Cómo lograr una buena soldadura por reflujo de BGA
Con el desarrollo de la tecnología electrónica, los componentes electrónicos se están desarrollando hacia la miniaturización y la integración de alta densidad. Los componentes BGA se han utilizado cada vez más en la tecnología de ensamblaje SMT y, con la aparición de u BGA y CSP, el ensamblaje SMT se ha vuelto cada vez más difícil y los requisitos del proceso se han vuelto cada vez más altos. Dado que el retrabajo de BGA es bastante difícil, lograr una buena soldadura de BGA es un tema para todos los ingenieros de SMT. Aquí, Guangshengde Reflow Soldering analizará con usted el entorno de almacenamiento y uso de BGA y el proceso de soldadura.
Almacenamiento y uso de BGA
El componente BGA es un componente altamente sensible a la temperatura, por lo que el BGA debe almacenarse a temperatura constante y en condiciones secas. Los operadores deben cumplir estrictamente el proceso operativo. Evite que los componentes se vean afectados antes del montaje. En términos generales, el entorno de almacenamiento ideal para BGA es entre 20 ℃ y 25 ℃ y la humedad es inferior a 10 RH (la protección contra el nitrógeno es mejor). ℃
En la mayoría de los casos, notaremos el tratamiento a prueba de humedad de BGA antes de abrir el embalaje del componente. Al mismo tiempo, también debemos prestar atención al proceso de instalación y soldadura después del embalaje del componente. está abierto. El tiempo de exposición no está permitido para evitar que los componentes se vean afectados, dando como resultado una disminución en la calidad de la soldadura o un cambio en el rendimiento eléctrico de los componentes. La siguiente tabla muestra la clasificación del nivel de sensibilidad a la humedad. Muestra el tiempo correspondiente durante el proceso de ensamblaje en el que una vez abierto el embalaje sellado a prueba de humedad, se deben instalar y soldar los componentes. En términos generales, BGA pertenece al nivel de sensibilidad a la humedad superior al nivel 5.
Nivel de sensibilidad a la humedad. Nivel tiempo 1 ilimitado ≤30?C/85 RH2 un año ≤30?C/60 RH2a cuatro semanas ≤30?C/60 RH3168 horas ≤30?C/60 RH472 horas ≤30?C/60 RH548 horas ≤30?C /60 RH5a 24 horas ≤30?C/60 RH6 ≤30?C/60 RH según las regulaciones de tiempo de la etiqueta
Si los componentes se almacenan en nitrógeno, el tiempo de uso puede extenderse relativamente. Aproximadamente cada 4-5 horas, el nitrógeno seco puede extender la exposición al aire en 1 hora.
Durante el proceso de ensamblaje, a menudo nos encontramos con situaciones en las que los componentes no se pueden usar dentro del tiempo correspondiente después de abrirlos y el tiempo de exposición excede el tiempo especificado en la Tabla 1, para garantizar una buena soldabilidad. de los componentes antes del próximo uso, recomendamos hornear los componentes BGA. En condiciones de horneado: la temperatura es de 125 ℃, humedad relativa ≤60 RH.
La temperatura de horneado no debe exceder los 125 ℃, porque una temperatura demasiado alta provocará cambios metalográficos en la conexión entre la bola de soldadura y el componente. Los cambios estructurales, y cuando estos componentes entran en la etapa de soldadura por reflujo, es fácil provocar la desconexión entre la bola de soldadura y el embalaje del componente, provocando problemas de calidad del ensamblaje SMT, pero creemos que se debe a los problemas de calidad de los propios componentes. . Sin embargo, si la temperatura de horneado es demasiado baja, no se logrará el efecto de deshumidificación. Si las condiciones lo permiten, recomendamos hornear los componentes antes del ensamblaje para ayudar a eliminar la humedad interna del BGA, mejorar la resistencia al calor del BGA y reducir el impacto del choque térmico en el dispositivo cuando los componentes ingresan al proceso de soldadura por reflujo. Los componentes BGA se retiran después del horneado y se dejan enfriar de forma natural durante media hora antes de poder realizar el montaje.
Tiempo de horneado Espesor del paquete Nivel de sensibilidad a la humedad Tiempo de horneado ≤ 1.4MM2a 4 horas 37 horas 49 horas 510 horas 5a14 horas ≤ 2.0MM2a 18 horas 324 horas 331 horas 5a 37 horas ≤ 4.0MM2a 48 horas 348 horas 348 horas 348 horas 5a 48 horas
Requisitos del proceso de soldadura BGA Durante el proceso de ensamblaje BGA, cada paso y cada herramienta tendrán un impacto en la soldadura BGA.
1. Impresión de soldadura en pasta
La calidad de la soldadura en pasta es un vínculo importante que afecta la producción de montaje en superficie. Generalmente se consideran los siguientes aspectos al seleccionar soldadura en pasta: buena imprimibilidad, buena soldabilidad, bajo residuo.
En términos generales, la composición de aleación de la soldadura en pasta que utilizamos es una soldadura en pasta con bajos residuos que contiene 63 % de estaño y 37 % de plomo.
Cuanto más exclusivos sean los pines del componente, más pequeñas serán las partículas de pasta de soldadura y mejor será la impresión. Pero eso no significa que cuanto más pequeñas sean las partículas de polvo de estaño en la pasta de soldadura, mejor, porque en términos de efecto de soldadura, el efecto de soldadura de la pasta de soldadura con partículas grandes de polvo de estaño es mejor que el de las partículas pequeñas de polvo de estaño. Por tanto, debemos considerar todos los factores a la hora de elegir. Dado que los pines de BGA son pequeños y las aberturas de la plantilla de pantalla son pequeñas, utilizamos pasta de soldadura con un diámetro inferior a 45 M para garantizar buenos resultados de impresión.
Pasta de soldadura forma de polvo de estaño y diámetro de partícula Espaciado entre pines (MM) 1.2710.80.650.50.4 Forma de polvo de estaño no esférico esférico esférico diámetro de partícula esférica (um) 22-6322-6322-6322 -38
Las plantillas de serigrafía de impresión generalmente están hechas de acero inoxidable. Dado que la separación entre pasadores de los componentes BGA es pequeña, el espesor de la placa de acero es delgado. El espesor de las placas de acero generales es de 0,12 mm a 0,15 mm. La apertura de la placa de acero depende del estado de los componentes. Generalmente, la apertura de la placa de acero es ligeramente más pequeña que la almohadilla de soldadura.
Por ejemplo: un PBGA con una dimensión exterior de 35 mm y un diámetro único de pin a pin de 1,0 mm tiene un diámetro de nervadura de soldadura de 23 MIL. Generalmente controlamos el tamaño de apertura de la placa de acero a 21 MIL.
Al imprimir, generalmente se utiliza un raspador metálico de acero inoxidable de 60 grados. El control de la presión de impresión oscila entre 3,5 KG y 10 KG. Tanto demasiada presión como muy poca presión son perjudiciales para la impresión. La velocidad de impresión se controla entre 10MM/SEC-25MM/SEC Cuanto menor sea el espacio entre pines de los componentes, más lenta será la velocidad de impresión. La velocidad de liberación después de la impresión generalmente se establece entre 1 mm/seg. Si se trata de un dispositivo BGA o CSP, la velocidad de liberación debe ser más lenta, aproximadamente 0,5 mm/seg. Además, se debe prestar atención al control del entorno operativo durante la soldadura por impresión. La temperatura del campo de trabajo se controla a aproximadamente 25 °C y la temperatura se controla a aproximadamente 55 % de humedad relativa. La PCB impresa debe refluirse dentro de media hora tanto como sea posible para evitar que la pasta de soldadura quede expuesta al aire durante demasiado tiempo y afecte la calidad.
2. Colocación del dispositivo
La colocación precisa de BGA depende en gran medida de la precisión de la máquina de colocación y de la capacidad de reconocimiento del sistema de reconocimiento de imágenes. En lo que respecta a las máquinas de colocación multifuncionales de varias marcas actualmente en el mercado, la precisión de colocación de la máquina de colocación que puede colocar BGA alcanza aproximadamente 0,001 mm, por lo que no habrá problemas en la precisión de la colocación. Siempre que el dispositivo BGA se reconozca a través de la imagen, se puede colocar con precisión en la placa de circuito impreso.
Sin embargo, a veces el BGA identificado a través de la imagen especular no es un dispositivo con bolas de soldadura 100% buenas. Es posible que la dirección Z de una determinada bola de soldadura sea ligeramente más pequeña que la de otras bolas de soldadura. Para garantizar una buena soldadura, generalmente podemos reducir el grosor del dispositivo BGA en 1-2 mm y, al mismo tiempo, usar un vacío para cerrar el sistema de vacío durante aproximadamente 400 milisegundos, de modo que las bolas de soldadura del dispositivo BGA puedan contacte completamente con la pasta de soldadura cuando se coloque. De esta forma, se puede reducir el fenómeno de la soldadura vacía de un determinado pin BGA.
Sin embargo, no recomendamos utilizar el método de catálogo para dispositivos BGA y CSP para evitar que se produzcan soldaduras deficientes.
3. Soldadura por reflujo
La soldadura por reflujo es el paso más difícil de controlar en el proceso de ensamblaje de BGA. Por lo tanto, obtener una mejor línea de aire de reflujo es la clave para obtener una buena soldadura BGA.
★ La etapa de precalentamiento hace que la PCB se caliente uniformemente durante este período de tiempo y estimula el flujo para que se active. Generalmente, la velocidad de calentamiento no debe ser demasiado rápida para evitar que el arco del circuito se caliente demasiado rápido y provoque una gran deformación. Intentamos controlar el aumento de temperatura por debajo de 3 ℃/SEC, y la velocidad de calentamiento ideal es 2 ℃/SEC. El tiempo se controla entre 60-90 segundos.
★ Etapa de humectación En esta etapa, el fundente comienza a evaporarse. La temperatura debe mantenerse entre 150 ℃ y 180 ℃ durante 60 a 120 segundos para que el fundente pueda ejercer plenamente su efecto. La velocidad de calentamiento es generalmente de 0,3 a 0,5 ℃/seg.
★ Etapa de reflujo La temperatura en esta etapa ha excedido la temperatura del punto de fusión de la pasta de soldadura, la pasta de soldadura se funde en líquido y los pines de los componentes están estañados.
En esta etapa, el tiempo en que la temperatura esté por encima de 183°C se debe controlar entre 60-90 segundos. Si el tiempo es demasiado corto o demasiado largo, provocará problemas de calidad de la soldadura. Entre ellos, el control del tiempo cuando la temperatura está en el rango de 210-220°C es muy crítico y, en general, el mejor control es de 10 a 20 segundos.
★ Etapa de enfriamiento En esta etapa, la soldadura en pasta comienza a solidificarse y los componentes se fijan en la placa de circuito. De manera similar, la velocidad de enfriamiento no puede ser demasiado rápida. Generalmente se controla por debajo de 4 ℃/SEC. La velocidad de enfriamiento ideal es 3 ℃/SEC. Debido a que una velocidad de enfriamiento demasiado rápida provocará una deformación en frío de la placa de circuito, provocará problemas de calidad en la soldadura BGA, especialmente en la soldadura virtual de los pines del anillo exterior BGA.
Al medir la curva de temperatura de la soldadura por reflujo, para componentes BGA, el punto de medición debe estar entre el pin BGA y la placa de circuito. Intente no utilizar cinta de alta temperatura para BGA, pero utilice soldadura de alta temperatura para soldar y fijar el termopar para garantizar datos de curva más precisos.
En resumen, la soldadura BGA es un proceso muy complejo que también se ve afectado por varios factores, como el diseño de la placa de circuito y las capacidades del equipo. Está lejos de ser suficiente considerar solo un aspecto. Debemos continuar investigando y explorando en el proceso de producción real y esforzarnos por controlar varios factores que afectan la soldadura BGA, para que la soldadura pueda lograr los mejores resultados.
5. Un defecto controvertido Un tema que aún es controvertido es el estándar de aceptación de agujeros en BGA. El problema del vacío no es exclusivo de BGA. Las uniones de soldadura en conjuntos de orificios pasantes y de montaje en superficie y de orificios pasantes generalmente se pueden inspeccionar visualmente para revelar huecos, en lugar de utilizar rayos X. En un BGA, dado que todas las uniones de soldadura están ocultas debajo del paquete, estas uniones de soldadura solo se pueden inspeccionar mediante rayos X. Por supuesto, no sólo se pueden inspeccionar las uniones de soldadura BGA con rayos X, sino que también se pueden inspeccionar todo tipo de uniones de soldadura. Con rayos X se pueden detectar fácilmente los huecos.
Entonces, ¿los agujeros definitivamente tienen un impacto negativo en la confiabilidad de BGA 7? No necesariamente. Algunos incluso dicen que los agujeros son buenos para la confiabilidad. El estándar IPC-7095 "Proceso de diseño y ensamblaje para implementar BGA" detalla las técnicas de diseño y ensamblaje para implementar BGA. El comité IPC-7095 cree que algunos huecos muy pequeños que no se pueden eliminar por completo pueden ser beneficiosos para la confiabilidad, pero debería haber un estándar definido sobre el tamaño que debe tener un vacío.
5.1 Ubicación y causas de los huecos
¿Dónde se pueden encontrar los huecos durante la inspección de la junta de soldadura BGA? Las bolas de soldadura BGA se pueden dividir en tres capas, una es la capa del componente (cerca del sustrato). al componente BGA), una es la capa de almohadilla (sustrato cerca de la PCB) y la otra es la capa intermedia de la bola de soldadura. Dependiendo de la situación, pueden aparecer huecos en cualquiera de estas tres capas.
¿Cuándo aparecen los huecos? Puede haber huecos en la propia bola de soldadura BGA antes de soldar, por lo que se forman huecos después de completar el proceso de soldadura por reflujo. Esto puede deberse a huecos introducidos en el proceso de fabricación de la bola de soldadura o a problemas con el material de pasta de soldadura recubierto sobre la superficie de la PCB. Además, el diseño de la placa de circuito también es una razón importante para la formación de huecos. Por ejemplo, si el orificio de paso está diseñado debajo de la almohadilla de soldadura, durante el proceso de soldadura, el aire exterior ingresa a la bola de soldadura fundida a través del orificio de paso y quedará una cavidad en la bola de soldadura una vez completada y enfriada la soldadura.
Los huecos que se producen en la capa de la almohadilla pueden deberse a la volatilización del fundente en la pasta de soldadura impresa en la almohadilla durante el proceso de soldadura por reflujo. El gas se escapa de la soldadura fundida y se forma después del enfriamiento. Hueco. Un revestimiento deficiente de la almohadilla o la contaminación en la superficie de la almohadilla pueden ser la causa de los huecos en la capa de la almohadilla.
Por lo general, se encuentra que la ubicación con mayor probabilidad de huecos es en la capa del componente, es decir, entre el centro de la bola de soldadura y el sustrato BGA. Esto puede deberse a que hay burbujas de aire y gas fundente volátil en la almohadilla BGA de la PCB durante el proceso de soldadura por reflujo. Cuando la bola de soldadura de cristal BGA y la pasta de soldadura aplicada están en el proceso de soldadura por reflujo, se forma una cavidad cuando el medio. se funde en uno. Si la curva de temperatura de reflujo no está en la zona de reflujo el tiempo suficiente, las burbujas de aire y los gases volátiles en el flujo no tendrán tiempo de escapar, y la soldadura fundida habrá entrado en la zona de enfriamiento y se solidificará, formando una cavidad.
Por tanto, la curva de temperatura de reflujo es una de las razones de la formación de huecos. Los BGA hechos de soldadura cristalina 63Sn/37Pb son más propensos a tener huecos, mientras que los BGA hechos de bolas de soldadura amorfas de alto punto de fusión 10Sn/90Pb tienen un punto de fusión de 302 °C y generalmente no tienen huecos. Las bolas de soldadura en el BGA no se derriten durante el proceso de soldadura por reflujo donde se funde la pasta.
5.2 Criterios de aceptación de huecos
La presencia de gas en los huecos puede producir tensiones de contracción y expansión durante el ciclo térmico. El lugar donde existen los huecos se convertirá en un punto de concentración de tensiones, y puede. convertirse en la causa principal de las grietas por tensión.
IPC-7095 estipula que los criterios de aceptación/rechazo de huecos consideran principalmente dos puntos: la ubicación y el tamaño del hueco. No importa dónde exista el vacío, ya sea en el medio de la bola de soldadura o en la capa de la almohadilla o en la capa del componente, el tamaño y la cantidad de huecos afectarán la calidad y la confiabilidad. Se permiten bolas de soldadura de tamaño pequeño dentro de la bola de soldadura. La relación entre el espacio ocupado por el vacío y el espacio de la bola de soldadura se puede calcular de la siguiente manera: por ejemplo, si el diámetro del vacío es el 50% del diámetro de la bola de soldadura, entonces el área ocupada por el vacío es 25% del área de la bola de soldadura. El estándar de aceptación especificado por el estándar lPC es: el vacío en la capa de almohadilla no puede ser mayor que el 10% del área de la bola de soldadura, es decir, el diámetro del vacío no puede exceder el 30% del diámetro de la bola de soldadura. Cuando el área del vacío en la capa de la almohadilla excede el 25% del área de la bola de soldadura, se considera un defecto. En este momento, la existencia del vacío causará peligros ocultos para la confiabilidad mecánica o eléctrica de la soldadura. articulación. Cuando el área de huecos en la capa de almohadilla es del 10% al 25% del área de la bola de soldadura, se deben hacer esfuerzos para mejorar el proceso para eliminar o reducir los huecos. Más detalles continuarán/show-212-616.html