9 conseils d'experts pour un brasage BGA réussi sur PCB en assemblage SMT

Brasage BGA – Préparation avant le brasage

La première étape du brasage BGA consiste à choisir une finition de surface appropriée. La finition doit être compatible avec le projet à venir ou les exigences du produit. Bien qu'il existe de nombreuses finitions de surface disponibles, certaines peuvent exiger des surfaces sans plomb. Elles incluent RoHS, OSP sans plomb, ou la règle ENIG sans plomb.

Après avoir choisi le bon matériau pour votre projet, vous devez vous assurer de stocker les PCB correctement. Une mauvaise manipulation et un stockage inadéquat peuvent ruiner vos PCB.

Il est donc conseillé de les stocker dans un conteneur avec une barrière anti-humidité. Le boîtier doit contenir une carte sensible à l'humidité pour vous alerter sur l'humidité dans le sac. Avec cette carte, vous pourrez connaître les niveaux d'humidité requis.

Une fois tout sous contrôle, vous pouvez maintenant passer à la deuxième étape.

Nettoyer soigneusement le PCB

Maintenant que vos cartes sont dans les bonnes conditions et prêtes pour le brasage BGA, vous devez vous assurer que les PCB sont soigneusement nettoyés ou cuits. La cuisson assure l'élimination de l'humidité qui pourrait plus tard entraîner des défauts de brasage. Par conséquent, vous devez garantir un nettoyage approfondi des PCB avant de commencer le processus d'assemblage.

Avec des PCB sales, vous risquez de rencontrer des défauts de billes de soudure BGA. Ils incluent le soudage à froid, le déplacement, les vides et les ponts. Pendant le stockage et le transport, vos PCB peuvent se retrouver couverts de saleté. Pour que tout se passe comme prévu, assurez-vous que vos cartes sont propres avant le début de l'assemblage. Dans la plupart des cas, de nombreux assembleurs s'appuient sur des nettoyeurs à ultrasons.

Préparation du BGA pour le brasage BGA

Puisque les BGA sont sensibles à l'humidité, vous devez vous assurer de les conserver dans un environnement sec. Ceux qui les manipulent doivent se conformer aux opérations rigoureuses requises pour éviter d'endommager les composants. En général, ces composants doivent être conservés dans des armoires anti-humidité. Les températures doivent varier entre 20 °C et 25 °C et une humidité d'environ 10 %.

Comme noté précédemment, il est nécessaire de cuire les composants BGA avant de commencer le processus de brasage. Ici, les fabricants doivent s'assurer que la température de brasage ne dépasse pas 125 °C. Sinon, cela pourrait provoquer une structure métallographique indésirable. De nouveau, la prudence est essentielle ici car si la température est trop basse, il devient difficile d'éliminer l'humidité.

Il est donc essentiel de cuire les composants avant d'entreprendre l'assemblage SMT. Cela assure l'élimination de l'humidité à l'intérieur du BGA. De plus, les BGA ont besoin d'environ 30 minutes de refroidissement après la cuisson et avant d'entrer sur la ligne d'assemblage SMT.

Brasage BGA, technologie de brasage par refusion

Généralement, le boîtier d'assemblage BGA est le même que l'assemblage SMT. D'abord, de la pâte à souder est déposée sur un réseau de plots d'un PCB en appliquant un pochoir ou du flux sur le plot. Ensuite, on introduit l'équipement pick-and-place pour aligner les composants BGA sur le PCB. Après cela, on soumet les composants BGA à un four de brasage par refusion. La technologie de refusion est un processus complexe qui implique plusieurs phases, brièvement décrites ci-dessous :

1. Phase de préchauffage – cette phase est généralement composée de 2 à 4 zones de chauffage. Ici, les températures peuvent atteindre 150 °C en moins de 2 minutes. Pour cette raison, il n'y a pas d'éclaboussures de soudure ni de surchauffe de la base.

2. Phase de trempage (soak) – ici, l'objectif est d'atteindre la fusion thermique, ce qui permet d'obtenir de bonnes joints de soudure.

3. Phase de brasage – cette phase doit voir la température des joints de soudure monter à celle de la température de brasage. Il est préférable de régler des températures élevées pour que les joints sortent comme souhaité.

4. Phase de refroidissement – c'est la dernière étape du brasage par refusion. Elle contient deux modes de refroidissement : refroidissement naturel et refroidissement par air. Il est idéal que le taux de refroidissement soit entre 1 °C et 3 °C.

Contrôler la soudure du brasage BGA

La cinquième étape consiste à s'assurer que vous contrôlez la soudure pendant le brasage BGA. Dans la plupart des cas, lors du brasage, la température dépasse le point de fusion, la soudure fond et devient liquide.

Mais pour garantir que tout se passe comme souhaité, vous devez contrôler la soudure du brasage BGA. Vous y parvenez en maintenant des niveaux de température d'environ 183 °C pendant 60 à 90 secondes. Un temps trop long ou trop court peut causer des problèmes de qualité lors du brasage BGA. Parfois, vous devrez peut-être vérifier votre bouton de brasage. La plupart ont un bouton qui, lorsqu'il est tourné, réduit la chaleur du fer. Il contrôle ainsi la soudure et vous permet d'obtenir les résultats souhaités.

Inspection du BGA

Avant de lancer vos produits sur le marché, assurez-vous que le brasage BGA subit une inspection approfondie. Sans inspecter vos produits, il y a des chances que vous produisiez des produits défectueux. Ces produits peuvent nécessiter une reprise coûteuse, ruinant la réputation de votre entreprise. Il en va de même pour l'inspection BGA. Dans l'assemblage PCB, l'inspection BGA est un domaine qui a suscité un intérêt considérable depuis l'introduction des BGA.

Il devrait être clair que vous ne pouvez pas effectuer efficacement l'inspection BGA en utilisant des techniques optiques. Les joints de soudure sous les composants BGA ne sont pas visibles. De plus, il n'est pas facile de tester les joints de soudure en vérifiant les performances électriques.

La seule façon satisfaisante de tester le BGA est d'utiliser des rayons X. Les rayons X se sont avérés très utiles pour identifier les joints de soudure situés sous le boîtier. Ils aident ainsi à une inspection détaillée.

Mais les rayons X ne sont pas la seule méthode utilisable. Même si les rayons X sont l'une des méthodes les plus efficaces, les concepteurs ont encore d'autres options. Ils peuvent choisir d'utiliser le boundary scan ou les tests électriques pour vérifier la qualité du soudage BGA. Par exemple, les tests électriques ne révèlent que la conductivité électrique. D'un autre côté, ils ne vérifient pas le succès du brasage BGA.

Aligner le BGA sur le plot PCB avec précision

La septième étape implique l'alignement correct du BGA sur le plot PCB. Il y a deux étapes impliquées ici. L'alignement initial, suivi du maintien de l'alignement pendant le processus de brasage. Pour y parvenir, vous avez besoin d'équipements spéciaux pour les opérations de masse. Cependant, si vous devez créer un prototype, vous pouvez toujours aligner manuellement. C'est ce qu'on appelle l'alignement manuel.

Pour que tout se passe correctement, vous devez marquer efficacement les cartes avec des marques d'alignement. Ces marques sont de préférence en cuivre. De plus, vous devez éviter d'utiliser de la pâte à souder car elle peut fondre sous l'effet des tensions de surface. Cela endommage les bornes à long terme.

Encore une fois, si vous exécutez une production de gros volume, il peut être gain de temps et de coûts si vous envisagez l'alignement optique. Vous devez également investir dans des machines spécialisées capables d'aligner tout sur le plot PCB.

Meilleure norme de joint de soudure BGA

Il existe des normes spécifiques de joints de soudure BGA que vous devez respecter si vous voulez entreprendre le brasage BGA sur PCB pendant l'assemblage SMT. Par exemple, les joints de soudure BGA qui comportent des cavités entraînent de nombreuses défaillances. Ils sont également susceptibles d'avoir d'autres problèmes techniques coûteux à long terme.

Par exemple, selon les normes de brasage BGA IPC, s'il est difficile d'éviter les cavités sur le plot, de tels trous ne devraient pas être 10 % plus grands que la zone de la bille de soudure. En d'autres termes, les tunnels sur les plots ne doivent pas être plus larges de 30 % par rapport au diamètre de la bille de soudure. Pour garantir de bons résultats, vous devrez peut-être respecter les normes industrielles acceptables concernant les joints de soudure BGA.

Retouche BGA

Comme vous le savez peut-être, il est un peu délicat d'entreprendre la retouche BGA. Mais cela s'allège si vous disposez d'équipements spécialisés. Mais si vous devez retourner vos produits pour réparation, alors il n'y a pas lieu de s'inquiéter. Le travail de réparation commence par chauffer d'abord les composants BGA. Cela garantit que vous faites fondre les pièces en dessous.

Une station de retouche particulière est idéale pendant la retouche. Elle est également parfaite pour un processus ardu comprenant des équipements spécialisés tels qu'un radiateur infrarouge, un dispositif à vide et un moniteur thermocouple. Ici, une grande prudence est nécessaire pour s'assurer du retrait des composants BGA uniquement. Une légère erreur peut endommager toute la carte.

Retouche BGA (suite)

Comme vous le savez peut-être, il est un peu délicat d'entreprendre la retouche BGA. Mais cela s'allège si vous disposez d'équipements spécialisés. Mais si vous devez retourner vos produits pour réparation, alors il n'y a pas lieu de s'inquiéter. Le travail de réparation commence par chauffer d'abord les composants BGA. Cela garantit que vous faites fondre les pièces en dessous.

Une station de retouche particulière est idéale pendant la retouche. Elle est également parfaite pour un processus ardu comprenant des équipements spécialisés tels qu'un radiateur infrarouge, un dispositif à vide et un moniteur thermocouple. Ici, une grande prudence est nécessaire pour s'assurer du retrait des composants BGA uniquement. Une légère erreur peut endommager toute la carte.