Les boîtiers à billes (BGA, Ball Grid Arrays) peuvent, à première vue, sembler difficiles à souder, étant donné que les billes de soudure sont placées entre le corps du BGA et le circuit imprimé. Cependant, avec des ajustements minimes du processus d’assemblage des circuits imprimés, les BGA offrent des avantages remarquables en termes de fiabilité ainsi que de performances. Ce guide complet explore les subtilités de la soudure des BGA et son impact révolutionnaire sur la fabrication électronique moderne.
Avec les progrès de la technologie, les puces ont nécessité un nombre de broches de plus en plus élevé, et les boîtiers à broches traditionnels comme le Quad Flat Pack (QFP) sont devenus incompatibles. Les broches délicates du QFP étaient non seulement facilement endommagées, mais compliquaient également le routage du PCB, car elles étaient très proches les unes des autres. Cela a rendu nécessaire un nouveau système de boîtier, et le Ball Grid Array (BGA) a été inventé, dans lequel tout l’arrière de la puce est utilisé pour surmonter ces limitations.
Un boîtier à matrice de billes (BGA, pour Ball Grid Array) est unique par rapport aux boîtiers classiques à broches. Au lieu de broches fragiles et étroitement espacées, les BGA utilisent une matrice de billes de soudure disposées en grille. Ces billes viennent au contact d’un ensemble équivalent de pastilles en cuivre sur le PCB, ce qui permet d’obtenir une connexion solide améliorée, sans risque de rupture de broches.
Avantages des boîtiers BGA
Les BGA présentent plusieurs avantages importants par rapport aux QFP :
Conception de PCB améliorée :Le BGA répartit les contacts uniformément sur toute la surface du boîtier, réduisant significativement les problèmes de densité de pistes rencontrés avec les QFP, où la densité des broches entraîne des problèmes de routage compliqués et complexes.
Robustesse et durabilité :L’absence de broches fragiles et l’utilisation de billes de soudure solides rendent les BGA nettement plus robustes. Les dommages sont beaucoup moins probables, car le risque lié à la manipulation de composants délicats est considérablement réduit.
Gestion thermique améliorée :Avec une résistance thermique inférieure à celle des QFP, les BGA transfèrent efficacement la chaleur du circuit intégré vers le PCB, améliorant les performances et réduisant la probabilité de surchauffe.
Amélioration des performances à grande vitesse :Les connexions plus courtes des BGA réduisent l’inductance, ce qui améliore l’intégrité du signal et permet aux BGA de mieux gérer les applications à haute vitesse que les QFP.
Le processus de soudage BGA
L’une des plus grandes préoccupations lors de l’introduction des BGA concernait la soudabilité de ces composants, puisque les connexions ne sont pas visibles. Cependant, des procédés de brasage BGA optimisés se sont révélés très fiables :
Phase de préparation :
La propreté est essentielle. Le PCB comme le BGA doivent être exempts de contaminants afin d’obtenir une adhérence de soudure optimale et une qualité de connexion maximale.
Montez le PCB sur une plateforme rigide afin qu’il n’y ait aucun mouvement pendant le processus.
Application de pâte à braser :
Un pochoir présentant le même motif de pastilles BGA que sur le PCB est utilisé pour appliquer la pâte à braser avec précision. Cela garantit que chaque pastille reçoit la quantité appropriée de soudure nécessaire.
Le retrait méticuleux du pochoir évite les bavures, qui peuvent entraîner des courts-circuits ou de mauvaises connexions.
Placement BGA :
Positionner le BGA exactement au-dessus de ses pastilles correspondantes est essentiel. Des microscopes et des outils de précision sont utilisés pour placer les billes de soudure directement au-dessus de leurs pastilles respectives.
Processus de brasage par refusion :
La soudure par refusion consiste à chauffer progressivement l’assemblage afin de faire fondre les billes de soudure. La tension de surface aligne automatiquement le BGA avec le circuit imprimé lorsque la soudure durcit pendant le refroidissement.
La composition de l’alliage de la brasure et le profil de température contrôlé font que la brasure ne fond pas complètement, empêchant les billes de soudure de fusionner, ce qui conduirait à des pontages.
Inspection et assurance qualité
L’inspection des joints de soudure BGA a posé d’importantes difficultés aux premiers stades en raison de leur emplacement difficilement accessible. Avec le progrès du temps, l’inspection automatisée par rayons X (AXI) est devenue une norme pour garantir la fiabilité des joints sous les BGA. L’AXI permet une inspection précise du joint de soudure, en identifiant les vides ou les défauts qui pourraient passer inaperçus lors de tests électriques classiques.
Retraitement des assemblages BGA
La retouche des composants BGA serait probablement encore plus contraignante à réaliser que leur fabrication initiale, nécessitant des équipements de haute précision :
Postes de retoucheIls utilisent un chauffage infrarouge pour chauffer localement la brasure afin de retirer ou de ressouder les BGA. Une station de retouche comprend quelques éléments importants tels qu’un gabarit de précision, un thermocouple pour la surveillance de la température et un outil à vide pour saisir le BGA.
Procédures de précaution :Lors de la retouche, seule la BGA cible doit être chauffée, afin d’éviter la destruction involontaire d’autres composants à proximité. Cela exige une main sûre et une sensibilité aux dynamiques thermiques, en particulier sur les circuits imprimés multicouches fortement densifiés où la dissipation de chaleur est mauvaise.
Adoption de la technologie BGA
Depuis leur invention, les BGA sont devenus un composant essentiel des procédés avancés d’assemblage de circuits imprimés, tout comme la fabrication en grande série est complétée par le travail de prototypage. Bien qu’ils constituent un premier inconvénient, l’utilisation de BGA offre des performances et une fiabilité accrues dans un circuit par rapport aux options alternatives.
Pour des secteurs tels que les télécommunications, l’électronique grand public et l’informatique, les fonctionnalités offertes par les BGA — allant d’une gestion thermique supérieure à un traitement de données à haute vitesse — sont inestimables. À mesure que la technologie continue d’évoluer, la demande de solutions de connectivité efficaces, fiables et performantes ne fera qu’augmenter, renforçant encore le rôle des BGA dans l’avenir de la fabrication électronique.
La soudure BGA est un art qui doit être maîtrisé par les professionnels du secteur de la fabrication électronique. La complexité accrue est rapidement éclipsée par les énormes avantages en termes de performances et de fiabilité qu’apportent les BGA. À mesure que les technologies de soudure et d’inspection évoluent, les BGA deviennent une pierre angulaire de l’assemblage et de la conception de PCB modernes, stimulant l’innovation et l’efficacité dans les industries du monde entier. Alors que nous avançons vers des produits électroniques plus petits et plus performants, la nécessité de maîtriser la technologie BGA n’a jamais été aussi importante.
Chez PCBCart, nous comprenons le rôle essentiel que jouent les BGA dans les processus de fabrication électronique contemporains. Grâce à notre expertise en assemblage de circuits imprimés et à nos solutions technologiques avancées, nous veillons à ce que vous receviez les meilleurs produits, spécialement conçus pour répondre à vos besoins. Qu’il s’agisse de production de masse ou de réalisation de prototypes, nos services sont personnalisés pour vous aider à atteindre vos objectifs avec précision et fiabilité. Nous vous invitons à en savoir plus sur les avantages offerts par PCBCart et à demander un devis pour découvrir comment nous pouvons vous aider à concrétiser vos projets. Avec notre engagement envers l’excellence et l’innovation, vous pouvez compter sur nous comme partenaire de confiance pour façonner l’avenir de la fabrication électronique.
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