A medida que los productos electrónicos avanzan hacia la portabilidad, la miniaturización, la interconexión en red y la multimedia, se han planteado mayores exigencias a la tecnología de encapsulado de dispositivos multichip, surgiendo constantemente nuevas tecnologías de encapsulado de alta densidad, entre las cuales el BGA (ball grid array) es la más extendida. Al cambiar el modo de terminales periféricos utilizado por los encapsulados tradicionales, el BGA incorpora esferas de soldadura que en realidad son uniones abultadas de soldadura Pb/Sn que actúan como terminales bajo su base. En comparación con el modo de encapsulado tradicional, el BGA presenta ventajas como un gran número de E/S por unidad de área, baja inductancia y capacitancia de los terminales, excelente disipación térmica y baja exigencia de alineación, todo lo cual convierte al encapsulado BGA en la tecnología de encapsulado predominante en la actualidad.
A pesar de tantas ventajas presentadas en el párrafo anterior, el encapsulado BGA también presenta defectos, especialmente en términos de control de calidad durante el filtrado. Este artículo proporcionará algunas medidas sobre el control de calidad deComponentes BGAbasado en sus propiedades.
Posibles anomalías de los componentes BGA durante el filtrado
Las posibles anomalías de los componentes BGA durante el filtrado se presentan principalmente en dos tipos: bolas de soldadura y placa de cubierta. Las primeras incluyen daños en las bolas de soldadura, desprendimiento de las bolas de soldadura y oxidación de las bolas de soldadura, mientras que la segunda nunca puede determinarse a menos que se utilice la norma GJB548B-2005 como referencia.
• Daño en la bola de soldadura y rayadura en la placa de cubierta
Los daños en las esferas de soldadura y los arañazos en la placa de cubierta se producen principalmente como resultado de una falta de coincidencia con el zócalo envejecido, lo que a su vez provoca altas temperaturas y el envejecimiento de los componentes.
Los zócalos de prueba para encapsulado BGA se presentan en dos tipos: tipo punta de aguja y tipo garra. El zócalo de prueba de tipo punta de aguja se caracteriza por una forma de punta de aguja en el método de contacto entre las esferas de soldadura y el zócalo, es decir, de tipo punto a esfera. Este tipo de zócalo tiende a provocar puntas de aguja en las esferas de soldadura y la punta de aguja tiende a deformarse tras una aplicación prolongada, lo que a su vez causa daños en las esferas de soldadura. Los zócalos de tipo garra son aquellos en los que las esferas de soldadura quedan completamente abrazadas dentro del receptáculo de prueba. Este tipo de zócalos tiende a causar abrasión, lo que luego provoca golpes en la periferia de las esferas de soldadura debido a la abrasión del receptáculo de prueba. En una palabra, tanto los zócalos de tipo punta de aguja como los de tipo garra causarán daños en las esferas de soldadura tras una aplicación prolongada.
• Caída de bola de soldadura
La caída de las esferas de soldadura pertenece a un fenómeno accidental y la falla suele producirse en la superficie niquelada o en la superficie chapada en oro. La caída de las esferas de soldadura posiblemente esté asociada con la superficie de la almohadilla, como contaminación y oxidación del níquel. En el proceso de soldadura por refusión, la adhesión entre la pasta de soldadura y la almohadilla no es buena, lo que provoca que las esferas de soldadura se desprendan durante la prueba de humedad. Otra posible razón de la caída de las esferas de soldadura está relacionada con el espesor del chapado en oro en la superficie de la almohadilla, ya que un oro demasiado grueso y el estaño tienden a generar una aleación metálica frágil, lo que provoca que las esferas de soldadura se desprendan.
• Oxidación de bolas de soldadura
La oxidación de las esferas de soldadura rara vez ocurre durante el primer filtrado para la inspección de calidad de los componentes con encapsulado BGA. Cuanto más tiempo estén las esferas de soldadura expuestas al aire, más fácilmente se producirá la oxidación. Como resultado, la oxidación de las esferas de soldadura suele producirse en el segundo proceso de filtrado. Por lo tanto, es de gran importancia evitar la oxidación de las esferas de soldadura cuando se trata del control de calidad de los componentes BGA.
¿Cómo implementar el control de calidad en componentes BGA?
• IQC riguroso
La inspección visual es inevitable para el IQC (control de calidad de entrada) de cualquier componente, incluido el BGA. Los componentes BGA requieren una inspección del 100%, con las esferas de soldadura inspeccionadas al 100% bajo microscopio, lo cual es especialmente necesario para los componentes BGA después del segundo filtrado, porque los componentes BGA listos para el segundo filtrado permanecen almacenados durante un largo período de tiempo, lo que puede provocar la oxidación de las esferas de soldadura. La inspección visual se utiliza para verificar la conformidad de su apariencia. Además, los componentes BGA reciben una protección insuficiente durante el proceso de transporte, lo que provoca daños en las esferas de soldadura y la caída de las mismas.
• Control de procesos
La protección de las esferas de soldadura es importante durante el proceso de filtrado de componentes BGA. Para proteger mejor las esferas de soldadura y evitar problemas de daños, se pueden tomar las siguientes medidas.
a. Operación estándar
Se deben formular principios operativos estándar para los componentes BGA y reforzar el control de campo de los componentes BGA.
b. Protección
1) Antioxidación: Todos los componentes BGA y sus zócalos de prueba deben colocarse en un gabinete de nitrógeno durante la fase de prueba para retrasar la oxidación de las esferas de soldadura y los zócalos.
2) Protección de las esferas de soldadura: La manipulación de los componentes BGA debe realizarse mediante una bandeja especialmente diseñada y espuma antiestática que puedan garantizar la protección física de los componentes BGA durante la manipulación.
c. Prototipo de prueba
Los zócalos deben revisarse antes de cada prueba con 1 a 2 muestras ensayadas para verificar si se producen rayaduras en la placa de cubierta y si hay daños en las esferas de soldadura. Cuando no se detectan anomalías, la prueba puede continuar. Cuando se detectan anomalías, la prueba no puede continuar a menos que los zócalos sean reparados.
d. Evaluación e inspección de la vida útil del zócalo
Todos los zócalos tienen su propia vida útil y la calidad de los componentes se reducirá drásticamente cuando se exceda dicha vida útil, por lo que la evaluación de la vida útil de los componentes BGA es esencialmente importante. Una vez que los zócalos comienzan a producirse, su vida útil debe evaluarse y debe implementarse una inspección antes de que llegue el fin de la vida útil de los componentes BGA. El volumen de prueba debe estimarse antes de las pruebas posteriores. Deben realizarse inspecciones antes y después de las pruebas en los zócalos y los componentes para garantizar que no se produzcan defectos de apariencia debido a problemas relacionados con los zócalos.
e. Control de calidad
La calidad debe enfatizarse desde el principio. En primer lugar, la divulgación e implementación de la calidad y la educación sobre calidad deben dirigirse a todos los directivos y a los trabajadores de primera línea para garantizar que todo el personal pueda conocer todos los problemas existentes y los problemas fácilmente detectables, de modo que no vuelvan a surgir problemas de calidad debido a una divulgación e implementación insuficientes. A continuación, es necesario llevar a cabo formación para los trabajadores de primera línea con operaciones estandarizadas para minimizar la pérdida de calidad debida a operaciones inadecuadas. Por último, tanto la inspección de calidad como la retroalimentación sobre la calidad también son necesarias. Deben elaborarse estadísticas de información de calidad y comunicarse los comentarios sobre la calidad. El contenido informado incluye estadísticas de datos, problemas por lotes, posibles riesgos de calidad y sugerencias sobre el control de calidad, todo lo cual se proporcionará a los clientes como información fiable y material de referencia para que los departamentos superiores emulen sus medidas de gestión.
Además, se deben llevar a cabo de forma activa auditorías internas e inspecciones de seguimiento dentro del sistema de calidad. El control de calidad debe iniciarse desde el principio, con las fuentes de compra rigurosamente controladas y haciendo hincapié en los eslabones clave. Siempre que se pongan de manifiesto problemas prácticos, se deben mantener medidas de mejora continua.
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