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Cómo soldar matrices de rejilla de bolas

 Cómo soldar matrices de rejilla de bolas

A primera vista, las matrices de rejilla de bolas de soldadura, las BGA pueden parecer difíciles, ya que las bolas de soldadura que se sueldan en la PCB están intercaladas entre el cuerpo de la BGA y la placa de circuito.

Sin embargo, se ha demostrado que el ensamblaje de PCB con BGA funciona y funciona bien. Es posible que sea necesario modificar ligeramente el proceso de soldadura y otras áreas del ensamblaje de la PCB, pero se ha descubierto que los beneficios del uso de BGA son bastante significativos, tanto en términos de confiabilidad como de rendimiento.

El Ball Grid Array, BGA se introdujo como resultado del aumento significativo del número de pines en muchos chips. Los pasadores de los soportes como el Quad Flat Pack se volvieron muy delicados y fáciles de dañar. Además, el enrutamiento de PCB fue difícil como resultado de la proximidad de muchos cables. El uso de toda la parte inferior del chip resolvió los problemas de densidad en los cables de chip frágiles de una sola vez.

Los componentes BGA brindan una solución mucho mejor para muchas placas, pero se requiere cuidado en el proceso de ensamblaje de la PCB al soldar componentes BGA para asegurarse de que el BGA se suelde correctamente para que todas las uniones se hagan correctamente.

¿Qué es una matriz de cuadrícula de bolas?

El Ball Grid Array o BGA, es un paquete muy diferente a los que usan pines, como el paquete plano cuádruple. Los pines del paquete BGA están dispuestos en un patrón de cuadrícula y esto da lugar al nombre. Además de esto, en lugar de tener los pines de cable más tradicionales para las conexiones, se utilizan almohadillas con bolas de soldadura. En la placa de circuito impreso, PCB, en la que se instalarán los componentes BGA, hay un juego de almohadillas de cobre a juego para proporcionar la conectividad requerida.

Los paquetes BGA ofrecen muchas ventajas sobre sus rivales quad flat pack y, como resultado, se utilizan cada vez más para la fabricación de circuitos electrónicos:

  • Diseño de PCB mejorado como resultado de una menor densidad de pistas: Las densidades de seguimiento alrededor de muchos paquetes, como el paquete plano cuádruple, se vuelven muy altas debido a la gran proximidad de los pines. Un BGA distribuye los contactos por todo el área del paquete, lo que reduce en gran medida el problema.
  • El paquete BGA es robusto: Los paquetes como el paquete plano cuádruple tienen pasadores muy finos, y estos se dañan fácilmente incluso con el manejo más cuidadoso. Es casi imposible repararlos una vez que los pasadores están doblados debido a su paso muy fino. Los BGA no sufren de esto ya que las conexiones se proporcionan mediante almohadillas con bolas de soldadura BGA que son muy difíciles de dañar.
  • Menor resistencia térmica: Los BGA ofrecen una menor resistencia térmica entre el chip de silicio en sí que los dispositivos de paquete plano cuádruple. Esto permite que el calor generado por el circuito integrado dentro del paquete sea conducido fuera del dispositivo hacia la PCB de manera más rápida y efectiva.
  • Rendimiento mejorado a alta velocidad: Como los conductores están en la parte inferior del portador de chip. Esto significa que los cables dentro del chip son más cortos. En consecuencia, los niveles de inductancia de cables no deseados son más bajos y, de esta manera, los dispositivos Ball Grid Array pueden ofrecer un mayor nivel de rendimiento que sus contrapartes QFP.

Proceso de soldadura BGA

Uno de los temores iniciales sobre el uso de componentes BGA fue su soldabilidad y si la soldadura de componentes BGA podría ser tan confiable como los dispositivos de soldadura utilizando formas de conexión más tradicionales. Como las almohadillas están debajo del dispositivo y no son visibles, es necesario asegurarse de que se utiliza el proceso correcto y está completamente optimizado. La inspección y el retrabajo también fueron preocupaciones.

Afortunadamente, las técnicas de soldadura BGA han demostrado ser muy confiables, y una vez que el proceso se configura correctamente, la confiabilidad de la soldadura BGA es normalmente más alta que la de los paquetes cuádruples planos. Esto significa que cualquier ensamblaje BGA tiende a ser más confiable. Por lo tanto, su uso está ahora muy extendido tanto en el ensamblaje de PCB de producción en masa como en el ensamblaje de PCB prototipo donde se están desarrollando circuitos.

Para el proceso de soldadura BGA, se utilizan técnicas de reflujo. La razón de esto es que todo el conjunto debe llevarse a una temperatura en la que la soldadura se derrita debajo de los propios componentes BGA. Esto solo se puede lograr utilizando técnicas de reflujo.

Para la soldadura BGA, las bolas de soldadura en el paquete tienen una cantidad de soldadura muy cuidadosamente controlada, y cuando se calienta en el proceso de soldadura, la soldadura se derrite. La tensión superficial hace que la soldadura fundida mantenga el paquete en la alineación correcta con la placa de circuito, mientras que la soldadura se enfría y solidifica.

La composición de la aleación de soldadura y la temperatura de soldadura se eligen cuidadosamente para que la soldadura no se derrita por completo, sino que permanezca semilíquida, permitiendo que cada bola permanezca separada de sus vecinas.

Inspección de juntas de soldadura BGA

La inspección BGA es un área del proceso de ensamblaje de PCB que ha despertado un interés considerable cuando se introdujeron por primera vez los BGA.

La inspección BGA no se puede lograr de la manera normal utilizando técnicas ópticas sencillas porque, obviamente, las juntas de soldadura están debajo de los componentes BGA y no son visibles.

Creó un grado considerable de malestar acerca de la tecnología cuando se introdujo por primera vez y muchos fabricantes realizaron pruebas para asegurarse de que podían soldar los componentes BGA satisfactoriamente. El principal problema con la soldadura de componentes BGA es que se debe aplicar suficiente calor para garantizar que todas las bolas de la rejilla se derritan lo suficiente para que cada unión de soldadura BGA se realice satisfactoriamente.

Las uniones soldadas no se pueden probar completamente comprobando el rendimiento eléctrico. Si bien esta forma de prueba del proceso de soldadura BGA revelará la conductividad en ese momento, no ofrece una imagen completa de cómo ha tenido éxito el proceso de soldadura BGA. Es posible que la unión no se haga adecuadamente y que con el tiempo falle. Para esto, el único medio de prueba satisfactorio es una forma de inspección BGA utilizando rayos X. Esta forma de inspección BGA puede mirar a través del dispositivo la junta soldada que se encuentra debajo. Como resultado, la inspección automática de rayos X, AXI se convirtió en una tecnología convencional para verificar ensamblajes de PCB que incluían BGA. Afortunadamente, se encuentra que una vez que el perfil de calor para la máquina de soldadura está configurado correctamente, los componentes BGA se sueldan muy bien y hay pocos problemas. se encuentran con el proceso de soldadura BGA.

Reelaboración de BGA

Como era de esperar, no es fácil volver a trabajar los conjuntos BGA a menos que se disponga del equipo correcto. Si se sospecha que un componente BGA está defectuoso, entonces es posible quitar el dispositivo. Esto se logra calentando localmente el componente BGA para fundir la soldadura debajo de él.

En el proceso de retrabajo BGA, el calentamiento se logra a menudo en una estación de retrabajo especializada. Se compone de una plantilla equipada con calentador de infrarrojos, un termopar para controlar la temperatura y un dispositivo de vacío para levantar el paquete. Es necesario tener mucho cuidado para garantizar que solo se caliente y retire el BGA. Otros dispositivos cercanos deben verse afectados lo menos posible, de lo contrario, podrían dañarse.

La tecnología BGA en general y en particular el proceso de soldadura BGA han demostrado ser muy exitosos desde que se introdujeron por primera vez. Ahora son una parte integral del proceso de ensamblaje de PCB utilizado en la mayoría de las empresas para la producción en masa y para el ensamblaje de prototipos de PCB.

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