Avec le progrès constant des technologies scientifiques, la société moderne ne peut plus avancer sans l’essor des technologies électroniques qui sont impliquées dans différents domaines de la vie des gens. De plus, des exigences strictes ont été imposées en matière de miniaturisation et d’allègement des produits électroniques tels que les smartphones, les ordinateurs portables, les dispositifs de stockage, les contrôleurs matériels, les téléviseurs 4K, etc. Pour atteindre cet objectif, des recherches approfondies doivent être menées du point de vue des technologies de fabrication et des composants. L’application de la technologie de montage en surface (SMT, Surface Mount Technology) suit la tendance de l’époque, posant une base solide pour la légèreté, la finesse et la miniaturisation des produits électroniques.
Depuis les années 1990, la technologie SMT a commencé à être utilisée de manière mûre. Mais des exigences plus élevées ont été imposées aux technologies d’assemblage électronique avec le développement rapide des produits électroniques vers la portabilité, la miniaturisation, le réseau et les multimédias, ce qui a conduit à l’apparition de nouveaux types de technologies d’assemblage à haute densité parmi lesquelles le BGA est considéré comme la technologie bénéficiant de l’utilisation pratique la plus large. Pour obtenir un assemblage BGA optimal, les joints de soudure BGA jouent un rôle essentiel dans la qualité finale de l’assemblage BGA. Par conséquent, cet article discutera de quelques mesures efficaces pour le contrôle de la qualité des joints de soudure BGA.
Les problèmes les plus couramment observés lors de l’inspection des joints de soudure BGA
Jusqu’à présent, pour les fabricants impliqués dans l’assemblage électronique utilisant des composants BGA à moyenne ou grande échelle, les défauts de brasage des composants BGA sont mis en évidence par la mise en œuvre de tests électriques. D’autres méthodes permettant de contrôler la qualité du procédé d’assemblage et d’identifier les défauts sur les joints de soudure BGA incluent des essais par échantillonnage du dépôt de pâte, l’inspection par rayons X et l’analyse des tests électriques.
Il est extrêmement difficile de satisfaire aux exigences d’évaluation pour les tests électriques sur les composants BGA, car il est assez compliqué de récupérer des points de test sous les composants BGA. Ainsi, les tests électriques ne peuvent jamais être considérés comme fiables pour l’inspection et l’évaluation des défauts de BGA, ce qui augmente dans une certaine mesure le coût de l’élimination des défauts et des retouches. Les tests électriques ne peuvent juger que si le courant est établi ou non lorsque les composants BGA sont connectés. Avec l’assistance de tests de joints de soudure non physiques, cela sera bénéfique pour l’amélioration du processus d’assemblage et le SPC (Statistical Process Control).
L’assemblage BGA SMT est simplement une technologie de connexion fondamentalement physique. Pour pouvoir déterminer et contrôler la qualité d’un tel type de procédé, il est nécessaire de connaître et d’inspecter les éléments physiques qui influencent sa fiabilité à long terme, tels que la quantité de pâte à braser, l’alignement entre les broches et le pad, ainsi que la mouillabilité.
Exploration des méthodes d’inspection BGA
Il est d’une importance essentielle de tester les caractéristiques physiques des joints de soudure BGA et de déterminer la méthode permettant d’obtenir une connexion fiable au cours du processus d’assemblage, car les informations fournies par le test sont liées à l’ajustement de chaque étape du processus ou exigent un réglage des paramètres des joints de soudure.
Les tests physiques sont capables de démontrer les changements du dépôt de pâte à braser et tout ce qui concerne les joints de soudure BGA pendant l’ensemble du processus de refusion. De plus, ils sont également capables d’indiquer toutes les situations concernant tous les composants BGA montés sur un PCB (carte de circuit imprimé) ou sur différents PCB. Par exemple, durant le processus de soudure par refusion, la variation de l’humidité extrême de l’environnement ainsi que le temps de refroidissement seront rapidement reflétés par le nombre et la taille des vides dans les BGA. Une fois les composants BGA correctement fabriqués, le processus d’assemblage nécessite encore de nombreux tests, mais avec une profondeur d’inspection réduite.
Jusqu’à présent, les dispositifs d’inspection par rayons X utilisés par de nombreux fabricants pour l’analyse des résultats de tests électriques présentent également des problèmes liés à leur incapacité à tester la soudabilité au refusion des joints de soudure BGA. Avec un dispositif d’inspection par rayons X, l’image de la soudure déposée sur le pad apparaît sous forme d’« ombre » puisque la soudure se trouve au-dessus du joint de soudure. Pour les composants BGA non collapsibles, une ombre apparaît également en raison des billes de soudure situées à l’avant.
Un dispositif d’inspection par rayons X utilisant uniquement la technologie d’inspection en coupe par rayons X est capable de dépasser la limitation mentionnée ci-dessus, car les dispositifs d’inspection en coupe par rayons X peuvent révéler les défauts cachés des joints de soudure et montrer les connexions de soudure BGA en se focalisant sur les joints de soudure au niveau de la couche de pastilles.
En ce qui concerne le volume de soudure et sa répartition au niveau des joints de soudure, des images de coupe ou des tranches horizontales sont utilisées pour la mesure. Associée à la mesure par tranches multiples de joints de soudure BGA du même type, une analyse 3D peut être réalisée efficacement.
Deux principaux défauts des joints de soudure BGA
• Circuit ouvert dans les joints de soudure BGA non collapsibles
Les circuits ouverts au niveau des joints de soudure BGA non écrasables résultent généralement de la contamination des pastilles. Comme la soudure ne parvient pas à mouiller la pastille sur le PCB, elle remonte sur les billes de soudure puis sur la surface du composant. Comme expliqué dans la partie précédente, le test électrique peut déterminer l’existence de circuits ouverts, mais ne permet pas d’identifier la véritable cause des défauts.
Avec l’application de la technologie d’inspection par rayons X en coupe, les tranches d’images obtenues entre la pastille et la couche du composant peuvent être utilisées pour distinguer les circuits ouverts résultant de la pollution. Les circuits ouverts dus à la pollution ont tendance à générer un petit rayon de pastille et un grand rayon de composant ; les différences entre le rayon du composant et le rayon de la pastille peuvent être utilisées pour déterminer si les circuits ouverts sont dus à la pollution. Si les circuits ouverts sont causés par une quantité de soudure insuffisante, la différence entre le rayon du composant et le rayon de la pastille sera très faible, et ce type de différence ne peut être mis en évidence que par des dispositifs d’inspection par rayons X en coupe.
• Formation de vides dans les joints de soudure BGA pliables
La formation de vides dans les joints de soudure BGA collapsibles se produit parce que la vapeur en circulation est arrêtée au niveau des connexions de soudure à faible point eutectique, ce qui constitue un défaut majeur des composants BGA collapsibles. Pendant le processus de refusion, comme l’influence de la poussée générée par la formation de vides se concentre à la surface du composant, la majorité des défaillances de joints de soudure se produisent également à cet endroit.
La formation de vides peut être éliminée grâce au préchauffage pendant le procédé de brasage par refusion, en ajoutant un temps de préchauffage court et en utilisant une température de préchauffage relativement basse. Si la formation de vides dépasse la taille, le nombre ou la densité réglementés, la fiabilité des composants sera considérablement réduite. Les vides dans les composants BGA à billes déformables peuvent être clairement mis en évidence par une coupe d’image radiographique en section. Certains vides peuvent être identifiés et mesurés dans ces images ou indiqués indirectement par l’image évidente au niveau des joints de soudure BGA.
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Ressources utiles
•Quatre étapes pour connaître le BGA
•Une introduction à la technologie d’encapsulation BGA
•Facteurs influençant la qualité de l’assemblage BGA
•Exigences relatives aux fichiers de conception pour garantir un assemblage BGA efficace
•Comment obtenir un devis précis pour vos besoins d’assemblage BGA
