Junto con el constante progreso de las tecnologías científicas, la sociedad moderna no puede avanzar sin el florecimiento de las tecnologías electrónicas que se han involucrado en diferentes ámbitos de la vida de las personas. Además, se han establecido exigentes requisitos para la miniaturización y el peso ligero de productos electrónicos como teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, dispositivos de almacenamiento, controladores de hardware, televisores 4K, etc. Para lograr ese objetivo, es necesario llevar a cabo una investigación profunda desde las perspectivas de las tecnologías de fabricación y de los componentes. La aplicación de la SMT (tecnología de montaje en superficie) sigue la tendencia de los tiempos, sentando una base sólida para que los productos electrónicos sean más ligeros, delgados y miniaturizados.
Desde la década de 1990, la SMT ha comenzado a utilizarse de manera madura. Sin embargo, con el rápido desarrollo de los productos electrónicos hacia la portabilidad, la miniaturización, la conectividad en red y los medios múltiples, se han establecido mayores exigencias para las tecnologías de ensamblaje electrónico, lo que ha dado lugar a la aparición de nuevos tipos de tecnologías de ensamblaje de alta densidad, entre las cuales el BGA se considera la tecnología que recibe la utilización pragmática más amplia. Cuando se trata de lograr un ensamblaje BGA óptimo, las uniones de soldadura BGA desempeñan un papel esencial en la contribución a la calidad final del ensamblaje BGA. Por lo tanto, este artículo analizará algunas medidas eficaces para el control de calidad de las uniones de soldadura BGA.
Los problemas más comunes observados en la inspección de uniones de soldadura BGA
Hasta ahora, en lo que respecta a los fabricantes dedicados al ensamblaje de productos electrónicos que utilizan componentes BGA a una escala media o grande, los defectos de soldadura de los componentes BGA se ponen de manifiesto mediante la implementación de pruebas eléctricas. Otros métodos para controlar la calidad del proceso de ensamblaje e identificar defectos en las uniones de soldadura BGA incluyen pruebas de muestra en la serigrafía de pasta, inspección por rayos X y análisis de pruebas eléctricas.
Es una tarea extremadamente desafiante cumplir con los requisitos de evaluación para las pruebas eléctricas en componentes BGA, ya que es bastante difícil tomar puntos de prueba bajo los componentes BGA. Por lo tanto, nunca se puede confiar en las pruebas eléctricas para la inspección y evaluación de defectos en BGA, lo que incrementa en cierta medida el costo de la eliminación de defectos y del retrabajo. Las pruebas eléctricas solo pueden determinar si hay o no corriente cuando los componentes BGA están conectados. Con la ayuda de pruebas de uniones de soldadura no físicas, será beneficioso para la mejora del proceso de ensamblaje y el SPC (Control Estadístico de Procesos).
El ensamblaje BGA SMT es simplemente una tecnología de conexión fundamentalmente física. Para poder determinar y controlar la calidad de este tipo de proceso, se deben conocer e inspeccionar los elementos físicos que afectan su fiabilidad en el funcionamiento a largo plazo, como la cantidad de pasta de soldadura, la alineación entre terminales y almohadilla, y la humectabilidad.
Exploración de métodos de inspección BGA
Es de importancia esencial probar las características físicas de las uniones de soldadura BGA y determinar el método para lograr una conexión fiable durante el proceso de ensamblaje, porque la retroalimentación proporcionada por la prueba está asociada con el ajuste de cada proceso o requiere el ajuste de parámetros de las uniones de soldadura.
Las pruebas físicas son capaces de demostrar los cambios en el cribado de la pasta y todo lo relacionado con las uniones de soldadura BGA durante todo el proceso de soldadura por refusión. Además, también son capaces de indicar todas las situaciones relacionadas con todos los componentes BGA montados en una PCB (placa de circuito impreso) o en diferentes PCBs. Por ejemplo, durante el proceso de soldadura por refusión, el cambio de la humedad extrema del entorno junto con el tiempo de enfriamiento se reflejará rápidamente a través del recuento y el tamaño de las cavidades (voids) en las BGA. Después de que los componentes BGA estén bien fabricados, el proceso de ensamblaje aún requiere numerosas pruebas, pero con una profundidad de inspección reducida.
Hasta ahora, los dispositivos de inspección por rayos X utilizados por muchos fabricantes para el análisis de resultados de pruebas eléctricas también presentan problemas debido a su incapacidad para comprobar la soldabilidad por refusión de las uniones de soldadura BGA. Con un dispositivo de inspección por rayos X, la imagen de la soldadura impresa sobre la almohadilla aparece como una “sombra” ya que la soldadura se encuentra por encima de la unión de soldadura. En el caso de componentes BGA no colapsables, también se produce una sombra debido a las esferas de soldadura situadas en la parte frontal.
Un dispositivo de inspección por rayos X que solo utiliza tecnología de inspección de secciones transversales por rayos X es capaz de superar la limitación mencionada anteriormente, porque los dispositivos de inspección de secciones transversales por rayos X pueden exponer los defectos ocultos de las uniones de soldadura y pueden mostrar las conexiones de soldadura BGA al enfocarse en las uniones de soldadura en la capa de las almohadillas.
En lo que respecta al volumen de soldadura y su distribución en las uniones de soldadura, se utilizan imágenes de secciones transversales o cortes horizontales para la medición. Junto con la medición de múltiples cortes de uniones de soldadura BGA del mismo tipo, se puede proporcionar de manera efectiva una prueba en 3D.
Dos Principales Defectos de las Uniones de Soldadura BGA
• Circuito abierto en uniones de soldadura BGA no colapsables
Los circuitos abiertos en uniones de soldadura BGA no colapsables suelen deberse a la contaminación de las almohadillas. Debido a que la soldadura no logra humedecer la almohadilla en la PCB, esta asciende hacia las esferas de soldadura y luego hacia la superficie del componente. Como se analizó en la parte anterior, la prueba eléctrica puede determinar la existencia de circuitos abiertos, pero no puede determinar la causa real de los defectos.
Con la aplicación de la tecnología de inspección por rayos X de sección transversal, las imágenes en cortes obtenidas entre la almohadilla y la capa del componente pueden utilizarse para distinguir los circuitos abiertos que se producen como resultado de contaminación. Los circuitos abiertos debidos a contaminación tienden a generar un radio pequeño en la almohadilla y un radio grande en el componente; las diferencias entre el radio del componente y el radio de la almohadilla pueden utilizarse para determinar si los circuitos abiertos se producen como resultado de contaminación. Si los circuitos abiertos se producen por falta de soldadura, la diferencia entre el radio del componente y el radio de la almohadilla será muy pequeña y este tipo de diferencia solo puede ser indicada por dispositivos de inspección por rayos X de sección transversal.
• Formación de vacíos en uniones de soldadura BGA colapsables
La formación de vacíos en las uniones de soldadura BGA colapsables se produce porque el vapor en flujo se detiene en las conexiones de soldadura con bajo punto eutéctico, lo cual constituye un defecto principal presente en los componentes BGA colapsables. Durante el proceso de soldadura por refusión, dado que la influencia de la flotabilidad generada por los vacíos se concentra en la superficie del componente, la mayoría de las fallas de las uniones de soldadura también se producen allí.
La formación de vacíos puede eliminarse mediante el precalentamiento durante el proceso de soldadura por refusión y añadiendo un tiempo de precalentamiento corto y una temperatura de precalentamiento relativamente baja. Si la formación de vacíos supera el tamaño, número o densidad regulados, la fiabilidad de los componentes se reducirá drásticamente. La formación de vacíos en componentes BGA colapsables puede indicarse claramente mediante una imagen de corte por rayos X en sección transversal. Algunos vacíos pueden determinarse y medirse dentro de esas imágenes o indicarse indirectamente por la imagen evidente en las uniones de soldadura BGA.
PCBCart implementa inspecciones BGA a gran escala a lo largo de la línea de fabricación de ensamblaje SMT
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Recursos útiles
•Cuatro pasos para conocer el BGA
•Una introducción a la tecnología de encapsulado BGA
•Factores que afectan la calidad del ensamblaje BGA
•Requisitos sobre los archivos de diseño para garantizar un montaje BGA eficiente
•Cómo obtener una cotización precisa para sus necesidades de ensamblaje BGA
