Использование микросхем в корпусах типа BGA (от английского Ball Grid Array — матрицы шаровидных выводов) позволяет увеличить плотность поверхностного монтажа.
При этом усложняется технология изготовления печатных плат и возникают дефекты при пайке микросхем такого типа. Также увеличиваются требования к качеству материалов, оборудования и технологии пайки.
Вместе с «ЗУМ-СМД» рассмотрим несколько технологических способов, которые помогут уменьшить вероятность ошибок при smd-монтаже микросхем в корпусах BGA.
Свойства микросхем в корпусах BGA
В отличие от корпусов классических микросхем, у которых выводы расположены по бокам устройства, компоненты BGA типа в качестве электродов имеют шаровидные площадки на нижней широкой прямоугольной поверхности изделия. Поэтому выводы смонтированной микросхемы закрыты самим корпусом интегрального компонента. Такая конструкция в большой степени защищает их от скопления загрязнений между выводами и появлению нежелательных гальванических связей. Однако это накладывает ограничения на методы пайки, качество соединений и делает невозможным визуальное исследование состояния монтажа.
На качество монтажа чипов, упакованных в корпуса BGA типа, влияет состояние интегральных компонентов. Дефектами могут быть:
- заводской брак;
- нарушение технологии лужения выводов, использование некачественных материалов;
- ненадлежащие условия хранения, отсутствие целостности упаковки;
- повреждения при транспортировке, падения, механические воздействия и др.
Для восстановления состояния выводов используют реболлинг. Эту операция применяют, в основном, для демонтированных микросхем и для BGA компонентов, которые подверглись механическим воздействиям или длительное время хранились в разгерметизированном состоянии.
Приемы BGA монтажа
Одним из положительных свойств при пайке BGA компонентов является самоцентрирование. Этот эффект проявляется при формировании паянного соединения, когда расплавленный припой, находящийся на контактных точках печатной платы, соприкасается с разогретыми выводами микросхемы. При этом, если электроды BGA микросхемы расположены в точном соответствии напротив smd-контактов печатной платы, то сближаясь происходит смачивание соединяемых контактов припоем.
В этом случае локальные силы, удерживающие припой в каплевидном состоянии, стремятся равномерно распределиться на поверхности контактов, чем максимально центрируют их расположение. Для проявления такого эффекта необходимо соблюдение дополнительных условий:
- контакты на всей поверхности должны обладать хорошей смачиваемостью припоем;
- корпус в момент соединения не должен быть жестко зафиксирован, но ему нужно иметь возможность смещаться.
Для качественной пайки многовыводных BGA микросхем повышаются требования по копланарности всей поверхности монтажа. Неравномерность плоскости печатной платы может быть устранена частичной шлифовкой, а некопланарность микросхемы нейтрализуется величиной слоя припоя.
Корпуса BGA микросхем имеют классификацию чувствительности к влажности при разгерметизации для подготовки к монтажу. Для некоторых компонентов время хранения составляет всего 24 — 72 ч при 60% RH, поэтому требуется учет и контроль состояния влажности. Если же эти условия были нарушены, то для качественного монтажа требуется длительная сушка в температурном диапазоне +90° С — +125° С в течении 1 — 2 суток. Оснащение производства шкафами сухого хранения позволит увеличить время хранения разгерметизированных BGA микросхем.