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Como soldar matrizes de grade de bolas

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À primeira vista, matrizes de grade de esferas de soldagem, BGAs podem parecer difíceis, pois as esferas de solda que são soldadas no PCB estão imprensadas entre o próprio corpo do BGA e a placa de circuito.

No entanto, a montagem de PCB usando BGAs provou funcionar e funcionar bem. O processo de soldagem e outras áreas da montagem da PCB podem exigir uma ligeira modificação, mas os benefícios do uso de BGAs foram considerados bastante significativos, tanto em termos de confiabilidade quanto de desempenho.

O Ball Grid Array, BGA foi introduzido como resultado do aumento significativo da contagem de pinos em muitos chips. Os pinos em transportadores como o Quad Flat Pack tornaram-se muito delicados e fáceis de danificar. Além disso, o roteamento de PCB era difícil devido à proximidade de muitos terminais. Usar todo o lado inferior do chip resolveu os problemas de densidade nos terminais frágeis do chip de uma vez.

Os componentes BGA fornecem uma solução muito melhor para muitas placas, mas é necessário cuidado no processo de montagem do PCB ao soldar os componentes BGA para garantir que o BGA seja soldado corretamente de modo que todas as juntas sejam feitas corretamente.

O que é um Ball Grid Array?

O Ball Grid Array ou BGA é um pacote muito diferente daqueles que usam pinos, como o quad flat pack. Os pinos do pacote BGA são dispostos em um padrão de grade e isso dá origem ao nome. Além disso, ao invés de ter os pinos de arame mais tradicionais para as conexões, são usados ​​blocos com bolas de solda. Na placa de circuito impresso, PCB, na qual os componentes BGA devem ser instalados, há um conjunto correspondente de almofadas de cobre para fornecer a conectividade necessária.

Os pacotes BGA oferecem muitas vantagens sobre seus rivais quad flat pack e, como resultado, estão sendo cada vez mais usados ​​para a fabricação de circuitos eletrônicos:

  • Projeto de PCB aprimorado como resultado da densidade de trilha mais baixa: As densidades de trilha ao redor de muitos pacotes, como o pacote plano quádruplo, tornam-se muito altas devido à grande proximidade dos pinos. Um BGA espalha os contatos por toda a área da embalagem, reduzindo bastante o problema.
  • O pacote BGA é robusto: Pacotes como o pacote plano quádruplo têm pinos muito finos e são facilmente danificados até mesmo pelo manuseio mais cuidadoso. É quase impossível repará-los uma vez que os pinos estão dobrados devido ao seu passo muito fino. Os BGAs não sofrem com isso, pois as conexões são fornecidas por almofadas com bolas de solda BGA que são muito difíceis de danificar.
  • Resistência térmica mais baixa: Os BGAs oferecem uma resistência térmica mais baixa entre o próprio chip de silício do que os dispositivos quad flat pack. Isso permite que o calor gerado pelo circuito integrado dentro da embalagem seja conduzido para fora do dispositivo para a placa de circuito impresso de forma mais rápida e eficaz.
  • Desempenho de alta velocidade aprimorado: Como os condutores estão na parte inferior do suporte do chip. Isso significa que os terminais do chip são mais curtos. Consequentemente, os níveis de indutância de chumbo indesejados são mais baixos e, dessa forma, os dispositivos Ball Grid Array são capazes de oferecer um nível mais alto de desempenho do que seus equivalentes QFP.

Processo de solda BGA

Um dos temores iniciais sobre o uso de componentes BGA era sua soldabilidade e se os componentes BGA de soldagem poderiam ser feitos tão confiáveis ​​quanto dispositivos de soldagem usando formas mais tradicionais de conexão. Como as almofadas estão sob o dispositivo e não visíveis, é necessário garantir que o processo correto seja usado e esteja totalmente otimizado. Inspeção e retrabalho também foram preocupações.

Felizmente, as técnicas de solda BGA provaram ser muito confiáveis ​​e, uma vez que o processo esteja configurado corretamente, a confiabilidade da solda BGA é normalmente maior do que para pacotes planos quad. Isso significa que qualquer montagem BGA tende a ser mais confiável. Seu uso é, portanto, amplamente difundido na montagem de PCB de produção em massa e também na montagem de protótipo de PCB onde os circuitos estão sendo desenvolvidos.

Para o processo de solda BGA, técnicas de refluxo são usadas. A razão para isso é que todo o conjunto precisa ser levado a uma temperatura em que a solda derreta sob os próprios componentes BGA. Isso só pode ser alcançado usando técnicas de refluxo.

Para a soldagem BGA, as bolas de solda na embalagem têm uma quantidade de solda cuidadosamente controlada e, quando aquecidas no processo de soldagem, a solda derrete. A tensão superficial faz com que a solda derretida mantenha o pacote no alinhamento correto com a placa de circuito, enquanto a solda esfria e se solidifica.

A composição da liga de solda e a temperatura de soldagem são cuidadosamente escolhidas para que a solda não derreta completamente, mas permaneça semilíquida, permitindo que cada bola fique separada de suas vizinhas.

Inspeção de junta de solda BGA

A inspeção BGA é uma área do processo de montagem de PCB que despertou um interesse considerável quando os BGAs foram introduzidos pela primeira vez.

A inspeção BGA não pode ser realizada da maneira normal usando técnicas óticas diretas porque, obviamente, as juntas de solda estão sob os componentes BGA e eles não são visíveis.

Isso criou um grau considerável de desconforto sobre a tecnologia quando ela foi introduzida pela primeira vez e muitos fabricantes realizaram testes para garantir que eles eram capazes de soldar os componentes BGA de forma satisfatória. O principal problema com a soldagem de componentes BGA é que calor suficiente deve ser aplicado para garantir que todas as esferas na grade derretam o suficiente para que cada junta de solda BGA seja feita de forma satisfatória.

As juntas de solda não podem ser totalmente testadas verificando o desempenho elétrico. Embora essa forma de teste do processo de solda BGA revele a condutividade naquele momento, ela não dá uma imagem completa de como o processo de solda BGA foi bem-sucedido. É possível que a junta não seja feita adequadamente e que, com o tempo, venha a falhar. Para isso, o único meio de teste satisfatório é uma forma de inspeção BGA usando raios X Esta forma de inspeção BGA é capaz de olhar através do dispositivo para a junta soldada abaixo. Como resultado, a inspeção automatizada de raios-X, AXI tornou-se uma tecnologia convencional para verificar conjuntos de PCB que incluíam BGA. Felizmente, descobriu-se que, uma vez que o perfil de calor para a máquina de solda é configurado corretamente, os componentes BGA soldam muito bem e poucos problemas são encontrados com o processo de solda BGA.

Retrabalho BGA

Como pode ser antecipado, não é fácil retrabalhar conjuntos BGA a menos que o equipamento correto esteja disponível. Se houver suspeita de defeito em um componente BGA, é possível remover o dispositivo. Isso é conseguido aquecendo localmente o componente BGA para derreter a solda por baixo dele.

No processo de retrabalho BGA, o aquecimento geralmente é obtido em uma estação de retrabalho especializada. Este é composto por um gabarito equipado com aquecedor infravermelho, um termopar para monitorar a temperatura e um dispositivo de vácuo para levantar a embalagem. É necessário muito cuidado para garantir que apenas o BGA seja aquecido e removido. Outros dispositivos próximos precisam ser afetados o menos possível, caso contrário, podem ser danificados.

A tecnologia BGA em geral e em particular o processo de soldagem BGA provaram ser muito bem sucedidos desde que foram introduzidos. Eles agora são parte integrante do processo de montagem de PCB usado na maioria das empresas para produção em massa e para montagem de protótipos de PCB.


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Comentários:

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