Les progrès constants de la science et de la technologie ont conduit la société moderne à être étroitement liée à la technologie électronique. Des exigences rigoureuses ont été imposées en matière de miniaturisation et de légèreté des produits électroniques tels que les téléphones portables, les ordinateurs portables, les dispositifs de stockage, les unités de disque dur, les lecteurs de CD-ROM, les téléviseurs haute résolution, etc. Pour atteindre de tels objectifs, des études doivent être menées en termes de technologie de fabrication et de composants. La technologie de montage en surface (SMT, Surface Mount Technology) s’inscrit dans cette tendance et pose une base solide pour la miniaturisation des produits électroniques.
Les années 1990 ont vu la technologie SMT entrer dans une phase de maturité. Cependant, des exigences plus élevées ont été imposées à la technologie d’assemblage électronique, les produits électroniques évoluant rapidement vers la portabilité, la miniaturisation, la mise en réseau et le multimédia, parmi lesquels le boîtier BGA (ball grid array) représente un type de technologie d’assemblage à haute densité entrant dans une phase pragmatique. La qualité des joints de soudure joue un rôle déterminant dans la fiabilité et les performances de l’assemblage SMT, de sorte que la qualité des joints de soudure BGA doit être particulièrement prise en compte. Ainsi, cet article proposera quelques mesures efficaces pour garantir la qualité des joints de soudure des composants BGA, sur la base desquelles la fiabilité finale de l’assemblage SMT peut être assurée.
Brève introduction à la technologie d’encapsulation BGA
La technologie d’encapsulation BGA a vu le jour dès les années 1960 et a été appliquée pour la première fois par la société IBM. Néanmoins, la technologie d’encapsulation BGA n’est entrée dans une phase pragmatique qu’au début des années 1990.
Dès les années 1980, des exigences plus élevées ont été imposées à la miniaturisation des produits électroniques et au nombre de broches d’E/S. Malgré les caractéristiques de miniaturisation offertes par la technologie SMT, des exigences plus strictes ont été formulées concernant les composants à nombre élevé de broches d’E/S, au pas fin et la coplanarité des broches. Toutefois, en raison des limites liées à la précision de fabrication, à la fabricabilité, au coût et à la technologie d’assemblage, le pas minimal des composants QFP (quad flat package) est de 0,3 mm, ce qui freine le développement de l’assemblage à haute densité. De plus, comme les composants QFP à pas fin imposent des exigences très strictes à la technologie d’assemblage, ce qui limite leurs applications, les fabricants de composants se sont tournés vers la R&D de composants BGA, qui présentent plus d’avantages que les composants QFP.
Les limites des composants à pas fin résident dans leurs broches, qui se plient et se cassent facilement et présentent une grande fragilité, imposant des exigences élevées en matière de coplanarité des broches et de précision de montage. La technologie d’encapsulation BGA adopte un nouveau mode de conception : des billes de soudure circulaires ou en forme de colonne sont dissimulées sous le boîtier, de sorte que l’espacement entre les broches est important tandis que leur longueur reste courte. Par conséquent, la technologie d’encapsulation BGA permet de résoudre les problèmes de coplanarité et de déformation qui surviennent généralement sur les composants à pas fin.
Par conséquent, les composants BGA offrent de meilleures performances en termes de fiabilité et d’assemblage SMT que les SMD (dispositifs montés en surface) ordinaires. Le seul problème des composants BGA réside dans la difficulté des tests des joints de soudure, ainsi que dans la difficulté à garantir la qualité et la fiabilité.
Problèmes de joints de soudure des composants BGA
Jusqu’à présent, des assembleurs électroniques fiables,PCBCartpar exemple, les défauts de soudure des composants BGA sont révélés par des tests électroniques. D’autres méthodes pour contrôler la qualité du processus technique d’assemblage et déterminer les défauts lors de l’assemblage de composants BGA incluent des essais d’échantillons lors du dépôt de pâte, l’AXI et l’analyse des résultats des tests électroniques.
La satisfaction des exigences d’évaluation de la qualité des réunions constitue une technologie difficile, car il est compliqué de sélectionner des points de test sous les boîtiers. En ce qui concerne l’inspection et l’identification des défauts des composants BGA, le test électronique est généralement insuffisant, ce qui, dans une certaine mesure, augmente les coûts d’élimination des défauts et de retouche.
Au cours du processus d’inspection des défauts des composants BGA, les tests électroniques ne peuvent juger que si le courant est établi ou non une fois les composants BGA connectés. Si un test de brasure non physique est mis en œuvre à titre d’assistance, cela est bénéfique pour le procédé technique d’assemblage et l’amélioration du SPC (contrôle statistique des procédés).
L’assemblage de composants BGA est un type de procédé technique de connexion physique de base. Afin de pouvoir confirmer et contrôler la qualité du procédé technique, il est nécessaire de connaître et de tester les éléments physiques qui influencent leur fiabilité à long terme, tels que le volume de pâte à braser, l’alignement des broches et des pastilles, ainsi que la mouillabilité. Sinon, il est préoccupant d’apporter des modifications uniquement sur la base des résultats générés par les tests électroniques.
Méthodes d’inspection des composants BGA
Il est extrêmement important de tester les caractéristiques physiques des joints de soudure des composants BGA et de déterminer comment contribuer de manière constante à des connexions fiables pendant le processus d’assemblage, au cours de la période de recherche sur le procédé technique. Les informations de retour fournies par l’ensemble des tests sont liées aux modifications de chaque procédé technique ou des paramètres des joints de soudure.
Le test physique est capable de signaler les changements de situation du dépôt de pâte à braser et l’état des connexions des composants BGA dans le processus de refusion. De plus, il peut mettre en évidence la situation de tous les composants BGA sur une même carte de circuit imprimé et entre différentes cartes. Par exemple, pendant le processus de refusion, des variations extrêmes d’humidité liées aux changements du temps de refroidissement peuvent se refléter sur le nombre et la taille des cavités des joints de soudure BGA.
En réalité, il n’existe pas tant d’appareils d’inspection permettant une mesure précise et un contrôle de la qualité pour l’ensemble du processus technique d’assemblage des composants BGA. Les dispositifs d’inspection automatique par laser peuvent tester l’état de l’impression de la pâte à braser avant le montage des composants, mais ils fonctionnent à faible vitesse et ne sont pas capables d’assurer l’inspection de la qualité du brasage par refusion des composants BGA.
Avec l’application d’un dispositif d’inspection par rayons X, la pâte à braser sur le plot apparaît sous forme d’une image d’ombre, car la pâte à braser est placée au-dessus du joint de soudure. Pour les composants BGA non collapsibles, une ombre peut également être observée en raison des billes de soudure prépositionnées, ce qui rend certainement l’évaluation difficile. En effet, l’effet d’ombre provoqué par la pâte à braser ou par les billes de soudure prépositionnées empêche les dispositifs d’inspection par rayons X de fonctionner correctement, ceux-ci ne pouvant refléter qu’approximativement les défauts de procédé du packaging BGA. En outre, l’inspection de la périphérie est confrontée à des difficultés, notamment un manque de pâte à braser ou des circuits ouverts résultant de contaminants.
La technologie d’inspection par rayons X en coupe est capable de surmonter les limitations mentionnées ci-dessus. Elle peut inspecter les défauts cachés des joints de soudure et afficher les connexions des joints de soudure BGA.
Défauts essentiels des joints de soudure BGA
• Circuits ouverts
Les circuits ouverts se produisent toujours sur les joints de soudure BGA non rétractables en raison de contaminants sur les pastilles. Comme la pâte à braser ne parvient pas à mouiller les pastilles sur le PCB (carte de circuit imprimé), elle remonte jusqu’à la surface du composant en traversant les billes de soudure. Comme mentionné ci-dessus, le test électronique peut déterminer les circuits ouverts mais ne parvient pas à distinguer si ces circuits ouverts résultent de contaminants sur les pastilles ou de défauts de sérigraphie de la soudure. Les dispositifs d’inspection par rayons X ne parviennent pas non plus à indiquer les circuits ouverts, en raison de l’effet d’ombre des billes de soudure situées en amont.
La technologie d’inspection par rayons X en coupe est capable de capturer une image en tranche entre le plot et les composants, puis de confirmer les circuits ouverts résultant de contaminants. Étant donné que les circuits ouverts dus à des contaminants présentent un diamètre de plot fin et un diamètre de composant relativement grand, la différence entre le diamètre du composant et celui du plot peut être utilisée pour déterminer si les circuits ouverts sont causés par des contaminants. En ce qui concerne les circuits ouverts résultant d’une quantité insuffisante de pâte à braser, seuls les dispositifs d’inspection en coupe peuvent les détecter.
• Vide
La formation de vides dans le brasage des composants BGA à billes déformables est générée parce que la vapeur en circulation est retenue au niveau des joints de soudure présentant un point eutectique bas. Les vides peuvent être considérés comme un défaut majeur apparaissant sur les composants BGA à billes déformables. Pendant le procédé de brasage par refusion, la flottation due aux vides se concentre à la surface des composants, de sorte que la majorité des défaillances de joints de soudure se produisent également à cet endroit.
Les vides peuvent être éliminés en effectuant un préchauffage et en augmentant la durée du préchauffage transitoire ainsi qu’en maintenant une faible température de préchauffage pendant le processus de brasage par refusion. Une fois que les vides dépassent une certaine plage de taille, de nombre ou de densité, la fiabilité diminue inévitablement. Cependant, une autre école de pensée considère que les vides ne devraient pas être limités, mais au contraire accélérés dans leur rupture et leur expansion afin qu’ils puissent être détectés comme défaillants et éliminés le plus tôt possible.
PCBCart : un assembleur SMT professionnel pour composants BGA
PCBCart dispose d’une ligne d’assemblage SMT spécialisée comprenant une imprimante de pâte à braser, une machine de pose de composants (chip mounter), des équipements AOI en ligne et hors ligne, un four de refusion, un équipement AXI et une station de retouche BGA. La procédure d’assemblage automatique fournie par PCBCart est capable de traiter des composants BGA avec un pas aussi faible que 0,4 mm. Tous les services et produits que nous fournissons sont conformes aux exigences du système ISO 9001:2008, ce qui constitue une base solide pour la satisfaction des attentes des clients.Contactez-nouspour plus d’informations sur nos capacités SMT pour les composants BGA. Ou vous pouvez cliquer sur le bouton ci-dessous pour demander un devis PCBA GRATUIT et sans engagement !
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Ressources utiles
•Quatre étapes pour connaître le BGA
•Une introduction à la technologie d’encapsulation BGA
•Brève introduction aux types de boîtiers BGA
•Facteurs influençant la qualité de l’assemblage BGA
