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So löten Sie Kugelgitter-Arrays

 So löten Sie Kugelgitter-Arrays

Auf den ersten Blick scheinen Lötkugelgitter-Arrays schwierig zu sein, da die Lötkugeln, die auf die Leiterplatte gelötet werden, zwischen dem BGA-Körper selbst und der Leiterplatte angeordnet sind.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Leiterplattenbestückung mit BGAs funktioniert und gut funktioniert. Der Lötprozess und andere Bereiche der Leiterplattenbaugruppe müssen möglicherweise geringfügig modifiziert werden. Die Vorteile der Verwendung von BGAs haben sich jedoch sowohl hinsichtlich der Zuverlässigkeit als auch der Leistung als erheblich erwiesen.

Das Ball Grid Array, BGA, wurde eingeführt, da die Pin-Anzahl vieler Chips signifikant anstieg. Die Stifte an Trägern wie dem Quad Flat Pack wurden sehr empfindlich und leicht zu beschädigen. Auch das PCB-Routing war aufgrund der Nähe vieler Kabel schwierig. Die Verwendung der gesamten Unterseite des Chips löste die Dichteprobleme auf zerbrechlichen Chipleitungen auf einmal.

Die BGA-Komponenten bieten eine weitaus bessere Lösung für viele Platinen. Beim Löten von BGA-Komponenten ist jedoch bei der Leiterplattenmontage Vorsicht geboten, um sicherzustellen, dass die BGA korrekt verlötet ist, damit alle Verbindungen korrekt hergestellt werden.

Was ist ein Ball Grid Array?

Das Ball Grid Array oder BGA ist ein ganz anderes Paket als das mit Pins, wie z. B. das Quad Flat Pack. Die Stifte des BGA-Pakets sind in einem Gittermuster angeordnet, woraus der Name entsteht. Darüber hinaus werden anstelle der herkömmlicheren Drahtstifte für die Verbindungen stattdessen Pads mit Lötkugeln verwendet. Auf der Leiterplatte, auf der die BGA-Komponenten angebracht werden sollen, befindet sich ein passender Satz Kupferpads, um die erforderliche Konnektivität bereitzustellen.

BGA-Pakete bieten viele Vorteile gegenüber ihren Konkurrenten mit Quad-Flat-Packs und werden daher zunehmend zur Herstellung von Elektronikschaltungen verwendet:

  • Verbessertes PCB-Design durch geringere Spurdichte: Die Spurdichten um viele Gehäuse wie das Quad-Flat-Paket werden aufgrund der sehr engen Nähe der Stifte sehr hoch. Ein BGA verteilt die Kontakte über den gesamten Bereich des Pakets und reduziert das Problem erheblich.
  • Das BGA-Paket ist robust: Pakete wie das Quad Flat Pack haben sehr feine Stifte, die selbst bei sorgfältiger Handhabung leicht beschädigt werden können. Es ist fast unmöglich, sie zu reparieren, wenn die Stifte aufgrund ihrer sehr feinen Steigung verbogen sind. BGAs leiden nicht darunter, da die Verbindungen durch Pads mit den BGA-Lötkugeln hergestellt werden, die sehr schwer zu beschädigen sind.
  • Geringerer Wärmewiderstand: BGAs bieten einen geringeren Wärmewiderstand zwischen dem Siliziumchip selbst als Quad-Flat-Pack-Geräte. Dadurch kann die von der integrierten Schaltung im Gehäuse erzeugte Wärme schneller und effektiver aus dem Gerät auf die Leiterplatte geleitet werden.
  • Verbesserte Hochgeschwindigkeitsleistung: Da sich die Leiter auf der Unterseite des Chipträgers befinden. Dies bedeutet, dass die Leitungen innerhalb des Chips kürzer sind. Dementsprechend sind unerwünschte Leitungsinduktivitätspegel niedriger, und auf diese Weise können Ball Grid Array-Geräte ein höheres Leistungsniveau bieten als ihre QFP-Gegenstücke.

BGA-Lötprozess

Eine der anfänglichen Befürchtungen hinsichtlich der Verwendung von BGA-Bauteilen war ihre Lötbarkeit und ob das Löten von BGA-Bauteilen so zuverlässig gemacht werden kann wie das Löten von Geräten mit traditionelleren Verbindungsformen. Da sich die Pads unter dem Gerät befinden und nicht sichtbar sind, muss sichergestellt werden, dass der richtige Prozess verwendet und vollständig optimiert wird. Inspektion und Nacharbeit waren ebenfalls Anliegen.

Glücklicherweise haben sich BGA-Löttechniken als sehr zuverlässig erwiesen, und sobald der Prozess korrekt eingerichtet ist, ist die BGA-Lötzuverlässigkeit normalerweise höher als bei Quad-Flat-Packs. Dies bedeutet, dass jede BGA-Baugruppe tendenziell zuverlässiger ist. Seine Verwendung ist daher mittlerweile sowohl in der Massenproduktion von Leiterplatten als auch in Prototypen von Leiterplatten, in denen Schaltungen entwickelt werden, weit verbreitet.

Für den BGA-Lötprozess werden Reflow-Techniken verwendet. Der Grund dafür ist, dass die gesamte Baugruppe auf eine Temperatur gebracht werden muss, bei der das Lot unter den BGA-Komponenten selbst schmilzt. Dies kann nur mit Reflow-Techniken erreicht werden.

Beim BGA-Löten haben die Lötkugeln auf der Verpackung eine sehr sorgfältig kontrollierte Lötmenge, und beim Erhitzen während des Lötprozesses schmilzt das Lötmittel. Die Oberflächenspannung bewirkt, dass das geschmolzene Lot das Gehäuse in der richtigen Ausrichtung zur Leiterplatte hält, während das Lot abkühlt und sich verfestigt.

Die Zusammensetzung der Lötlegierung und die Löttemperatur werden sorgfältig so gewählt, dass das Lötmittel nicht vollständig schmilzt, sondern halbflüssig bleibt, sodass jede Kugel von ihren Nachbarn getrennt bleibt.

BGA Lötstelleninspektion

Die BGA-Inspektion ist ein Bereich des Leiterplattenmontageprozesses, der bei der Einführung von BGAs großes Interesse geweckt hat.

Die BGA-Inspektion kann mit normalen optischen Techniken nicht auf normale Weise erreicht werden, da sich die Lötstellen ganz offensichtlich unter den BGA-Komponenten befinden und nicht sichtbar sind.

Bei der Einführung der Technologie gab es ein erhebliches Unbehagen, und viele Hersteller führten Tests durch, um sicherzustellen, dass sie die BGA-Komponenten zufriedenstellend löten konnten. Das Hauptproblem beim Löten von BGA-Bauteilen besteht darin, dass ausreichend Wärme angewendet werden muss, um sicherzustellen, dass alle Kugeln im Gitter ausreichend schmelzen, damit jede BGA-Lötstelle zufriedenstellend hergestellt werden kann.

Die Lötstellen können nicht vollständig durch Überprüfen der elektrischen Leistung getestet werden. Während diese Form des Tests des BGA-Lötprozesses zu diesem Zeitpunkt die Leitfähigkeit aufzeigt, gibt sie kein vollständiges Bild darüber, wie der BGA-Lötprozess erfolgreich war. Es ist möglich, dass die Verbindung nicht ausreichend hergestellt wird und im Laufe der Zeit versagt. Das einzig zufriedenstellende Testmittel ist eine Form der BGA-Inspektion mit Röntgenstrahlen. Diese Form der BGA-Inspektion kann durch das Gerät auf die darunter liegende Lötstelle schauen. Als Ergebnis der automatisierten Röntgeninspektion wurde AXI zu einer gängigen Technologie für die Überprüfung von Leiterplattenbaugruppen, die BGAs enthielten. Glücklicherweise wurde festgestellt, dass die BGA-Komponenten nach korrekter Einrichtung des Wärmeprofils für die Lötmaschine sehr gut und mit wenigen Problemen löten werden mit dem BGA-Lötprozess angetroffen.

BGA Nacharbeit

Wie zu erwarten ist, ist es nicht einfach, BGA-Baugruppen zu überarbeiten, wenn nicht die richtige Ausrüstung verfügbar ist. Wenn der Verdacht besteht, dass eine BGA-Komponente fehlerhaft ist, kann das Gerät entfernt werden. Dies wird erreicht, indem die BGA-Komponente lokal erhitzt wird, um das darunter liegende Lot zu schmelzen.

Beim BGA-Nacharbeitsprozess wird die Erwärmung häufig in einer speziellen Nacharbeitsstation erreicht. Dies umfasst eine Vorrichtung mit Infrarotheizung, ein Thermoelement zur Überwachung der Temperatur und eine Vakuumvorrichtung zum Anheben der Verpackung. Es ist große Sorgfalt erforderlich, um sicherzustellen, dass nur der BGA erwärmt und entfernt wird. Andere Geräte in der Nähe müssen so wenig wie möglich betroffen sein, da sie sonst beschädigt werden können.

Die BGA-Technologie im Allgemeinen und insbesondere das BGA-Lötverfahren haben sich seit ihrer Einführung als sehr erfolgreich erwiesen. Sie sind heute ein wesentlicher Bestandteil des PCB-Montageprozesses, der in den meisten Unternehmen für die Massenproduktion und für die Prototyp-PCB-Montage verwendet wird.

Schau das Video: Löten für Anfänger Grundlagen u0026 Übungen (November 2020).