Pemasangan BGA (ball grid array) adalah seratus peratus serasi dengan teknologi pemasangan pematerian. Padang (pitch) BGA skala cip boleh menjadi 0.5mm, 0.65mm atau 0.8mm dan komponen BGA plastik atau seramik mempunyai padang yang lebih lebar seperti 1.5mm, 1.27mm dan 1mm. Pakej BGA dengan padang halus lebih mudah rosak berbanding IC (litar bersepadu) dengan pakej pin dan komponen BGA membenarkan pengurangan terpilih titik sentuhan untuk memenuhi keperluan khusus pada pin I/O. Sebagai teknologi termaju yang digunakan dalam pemasangan SMT (teknologi pemasangan permukaan), pakej BGA dengan cepat telah menjadi pilihan penting untuk menyesuaikan diri dengan teknologi padang halus dan ultra halus, mencapai penyambungan berketumpatan tinggi dengan teknologi pemasangan yang boleh dipercayai, yang membawa kepada semakin banyak aplikasi jenis pakej ini.
Aplikasi Peranti Pemeriksaan Tomografi Sinar-X dalam Pemasangan BGA
Kebanyakan pengeluar PCB (papan litar bercetak) dan pengeluar elektronik tidak begitu menyedari keperluan untuk menggunakan pemeriksaan sinar-X dalam proses pembuatan mereka sehinggalah komponen BGA digunakan dalam pemasangan elektronik. Kaedah pemeriksaan tradisional dianggap mencukupi seperti MVI (pemeriksaan visual manual) dan ujian elektrik termasuk MDA (analisis kecacatan pembuatan), ICT (ujian dalam litar) dan ujian fungsi. Walau bagaimanapun, semua kaedah pemeriksaan tersebut gagal mengesan isu sambungan pateri tersembunyi seperti rongga, pateri sejuk dan lekatan pateri timah yang lemah. Sistem pemeriksaan sinar-X ialah sejenis alat pemeriksaan yang telah disahkan mampu memeriksa sambungan pateri tersembunyi dan membantu mewujudkan serta mengawal proses pembuatan, menganalisis prototaip dan mengesahkan proses. Berbeza daripada MDA, ICT dan AOI (Pemeriksaan Optik Berautomasi), sistem pemeriksaan sinar-X mampu mengesahkan litar pintas, litar terbuka, rongga dan penjajaran bebola pateri BGA, memantau kualiti proses dan menyediakan data maklum balas segera untuk SPC (kawalan proses berangka) dengan kecekapan pembuatan yang tinggi.
Peranti pemeriksaan tomografi sinar-X boleh menghasilkan imej tomografi dengan menangkap imej sambungan pateri yang mampu melaksanakan analisis sambungan pateri secara automatik dan pengimbasan tomografi masa nyata. Selain itu, ia boleh menjalankan analisis perbandingan yang tepat ke atas semua sambungan pateri komponen pada kedua-dua belah papan PCB dalam beberapa saat atau sehingga 2 minit, seterusnya membuat kesimpulan sama ada sambungan pateri tersebut memenuhi piawaian atau tidak.
Proses Pemasangan BGA dan Sumber Variasi
Untuk menggunakan sistem pemeriksaan sinar-X dengan lebih berkesan, parameter kawalan proses pemasangan BGA dan had kawalan parameter perlu diperjelaskan. Proses pemasangan BGA mematuhi turutan berikut:
Apabila bebola pateri eutektik komponen BGA dipasang dalam pes pateri semasa proses pemasangan, kedudukan bebola tersebut biasanya dibetulkan melalui penjajaran sendiri timah pateri cair. Oleh itu, ketepatan pemasangan kelihatan tidak begitu penting seperti pada komponen berpadang halus berjari dan fasa kawalan utama dalam teknologi pemasangan komponen BGA ialah percetakan pes pateri dan pematerian aliran semula. Selain itu, variasi dari segi bentuk dan saiz sambungan pateri juga berkaitan dengan banyak unsur lain.
Hampir mustahil untuk menghapuskan semua variasi, jadi perkara utama dalam kawalan proses pembuatan ialah mengurangkan variasi dalam setiap fasa pembuatan. Pengaruh variasi yang berbeza terhadap produk pemasangan akhir perlu dianalisis dengan teliti dan diproses secara kuantitatif. Dengan keseluruhan proses daripada komponen BGA hingga keProses pemasangan PCBdipertimbangkan, unsur utama yang mempengaruhi kualiti sambungan pateri ialah:
1. Isipadu bebola pateri;
2. Saiz pad komponen BGA;
3. Saiz pad PCB;
4. Isipadu pes pateri;
5. Kecacatan komponen BGA semasa proses pematerian aliran semula;
6. Kecacatan PCB di kawasan pemasangan BGA semasa proses pematerian reflow;
7. Ketepatan penempatan pemasangan;
8. Lengkung suhu pematerian aliran semula.
Tidak kira jenis peranti pemeriksaan yang digunakan, mesti ada asas apabila menilai sama ada sambungan pateri layak atau tidak. IPC-A-610C menetapkan takrif kriteria penerimaan bagi sambungan pateri BGA dalam perkara 12.2.12. Sambungan pateri BGA yang baik hendaklah licin, bulat, tepi yang jelas dan tanpa rongga. Diameter, isipadu, skala kelabu dan kontras hendaklah sama untuk semua sambungan pateri dengan kedudukan yang sejajar serta tanpa anjakan atau putaran.
Keupayaan Proses Pemasangan BGA
Satu jenis komponen BGA digunakan sebagai contoh dalam perbincangan berikut. Jenis komponen BGA ini ialah komponen PBGA (plastic ball grid array) dengan 520 pin dan saiz 2"x2", yang menampilkan bebola pateri eutektik dan menggunakan fluks tanpa cucian. Analisis keupayaan proses 6 sigma dilaksanakan untuk membuktikan ketepatan penempatan BGA, kebarangkalian berlakunya litar terbuka dan litar pintas pada sambungan pateri. Andaian sebelum pengiraan adalah:
a. Tiada variasi berlaku pada pad komponen BGA atau pad PCB;
b. Komponen BGA tidak mengalami sebarang ubah bentuk (proses pematerian aliran semula);
c. Sisihan purata dikira mengikut isipadu purata sambungan pateri selepas pematerian reflow;
d. Berat komponen BGA dianggap diseimbangkan oleh daya apungan dan ketegangan permukaan;
e. Pad dan bebola pateri eutektik hendaklah mempunyai kebolehpatrian yang baik;
f. Semua taburan adalah taburan normal.
• Penempatan BGA
Peralatan SMT standard digunakan untuk memasang komponen BGA. Peralatan pemasangan biasa mampu mengenali imej bebola pateri eutektik BGA dengan keupayaan proses penempatan yang merangkumi perkara berikut:
Berdasarkan data di atas, sisihan penempatan maksimum ialah 6.53mil apabila keupayaan proses ialah 6 sigma. Memandangkan diameter pad ialah 28mil, sisihan penempatan boleh diabaikan dalam penjajaran sendiri komponen yang terhasil daripada tegangan permukaan apabila pes pateri cair. Bagi proses penempatan komponen BGA, ia mematuhi tahap 6 sigma.
• Sambungan Pateri dengan Litar Terbuka
Proses pemasangan cenderung mengalami sambungan pateri terbuka disebabkan oleh keruntuhan bebola pateri eutektik yang tidak mencukupi. Bagi PBGA dengan 520 pin, bebola pateri eutektik ialah bebola dengan diameter 30 mil yang sisihan piawainya ialah 500 mil.3(dengan volum yang terlibat) dan volum diatur kepada 14,130 mils3. Diameter pad BGA dan PCB ialah 28mil dengan ketebalan pes paterinya 6mil. Oleh itu, ketinggian purata tepi bebola pateri BGA adalah kira-kira 24mil. Berkenaan dengan keupayaan 6sigma yang mencerminkan variasi isipadu bebola pateri,
Selepas pematerian reflow, ketinggian sokongan ikatan pematerian yang ditentukan oleh isipadu purata sambungan pateri ialah 19 mil. Oleh kerana keupayaan proses ditetapkan kepada 6 sigma, ketebalan pes pateri diukur antara 4 hingga 8 mil. Selain itu, bebola pateri BGA akan runtuh ke dalam pes pateri sebanyak 3 mil, yang membawa kepada data yang dikira seperti berikut:
Ketebalan minimum pes pateri di bawah bebola pateri = 3 mil
Runtuhan minimum = 7 mil
Runtuhan terkandung minimum = 10 mil
Pesongan keselamatan minimum yang dijana untuk mengelakkan litar terbuka daripada berlaku = 2.2 mil
Apabila variasi di atas dapat dikawal dalam julat tertentu, proses pematerian reflow BGA boleh mencapai 6 sigma.
Malangnya, ubah bentuk pada komponen BGA dan PCB biasanya menyebabkan ketidakselarasan ketinggian ikatan pematerian semasa pemasangan pematerian aliran semula BGA. Perbezaan ciri komponen BGA dan pad PCB membawa kepada variasi proses. Secara keseluruhannya, walaupun semua variasi telah diambil kira, sambungan pateri terbuka masih akan berlaku. Oleh itu, sistem pemeriksaan sinar-X boleh digunakan untuk menjalankan pemeriksaan kecacatan pada sambungan pateri terbuka.
• Jambatan Sendi Pateri (litar pintas)
Kaedah yang sama boleh digunakan untuk menganggar pengaruh litar pintas pada sambungan pateri terhadap keupayaan proses pemasangan. Sambungan pateri berbeza antara satu sama lain dari segi diameter dan data yang diukur menunjukkan bahawa isipadu ikatan bagi setiap sambungan pateri adalah dalam julat dari 12800 hingga 19250 mil.3di bawah keupayaan proses 6sigma. Hasilnya, ketinggian sokongan pengikatan pematerian minimum ialah 15 mil dan diameter pengikatan pematerian maksimum boleh mencapai sehingga 38.5 mil. Apabila berkenaan dengan komponen BGA dengan padang 50 mil, penghubungan (bridging) sambungan pateri hampir tidak akan berlaku.
Analisis Kawalan Proses Statistik
Proses pemasangan BGA yang berkesankawalan menyebabkan lebih sedikit variasi berlaku pada sambungan pateri. Namun, dalam proses pemasangan sebenar, variasi berikut biasanya menyebabkan proses berfluktuasi, sekali gus memerlukan pemantauan berterusan terhadapnya.
1. Ketinggian dan isipadu pes pateri;
2. Diameter sambungan sisi komponen BGA;
3. Diameter sambungan sisi pad PCB;
4. Diameter pengikatan pusat sambungan;
5. Saiz rongga dan kadar kejadian;
6. Bebola timah.
Ketebalan pes pateri boleh dipantau oleh peralatan pemeriksaan sinar-X dan variasi proses boleh dikawal dalam tahap tertentu berdasarkan bentuk dan konsistensi sambungan pateri.
Artikel ditulis oleh editor PCBCart, Dora Yang, asalnya diterbitkan dalam majalah SMT007 edisi Mei 2018.
PCBCart Menangani Pemasangan BGA Secara Profesional
PCBCart telah menyediakanPerkhidmatan pemasangan PCBselama bertahun-tahun, kami mempunyai pengalaman yang luas dalam projek pemasangan BGA. Kami boleh memproses padang BGA pada 0.4mm atau lebih besar, dan bilangan bebola BGA kami adalah antara 2 hingga 50. Jika keperluan pemuatan PCB anda melibatkan pemasangan BGA, sila berasa bebas untukhubungi kami di siniuntuk penyelesaian yang praktikal dan menjimatkan kos. Atau, anda boleh klik butang di bawah untuk menghantar permohonan sebut harga PCBA, kami akan menghubungi anda semula dengan kos pemasangan papan litar tersuai dan penyelesaian secepat mungkin.
Minta Sebut Harga Pemasangan PCB PERCUMA
Sumber yang Berguna
•Pengenalan Ringkas tentang Jenis Pakej BGA
•Pengenalan Teknologi Pembungkusan BGA
•Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kualiti Pemasangan BGA
•Perkhidmatan Pengeluaran Sehenti PCBCart Merangkumi Pembuatan PCB, Perolehan Komponen dan Pemasangan Turnkey
