Facteurs affectant la qualité de l'assemblage BGA

Parallèlement au développement rapide des circuits intégrés (CI) à très grande échelle, les demandes d'assemblage électronique ne peuvent jamais être satisfaites par les types de boîtiers traditionnels et de nouveaux boîtiers voient le jour en raison de l'encouragement des demandes en termes d'intégrité supérieure, de taille de carte plus petite et d'I plus élevé. /O compter. Parmi tous les nouveaux types de packages mentionnés ci-dessus, le package BGA (ball grid array) est un type principal avec les champs d'application les plus larges en raison de sa diversité qui va à l'encontre des multiples limitations des packages traditionnels. Du point de vue des éléments concernant les technologies de soudure, le boîtier BGA ne diffère guère des boîtiers traditionnels, QFP (quad flat package) par exemple. Néanmoins, les broches sont remplacées par des billes de soudure, ce qui peut être considéré comme une révolution dans l'assemblage électronique et préfigure l'avènement des boîtiers dérivés tels que les CSP (chip scale package). À l'heure actuelle, le soudage BGA doit encore être mis en œuvre avec l'application traditionnelle de SMT (technologie de montage en surface) et le soudage BGA peut toujours être effectué dans un équipement d'assemblage SMT ordinaire. Cet article traite de certains facteurs affectant l'application des technologies d'assemblage BGA, notamment la conception des pastilles BGA, l'impression de pâte à souder, la précision de l'alignement de montage, les courbes de température de soudure et les défauts de soudure.

Faisabilité de la conception du tampon BGA

Les packages BGA se déclinent en deux classifications basées sur différents emplacements. D'une manière générale, la conception des pastilles BGA doit prendre en compte la faisabilité du traçage CAO et la fabricabilité du PCB (carte de circuit imprimé). Le pad BGA est également disponible dans de nombreux types et ils peuvent être librement sélectionnés lorsque l'espace est autorisé avec les types suivants couramment utilisés.

• Coussin en os de chien

Le coussinet en os de chien tire parti du via pour diriger la trace vers d'autres couches, de sorte que certaines limites ont été fixées à la taille du coussinet. En raison de l'existence de vias, certains défauts ont tendance à être causés pendant le processus de fabrication des PCB, tels que les ponts de soudure dus à la chute du masque de soudure. Par conséquent, la taille des pastilles doit être conçue en se conformant rigoureusement au niveau de fabrication pratique afin de minimiser les défauts de soudure générés lors de la soudure BGA et de laisser de la place pour les retouches BGA à l'avenir.

• Vias distribués en externe aux pastilles BGA

Ce type de pad fonctionne mieux pour les composants BGA avec un faible nombre d'E/S. Ce type de conception de pastilles facilite le soudage et laisse plus d'espace libre pour la taille des pastilles. Bien sûr, une exigence fondamentale doit être satisfaite en termes de traçage. Ainsi, il est presque impossible d'exploiter ce type de pad sur BGA avec un nombre d'E/S plus élevé.

• Via-in-pad Pad

Via in pad se développe parallèlement aux progrès de la technologie microvia dans la fabrication de PCB.

Outre le type de pastille, le masque de soudure et la position de la pastille BGA sont directement associés à la soudure BGA. Basés sur différentes positions de masque de soudure, les pastilles BGA sont de deux types :la pastille SMD (masque de soudure défini) et la pastille NSMD (masque non défini) avec respectivement des fonctions sur la soudure BGA. Lorsque le tampon SMD est appliqué, le tampon présente une grande zone collée avec un tampon, ce qui conduit à une zone collée équivalente entre les joints de soudure et la carte PCB. Cependant, à mesure que la taille des pastilles augmente, l'espacement entre les pastilles adjacentes devient petit, affectant via la distribution des pastilles et la capacité de traçage.

Pendant la procédure de fabrication du PCB, si le masque de soudure dévie dans la même direction, le tampon BGA ne sera pas influencé, ce qui est bénéfique pour le soudage BGA. Mais ce type de pastille a tendance à se casser lors de la reprise du masque de soudure sur le bord, ce qui est mauvais pour l'effet de reprise. Une fois que le tampon NSMD est utilisé, le tampon sera relativement petit, ce qui est avantageux via la distribution et le traçage du tampon. Cependant, ce type de structure de pastilles entraîne une diminution de la zone liée entre les joints de soudure et la pastille et une réduction supplémentaire de l'intensité de liaison des joints de soudure. En un mot, les deux pads présentent leurs propres avantages et inconvénients et le pad correspondant peut être déterminé en fonction de considérations technologiques.

Impression de pâte à souder

L'impression de pâte à souder joue un rôle clé dans la détermination de la qualité de la soudure. L'impression de pâte à souder est la transformation précise de la pâte à souder d'un pochoir à un tampon avec un pochoir, une pâte à souder et une imprimante impliqués. La précision de l'imprimante à pâte à souder doit d'abord être conforme aux exigences de l'assemblage BGA. Stencil détermine la quantité de pâte à souder à travers son épaisseur et la taille de l'ouverture. La quantité de pâte à souder appelée par le boîtier BGA est généralement déterminée par 3 aspects :
• Une quantité suffisante de soudure doit être utilisée pour assurer d'excellentes connexions de soudure BGA.
• La quantité de pâte à souder doit compenser l'erreur de coplanarité de la bille de soudure (généralement 0,1 mm) de composants BGA.
• Lorsque d'autres composants à pas fin sont disponibles sur le circuit imprimé, la quantité de pâte à souder doit être prise en compte de manière globale pour empêcher l'apparition d'autres défauts de soudure.

Précision de positionnement

Les positions précises des composants BGA sur les circuits imprimés dépendent totalement de la précision des monteurs de puces, dont la plupart contiennent un système de positionnement spécifique capable d'aider à obtenir un positionnement précis des composants BGA. De plus, certains monteurs de puces peuvent même inspecter les billes de soudure BGA en termes de coplanarité et reconnaître certains défauts tels que les billes manquantes, ce qui est extrêmement utile pour l'amélioration de la fiabilité de la soudure BGA.

En outre, certaines autres mesures peuvent être prises pour améliorer encore la précision de montage des composants BGA et. Par exemple, des marques repères locales sont définies sur la partie externe des pastilles BGA ou quelques lignes de pliage sont définies comme repères repères pour l'inspection manuelle après l'assemblage, qui ont tous deux été vérifiés efficaces dans la fabrication pratique.

De plus, les composants BGA présentent un effet d'auto-centrage évident dans le processus de soudure en raison de la tension superficielle de la soudure, de sorte que certains concepteurs agrandissent délibérément les pastilles aux quatre coins de la conception des pastilles BGA, rendant l'effet d'auto-centrage plus évident pour garantir que les composants BGA puissent auto-réinitialisation lorsque les positions de montage sont décalées.

Courbe de température de soudure et défauts de soudure

La courbe de température de soudure détermine directement la qualité de la soudure. Une courbe de température comprend généralement quatre phases :la phase de préchauffage, la phase de trempage, la phase de refusion et la phase de refroidissement, chacune présentant des changements physiques/chimiques différents. Étant donné que le réglage de la courbe de température détermine le processus de formation des joints de soudure, il présente une relation étroite avec la fiabilité des joints de soudure. En raison de la particularité du boîtier BGA, il est extrêmement difficile de générer une courbe de température satisfaisante. De manière générale, un composant BGA a besoin de trois températures pour être mesurée :la température de l'emballage, la température de surface de la carte de circuit imprimé et la température du joint de soudure interne du BGA.

Technologies d'inspection et de reprise BGA

Étant donné que tous les joints de soudure BGA se trouvent sous les boîtiers après la soudure, les méthodes d'inspection traditionnelles telles que le test de sonde volante ou l'inspection visuelle ne répondent pas aux besoins pratiques. Jusqu'à présent, les principales méthodes permettant de scanner les défauts de soudure des joints de soudure BGA sont le test AOI (inspection optique automatisée) et le test AXI (inspection automatisée aux rayons X).

Sur la base des propriétés de la structure BGA, il est à peine possible d'inspecter un seul joint de soudure d'un composant BGA. Cependant, le corps de l'emballage complet doit être retravaillé.

Autres facteurs

D'autres facteurs doivent être pris en compte dans le processus d'assemblage BGA, tels que la protection électrostatique et la cuisson des composants BGA. Habituellement, les composants BGA nécessitent des boîtiers spéciaux avec une exigence de protection électrostatique. Pendant le processus d'assemblage de la carte de circuit imprimé, des mesures de protection électrostatique rigoureuses doivent être prises, y compris la mise à la terre de l'équipement, la gestion du personnel et l'administration de l'environnement.

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Ressources utiles
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