamas pokyčiai ir žemas trafaretų spausdinimas gali sukelti atvirų litavimo rutulinių gedimų.
5. Ball Grid Array litavimas-litavimo defektai BGA
Ką tik paminėjome žodį „Open Litmal Ruture Forged“. Tai yra lydmetalio defekto rūšis ir taip pat žinomas kaip turimas litavimo jungtis arba neužkretintas rutulys. Jo priežastis yra nepakankama šiluma. BGA pertraukiamas ryšys (BIC) yra dar vienas lydmetalio defekto tipas. Tai daro įtaką visų dydžių žingsniui ir yra ypač pavojingas, nes dažnai yra netaisyklingai. Tai gali prarasti originalios įrangos gamintojus tūkstančius dolerių, paslėptų švaistomoje gamybos metu ir vėluojant išleisti produktą.
Nepaisant to, kaip rodo jo pavadinimas, BICS žlunga tik retkarčiais. Kadangi juos sunku rasti, BIC sukurs grandininę reakciją, siųsdama nemandagią, sunkiai įgyvendinamą dizaino dilemą kelioms OEM inžinerijos grupėms ir galiausiai į valdymo lentą.
Be to, kad neužsidegę rutuliai ir BIC, taip pat turite pasiimti šortus, atidaryti ir nulaužti BGA rutulius. Kaip ir su neapykantais rutuliais ir BIC, silpnas šiluminis atspindžio profilis sukelia šiuos trūkumus.
Šiluminis profilis nusako temperatūros diapazoną, po kurio sušildysite PCB, kai bus litavimo metu, ir lentos praleistą laiką bet kurioje temperatūroje. Jei tinkamai įjungiate visas šiluminio profilio temperatūros zonas, rezultatas yra visiškas atspindys. Tada galite tai patikrinti atlikdami BGA rentgeno patikrinimą.
6. Kamuoliukų tinklelio masyvo litavimas - BGA perdarymo problema
6.1 Ball Grid Array litavimas - rankinis BGA sulydymas
Turite atnaujinti, jei pirmą kartą neteisingai sulituojote. Jei nenaudojate perdarymo, kad pašalintumėte komponentą, reikia kaitinti spausdintinę plokštę aplink elementą, kad lydmetalis vėl išsilydytų (desolitavimas) ir pagerėtų suvirinimas. Jei reikia atjungti komponentą ir lituoti, tuomet pervirinimas ir rankinis BGA paketų litavimas yra sudėtingiausios dalys. Apžvelgsime tai kitame poskyryje.
6.2 Rutulinių tinklelių matricų litavimas - rankinis BGA suvirinimas
1: Atskirkite BGA ir atsargiai nuvalykite visus likusius PCB pado lydmetalius.
2: Tada patikrinkite, ar ant BGA nėra drėgmės, nes jis yra jautrus drėgmei.
3: Pasirinkite nedidelį BGA šabloną lydmetalio pastai spausdinti. Norėdami nustatyti šablono angos dydį ir storį, turite remtis rutuliuko atstumu ir skersmeniu. Galiausiai taip pat turite patikrinti spausdinimo kokybę.
4: Lituokliu išvalykite ir išlyginkite lydmetalio likučius. Toliau galite naudoti plokščią litavimo antgalį ir išardymo diržą. Būkite atsargūs, kad nepažeistumėte litavimo kaukės ir pado.
5: Pakartokite 2 ir 3 veiksmus.
6: Dabar laikas montuoti BGA. Būtų lengviau, jei paviršinę PCB montavimo plokštelę (po spausdinimo) padėtumėte ant darbo stalo. Po to turite įjungti vakuuminį siurblį, pasirinkę tinkamą siurbimo antgalį. Antgalis praris BGA mikroschemą, nuleiskite ją žemyn, kai PCB padas ir BGA sutaps. Galiausiai BGA mikroschemą sujunkite su PCB ir išjunkite vakuuminį siurblį.
7: Pasirinkite tinkamą pakartotinio litavimo temperatūrą, atsižvelgdama į PCB storį, įrenginio dydį ir kt. Paprastai BGA temperatūra yra 15 laipsnių aukštesnė nei tradicinių SMD.
8: Dabar viskas paruošta. Paskutinis žingsnis - patikrinti BGA suvirinimą.
Apibendrinimas:
Šiame straipsnyje pristatėme BGA technologiją, skirtingus jos tipus, privalumus ir trūkumus. Be to, paaiškinome, kokius suvirinimo rinkinius ir aparatus galite įsigyti jiems lituoti. Ir, jei nepavyko gerai sulituoti, kaip galite atlikti BGA perdarymą.
Taip pat palyginome BGA su tradiciniais paviršinio montavimo įtaisais. Galiausiai taip pat pristatėme litavimo defektus, kad galėtumėte jų išvengti. Jei vis dar norite gauti daugiau informacijos, susijusios su BGA technologija, galite susisiekti su mumis ir aptarti ją kartu.