Монтаж микросхем BGA: основные принципы

Для увеличения плотности расположения электронных компонентов на печатной плате используются микросхемы в корпусах BGA (Ball Grid Array — матрицы шаровидных выводов).

Применяется технология SMD монтажа, предъявляются повышенные требования к качеству материалов и оборудования для пайки из-за повышенного риска возникновения дефектов соединений. 

Свойства микросхем BGA

У классических корпусов микросхем выводы располагаются по бокам. У корпусов Ball Grid Array выводы представляют собой шарообразные площадки на плоской прямоугольной нижней поверхности. Соответственно, после монтажа BGA выводы микросхемы оказываются спрятанными под корпусом. Это обеспечивает их защиту от скопления загрязнений, уберегает от нежелательных гальванических связей. Но использование таких корпусов усложняет технологию SMD монтажа, не позволяет визуально контролировать качество паяных соединений.

Качество монтажа микросхем в корпусах BGA напрямую зависит от их состояния. Возникновение дефектов может быть вызвано:

• заводским браком интегрального компонента;
• некачественным лужением выводов из-за нарушения технологии или использования низкокачественных материалов;
• нарушением условий хранения (разгерметизация упаковки);
• повреждениями при транспортировке из-за механических воздействий, падения и т.д.

Если BGA компоненты на протяжении длительного времени хранились в разгерметизированном виде, либо имеют следы механических повреждений, перед монтажом требуется восстановить состояние выводов. С этой целью проводят процедуру реболлинга – замены шаровидных выводов. 

Особенности BGA монтажа

К достоинствам пайки интегральных компонентов в корпусе BGA относят самоцентрирование. Данный эффект возникает в момент соприкосновения расплавленного припоя, нанесенного на контактные точки печатной платы, с разогретыми шариковыми выводами электронного компонента. При сближении электродов (контактов) микросхемы BGA с SMD-контактами на печатной плате, происходит их смачивание припоем. Припой удерживается в каплевидном состоянии локальными силами, которые затем стремятся к равномерному распределению по поверхности контактов – за счет этого и происходит их максимальное центрирование. 

Данный эффект обеспечивается, если:

• у шаровидных выводов микросхемы по всей площади хорошая смачиваемость припоем;
• BGA корпус имеет возможность самопроизвольно смещаться в момент соединения, он не должен быть жестко зафиксирован в процессе монтажа.

Чтобы качество пайки микросхем BGA по технологии SMD монтажа было высоким, контактирующие поверхности платы и электронного компонента должны быть максимально ровными. Плоскость печатной платы можно подкорректировать с помощью частичной шлифовки, некомпланарность микросхемы нейтрализуют за счет увеличения слоя припоя. 

Монтаж BGA также осложняется повышенными требованиями к влажности микросхемы. Для компонентов установлены предельные сроки хранения в разгерметизированном виде. Ведется контроль состояния влажности микросхем, при необходимости производится предварительная сушка компонентов в течение 1-2 суток при температуре от +90°С до +125°С. Чтобы увеличить время хранения разгерметизированных компонентов в корпусе BGA используют шкафы сухого хранения.