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Comment souder des réseaux de grilles à billes

 Comment souder des réseaux de grilles à billes

À première vue, souder des matrices de grilles à billes, les BGA peuvent sembler difficiles car les billes de soudure qui soudent sur le PCB sont prises en sandwich entre le corps BGA lui-même et la carte de circuit imprimé.

Cependant, il a été prouvé que l'assemblage de PCB à l'aide de BGA fonctionne et fonctionne bien. Le processus de brasage et d'autres domaines de l'assemblage de PCB peuvent nécessiter d'être légèrement modifiés, mais les avantages de l'utilisation des BGA se sont avérés assez importants, à la fois en termes de fiabilité et de performances.

Le Ball Grid Array, BGA a été introduit à la suite de l'augmentation significative du nombre de broches sur de nombreuses puces. Les broches sur les supports comme le Quad Flat Pack sont devenues très délicates et faciles à endommager. Le routage des PCB était également difficile en raison de la proximité étroite de nombreux conducteurs. L'utilisation de l'ensemble de la face inférieure de la puce a résolu les problèmes de densité sur les conducteurs de puce fragiles en une seule fois.

Les composants BGA offrent une bien meilleure solution pour de nombreuses cartes, mais le processus d'assemblage des PCB doit faire preuve de prudence lors du soudage des composants BGA pour s'assurer que le BGA est correctement soudé afin que tous les joints soient correctement réalisés.

Qu'est-ce qu'un Ball Grid Array?

Le Ball Grid Array ou BGA, est un package très différent de ceux utilisant des broches, comme le quad flat pack. Les broches du boîtier BGA sont disposées en quadrillage, ce qui donne naissance au nom. En plus de cela, plutôt que d'avoir les broches de fil plus traditionnelles pour les connexions, des plots avec des billes de soudure sont utilisés à la place. Sur la carte de circuit imprimé, PCB, sur laquelle les composants BGA doivent être montés, il y a un jeu de pastilles de cuivre correspondant pour fournir la connectivité requise.

Les boîtiers BGA offrent de nombreux avantages par rapport à leurs rivaux quad flat pack et par conséquent, ils sont de plus en plus utilisés pour la fabrication de circuits électroniques:

  • Conception de circuits imprimés améliorée grâce à une densité de pistes plus faible: Les densités de piste autour de nombreux emballages tels que le quad flat pack deviennent très élevées en raison de la très grande proximité des broches. Un BGA répartit les contacts sur toute la surface de l'emballage, ce qui réduit considérablement le problème.
  • Le package BGA est robuste: Les emballages tels que le quad flat pack ont ​​des broches très fines, et celles-ci sont facilement endommagées même par la manipulation la plus prudente. Il est quasiment impossible de les réparer une fois les broches pliées en raison de leur pas très fin. Les BGA ne souffrent pas de cela car les connexions sont fournies par des plots avec les billes de soudure BGA sur eux qui sont très difficiles à endommager.
  • Résistance thermique inférieure: Les BGA offrent une résistance thermique plus faible entre la puce de silicium elle-même que les appareils à quatre blocs plats. Cela permet à la chaleur générée par le circuit intégré à l'intérieur du boîtier d'être conduite hors du dispositif vers le PCB plus rapidement et plus efficacement.
  • Amélioration des performances à haute vitesse: Comme les conducteurs sont sur la face inférieure du support de puce. Cela signifie que les fils de la puce sont plus courts. En conséquence, les niveaux d'inductance des fils indésirables sont plus faibles, et de cette manière, les dispositifs Ball Grid Array sont en mesure d'offrir un niveau de performance plus élevé que leurs homologues QFP.

Processus de soudure BGA

L'une des craintes initiales concernant l'utilisation des composants BGA était leur soudabilité et la possibilité de rendre les composants BGA à souder aussi fiables que les dispositifs de soudage utilisant des formes de connexion plus traditionnelles. Comme les tampons sont sous l'appareil et non visibles, il est nécessaire de s'assurer que le bon processus est utilisé et qu'il est entièrement optimisé. L'inspection et les retouches étaient également des préoccupations.

Heureusement, les techniques de soudure BGA se sont avérées très fiables, et une fois le processus correctement configuré, la fiabilité de la soudure BGA est normalement plus élevée que celle des packs plats quadruples. Cela signifie que tout assemblage BGA a tendance à être plus fiable. Son utilisation est donc maintenant répandue à la fois dans l'assemblage de circuits imprimés de série et également dans l'assemblage de prototypes de circuits imprimés où des circuits sont en cours de développement.

Pour le processus de brasage BGA, des techniques de refusion sont utilisées. La raison en est que l'ensemble doit être porté à une température à laquelle la soudure fondra sous les composants BGA eux-mêmes. Ceci ne peut être réalisé qu'en utilisant des techniques de refusion.

Pour le soudage BGA, les billes de soudure sur l'emballage ont une quantité de soudure très soigneusement contrôlée et, lorsqu'elles sont chauffées pendant le processus de soudage, la soudure fond. La tension superficielle fait que la soudure fondue maintient le boîtier dans l'alignement correct avec la carte de circuit imprimé, tandis que la soudure refroidit et se solidifie.

La composition de l'alliage de brasage et la température de brasage sont soigneusement choisies pour que la brasure ne fond pas complètement, mais reste semi-liquide, permettant à chaque boule de rester séparée de ses voisines.

Inspection des joints de soudure BGA

L'inspection BGA est un domaine du processus d'assemblage des PCB qui a suscité un intérêt considérable lors de l'introduction des BGA.

L'inspection BGA ne peut pas être réalisée de la manière normale en utilisant des techniques optiques simples car, bien évidemment, les joints de soudure se trouvent sous les composants BGA et ils ne sont pas visibles.

Cela a créé un degré considérable de malaise au sujet de la technologie lors de son introduction et de nombreux fabricants ont entrepris des tests pour s'assurer qu'ils étaient capables de souder les composants BGA de manière satisfaisante. Le principal problème avec le soudage des composants BGA est qu'une chaleur suffisante doit être appliquée pour garantir que toutes les billes de la grille fondent suffisamment pour que chaque joint de soudure BGA soit réalisé de manière satisfaisante.

Les joints de soudure ne peuvent pas être entièrement testés en vérifiant les performances électriques. Bien que cette forme de test du processus de soudure BGA révèle la conductivité à ce moment-là, elle ne donne pas une image complète de la façon dont le processus de soudure BGA a réussi. Il est possible que le joint ne soit pas fabriqué de manière adéquate et qu'il échoue avec le temps. Pour cela, le seul moyen d'essai satisfaisant est une forme d'inspection BGA utilisant des rayons X. Cette forme d'inspection BGA est capable de regarder à travers l'appareil au joint soudé en dessous. En conséquence, le contrôle automatisé aux rayons X, AXI est devenu une technologie courante pour vérifier les assemblages de circuits imprimés qui comprenaient des BGA.Heureusement, on constate qu'une fois que le profil thermique de la machine à souder est correctement configuré, les composants BGA se soudent très bien et peu de problèmes sont rencontrés avec le processus de soudure BGA.

Refonte BGA

Comme on pouvait s'y attendre, il n'est pas facile de retravailler les assemblages BGA à moins que l'équipement approprié ne soit disponible. Si un composant BGA est suspecté d'être défectueux, il est possible de retirer le périphérique. Ceci est réalisé en chauffant localement le composant BGA pour faire fondre la soudure en dessous.

Dans le processus de reprise BGA, le chauffage est souvent réalisé dans une station de reprise spécialisée. Celui-ci comprend un gabarit équipé d'un chauffage infrarouge, un thermocouple pour surveiller la température et un dispositif à vide pour soulever l'emballage. Il faut faire très attention pour s'assurer que seul le BGA est chauffé et retiré. Les autres appareils à proximité doivent être affectés le moins possible, sinon ils pourraient être endommagés.

La technologie BGA en général et en particulier le procédé de soudage BGA se sont avérés très efficaces depuis leur introduction. Ils font désormais partie intégrante du processus d'assemblage de PCB utilisé dans la plupart des entreprises pour la production de masse et pour l'assemblage de prototypes de PCB.

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