Il costante progresso della tecnologia scientifica ha portato la società moderna a essere strettamente legata alla tecnologia elettronica. Sono stati posti requisiti rigorosi in termini di miniaturizzazione e leggerezza dei prodotti elettronici come telefoni cellulari, computer portatili, dispositivi di archiviazione, unità hardware, unità CD-ROM, TV ad alta risoluzione ecc. Per raggiungere tali obiettivi, è necessario condurre studi in termini di tecnologia di produzione e componenti. La SMT (tecnologia a montaggio superficiale) è in linea con questa tendenza, ponendo solide basi per la miniaturizzazione dei prodotti elettronici.
Negli anni ’90 la tecnologia SMT è entrata in una fase di maturità. Tuttavia, con lo sviluppo rapido dei prodotti elettronici verso la portabilità, la miniaturizzazione, la connessione in rete e il multimedia, sono stati posti requisiti più elevati alla tecnologia di assemblaggio elettronico, tra cui il package BGA (ball grid array) rappresenta un tipo di tecnologia di assemblaggio ad alta densità che è entrata in una fase pragmatica. La qualità dei giunti di saldatura svolge un ruolo così fondamentale nel determinare l’affidabilità e le prestazioni dell’assemblaggio SMT che occorre porre particolare attenzione alla qualità dei giunti di saldatura BGA. Pertanto, questo articolo fornirà alcune misure efficaci per garantire la qualità dei giunti di saldatura dei componenti BGA, sulla base delle quali può essere assicurata l’affidabilità finale dell’assemblaggio SMT.
Una breve introduzione alla tecnologia di packaging BGA
La tecnologia di packaging BGA è nata già negli anni ’60 ed è stata applicata per la prima volta dalla IBM. Tuttavia, la tecnologia di packaging BGA non è entrata in una fase pragmatica fino all’inizio degli anni ’90.
Già negli anni ’80 sono stati posti requisiti più elevati per la miniaturizzazione dell’elettronica e per il numero di pin di I/O. Nonostante la caratteristica di miniaturizzazione offerta dalla tecnologia SMT, sono stati fissati requisiti ancora più rigorosi per componenti ad alto numero di pin di I/O, a passo fine e con coplanarità dei terminali. Tuttavia, a causa dei limiti in termini di precisione di produzione, producibilità, costi e tecnologia di assemblaggio, il passo minimo dei componenti QFP (quad flat package) è di 0,3 mm, il che limita lo sviluppo dell’assemblaggio ad alta densità. Inoltre, poiché i componenti QFP a passo fine richiedono requisiti molto severi per quanto riguarda la tecnologia di assemblaggio, il loro impiego risulta limitato; di conseguenza, i produttori di componenti si sono orientati verso la ricerca e sviluppo di componenti BGA, che presentano maggiori vantaggi rispetto ai componenti QFP.
Le limitazioni dei componenti a passo fine risiedono nei loro terminali, che sono facili da piegare e rompere e sono soggetti a fragilità, imponendo requisiti elevati per la coplanarità dei terminali e la precisione di montaggio. La tecnologia di packaging BGA sfrutta una nuova modalità di progettazione, ovvero le sfere di saldatura circolari o a colonna sono nascoste sotto il package, in modo che l’interspazio tra i terminali sia ampio e i terminali siano corti. Di conseguenza, la tecnologia di packaging BGA è in grado di risolvere il problema derivante dalla coplanarità e dall’imbarcamento che di solito si verificano sui componenti a passo fine.
Pertanto, i componenti BGA offrono prestazioni migliori in termini di affidabilità e assemblaggio SMT rispetto ai normali SMD (dispositivi a montaggio superficiale). L’unico problema dei componenti BGA risiede nella loro difficoltà per quanto riguarda il collaudo dei giunti di saldatura e la difficoltà di garantire qualità e affidabilità.
Problemi di giunzioni di saldatura dei componenti BGA
Fino ad ora, affidabili assemblatori elettronici,PCBCartad esempio, i difetti di saldatura dei componenti BGA vengono rilevati tramite test elettronici. Altri metodi per controllare la qualità del processo tecnico di assemblaggio e individuare i difetti durante l’assemblaggio dei componenti BGA includono test a campione sullo stencil della pasta saldante, AXI e analisi dei risultati dei test elettronici.
Il requisito di valutazione della qualità delle giunzioni è una tecnologia impegnativa, perché è difficile individuare i punti di test sotto i package. Quando si tratta di ispezione e identificazione dei difetti dei componenti BGA, il test elettronico è solitamente insufficiente, il che in una certa misura aumenta i costi per l’eliminazione dei difetti e le rilavorazioni.
Durante il processo di ispezione dei difetti dei componenti BGA, il test elettronico è in grado solo di determinare se la corrente è presente o assente una volta che i componenti BGA sono collegati. Se viene implementato come supporto un test non fisico delle giunzioni di saldatura, ciò risulta vantaggioso per il processo tecnico di assemblaggio e per il miglioramento dell’SPC (controllo statistico di processo).
L’assemblaggio di componenti BGA è un tipo di processo tecnico di connessione fisica di base. Per poter confermare e controllare la qualità del processo tecnico, è necessario conoscere e testare gli elementi fisici che influiscono sulla loro affidabilità a lungo termine, come il volume della pasta saldante, l’allineamento dei terminali e dei pad e la bagnabilità. In caso contrario, è preoccupante apportare modifiche basandosi solo sui risultati generati dai test elettronici.
Metodi di ispezione dei componenti BGA
È estremamente importante testare le caratteristiche fisiche delle giunzioni saldate dei componenti BGA e determinare come contribuire in modo costante a connessioni affidabili durante il processo di assemblaggio nel periodo di ricerca del processo tecnico. Le informazioni di feedback fornite da tutti i test sono correlate alle modifiche di ciascun processo tecnico o dei parametri delle giunzioni saldate.
Il test fisico è in grado di rilevare i cambiamenti di situazione nel controllo della pasta saldante e lo stato delle connessioni dei componenti BGA nel processo di saldatura a rifusione. Inoltre, può mostrare la situazione di tutti i componenti BGA sullo stesso circuito stampato e tra schede diverse. Ad esempio, durante il processo di saldatura a rifusione, variazioni estreme di umidità al variare del tempo di raffreddamento possono riflettersi nel numero e nelle dimensioni delle cavità dei giunti di saldatura BGA.
In effetti, non esistono molti dispositivi di ispezione per la misurazione accurata e il controllo di qualità dell’intero processo tecnico di assemblaggio dei componenti BGA. I dispositivi automatici di ispezione laser sono in grado di verificare la situazione di stampa della pasta saldante prima del montaggio dei componenti, ma funzionano a bassa velocità e non sono in grado di effettuare l’ispezione della qualità della saldatura a rifusione per i componenti BGA.
Con l’applicazione del dispositivo di ispezione a raggi X, la pasta saldante sul pad mostra un’immagine in ombra perché la pasta è posizionata sopra il giunto di saldatura. Nel caso di componenti BGA non collassabili, si può vedere un’ombra anche a causa delle sfere di saldatura preformate, che rendono sicuramente difficile la determinazione. Ciò accade perché l’effetto ombra provocato dalla pasta saldante o dalle sfere di saldatura preformate impedisce il corretto funzionamento dei dispositivi di ispezione a raggi X, che possono solo riflettere in modo approssimativo i difetti di processo del packaging BGA. Inoltre, l’ispezione della periferia è ostacolata da problematiche quali insufficiente pasta saldante o circuiti aperti dovuti a contaminanti.
La tecnologia di ispezione a raggi X in sezione trasversale è in grado di superare le limitazioni sopra menzionate. Può ispezionare i difetti nascosti delle giunzioni di saldatura e visualizzare le connessioni delle giunzioni di saldatura BGA.
Difetti essenziali del giunto di saldatura BGA
• Circuiti aperti
I circuiti aperti si verificano sempre nei giunti di saldatura BGA non collassabili a causa dei contaminanti sui pad. Poiché la pasta saldante non riesce a bagnare il pad sul PCB (printed circuit board), essa risale verso la superficie del componente attraversando le sfere di saldatura. Come già menzionato, il test elettronico può determinare i circuiti aperti ma non riesce a distinguere se essi derivino da contaminanti sui pad o da difetti nella serigrafia della saldatura. Anche i dispositivi di ispezione a raggi X non riescono a indicare i circuiti aperti, a causa dell’effetto ombra delle sfere di saldatura preposte.
La tecnologia di ispezione a raggi X in sezione trasversale è in grado di acquisire immagini a strato tra il pad e i componenti e, successivamente, di confermare i circuiti aperti dovuti a contaminanti. Poiché i circuiti aperti causati da contaminanti generano un diametro del pad ridotto e un diametro del componente relativamente grande, la differenza tra il diametro del componente e quello del pad può essere utilizzata per determinare se i circuiti aperti si verificano a causa di contaminanti. Per quanto riguarda i circuiti aperti dovuti a una quantità insufficiente di pasta saldante, solo i dispositivi di ispezione in sezione trasversale possono rilevarli.
• Vuoto
Il fenomeno dei vuoti nella saldatura dei componenti BGA collapsible si genera perché il vapore che fluisce viene trattenuto nei giunti di saldatura con basso punto eutettico. Il vuoto può essere considerato come un difetto principale che si verifica nei componenti BGA collapsible. Durante il processo di saldatura a rifusione, il galleggiamento dovuto ai vuoti si concentra sulla superficie dei componenti, per cui la maggior parte dei cedimenti dei giunti di saldatura avviene anch’essa in quella zona.
I difetti di vuoto possono essere eliminati tramite il preriscaldamento e aumentando il tempo di preriscaldamento transitorio e la bassa temperatura di preriscaldamento durante il processo di saldatura a rifusione. Una volta che i vuoti superano un certo intervallo di dimensione, numero o densità, l’affidabilità diminuirà inevitabilmente. Tuttavia, esiste un’altra corrente di pensiero secondo cui i vuoti non dovrebbero essere limitati, ma se ne dovrebbe invece favorire la rottura e l’espansione, in modo che possano manifestare il guasto ed essere eliminati il prima possibile.
PCBCart: Un assemblatore SMT professionale per componenti BGA
PCBCart dispone di una linea di assemblaggio SMT specializzata che include stampante per pasta saldante, posizionatrice di componenti, apparecchiature AOI in linea e fuori linea, forno di saldatura a rifusione, apparecchiature AXI e stazione di rilavorazione BGA. La procedura di assemblaggio automatica fornita da PCBCart è in grado di gestire componenti BGA con un passo minimo di 0,4 mm. Tutti i servizi e i prodotti da noi forniti sono conformi alle normative del sistema ISO9001:2008, che costituisce una solida base per il soddisfacimento delle aspettative dei clienti.Contattaciper maggiori informazioni sulle nostre capacità SMT per componenti BGA. Oppure puoi fare clic sul pulsante qui sotto per richiedere un preventivo PCBA GRATUITO e senza impegno!
Richiesta di preventivo per l'assemblaggio PCB
Risorse utili
•Quattro passaggi per conoscere il BGA
•Un'introduzione alla tecnologia di packaging BGA
•Una breve introduzione ai tipi di package BGA
•Fattori che influenzano la qualità dell’assemblaggio BGA
