Монтаж BGA: как паяют и проверяют скрытые выводы

BGA — корпус микросхемы, у которого вместо ножек по краям снизу расположена матрица шариков припоя. Так в небольшой корпус помещаются сотни выводов, а дорожки к ним получаются короткими. Но у BGA есть особенность: после пайки соединения скрыты под корпусом, и глазом их не проверить.

Чем BGA отличается от обычных корпусов

У корпусов SOIC, TQFP и подобных выводы видны, и качество пайки оценивают визуально или автоматической оптической инспекцией. У BGA шарики находятся под кристаллом, поэтому для контроля нужен рентген. Похожая ситуация у QFN и LGA: у них контактные площадки тоже под корпусом, хотя часть пайки видна по краю.

Как паяют BGA

• Через трафарет на площадки наносят паяльную пасту.
• Установщик ставит микросхему, совмещая её с площадками по камере.
• Плата проходит печь оплавления. Шарики плавятся, и силы поверхностного натяжения сами подтягивают корпус точно на место.

Главное здесь — правильный температурный профиль. Корпус BGA массивный и прогревается медленнее мелких компонентов, поэтому профиль подбирают под конкретную плату, а не берут «по умолчанию».

Типичные дефекты

• Перемычки — два соседних шарика спаялись между собой.
• Непропай — шарик не смочил площадку, контакта нет или он ненадёжный.
• Пустоты (войды) — пузырьки газа внутри паяного соединения. Небольшие пустоты допустимы, большие ухудшают прочность и теплоотвод.
• «Голова на подушке» (head-in-pillow) — шарик и паста расплавились, но не слились в одно соединение. Плата может работать на столе и отказать при нагреве или вибрации.
• Смещение корпуса относительно площадок.

Как работает рентген-контроль

Рентгеновские лучи проходят сквозь корпус и плату, а олово их задерживает. На снимке шарики видны тёмными кругами: по их форме, размеру и расположению видно перемычки, пустоты, смещение и отсутствующие соединения. Процент пустот оценивают по стандарту IPC-A-610. Если дефект найден, микросхему снимают на ремонтной станции, восстанавливают площадки и паяют заново.

Что важно в проекте платы

• Площадки под BGA делайте по рекомендациям производителя микросхемы, одинакового размера.
• Переходные отверстия в площадках закрывайте или заполняйте, иначе припой уйдёт в отверстие (подробнее — в статье про переходные отверстия).
• Оставьте вокруг корпуса место для ремонтной насадки — 2–3 мм свободной зоны.
• Для мелкого шага (0,5 мм и меньше) обсудите с производством толщину трафарета и финишное покрытие: ровное ENIG подходит лучше, чем HASL.

Что передать для монтажа

Gerber-файлы со слоем пасты, файл координат и BOM с точными обозначениями корпусов. Если микросхемы BGA давальческие, передавайте их в заводской упаковке: большинство таких корпусов влагочувствительны и после вскрытия пакета требуют сушки перед пайкой.