9 Dicas de Especialistas para Soldagem BGA Bem-Sucedida em PCBs na Montagem SMT

Soldagem BGA – Preparação Antes da Soldagem

A soldagem BGA começa com a escolha de um acabamento de superfície adequado. O acabamento deve ser compatível com o projeto futuro ou os requisitos do produto. Embora existam muitos acabamentos de superfície disponíveis, alguns podem exigir superfícies livres de chumbo. Eles incluem RoHS, OSP livre de chumbo ou regra ENIG livre de chumbo.

Após escolher o material certo para seu projeto, você precisa garantir que armazene as PCBs da maneira correta. Manuseio e armazenamento inadequados podem acabar arruinando suas PCBs.

É aconselhável armazená-las em um recipiente com barreira de umidade. O estojo deve conter um cartão sensível à umidade para alertá-lo sobre a umidade na bolsa. Com o cartão sensível à umidade, você poderá saber sobre os níveis de umidade necessários.

Uma vez que você tenha tudo sob controle, agora pode passar para a segunda etapa.

Limpe Minuciosamente a PCB

Agora que suas placas estão na condição correta e prontas para soldagem BGA, você precisa garantir que as PCBs sejam minuciosamente limpas ou assadas. A assadura garante a erradicação da umidade que pode levar a defeitos de soldagem posteriormente. Portanto, você precisa garantir a limpeza completa das PCBs antes de iniciar o processo de montagem.

Com PCBs sujas, você corre o risco de encontrar defeitos de esferas de solda BGA. Eles incluem solda fria, deslocamento, vazios e pontes. Durante o armazenamento e movimento, suas PCBs podem acabar cobertas com alguma sujeira. Para garantir que tudo corra como planejado, certifique-se de que suas placas estejam limpas antes do início da montagem. Na maioria dos casos, muitos montadores confiam em limpadores ultrassônicos.

Preparação do BGA para Soldagem BGA

Como os BGAs são sensíveis à umidade, você precisa garantir que os mantenha em um ambiente seco. Os responsáveis pelo manuseio devem seguir as operações rigorosas necessárias para manter os componentes livres de danos. Em geral, esses componentes devem ser mantidos dentro de armários secadores de umidade. As temperaturas devem variar entre 20℃ e 25℃ e umidade de aproximadamente 10%.

Como observado anteriormente, há necessidade de assar componentes BGA antes de iniciar o processo de soldagem. Aqui, os fabricantes precisam garantir que a temperatura de soldagem não exceda 125℃. Caso contrário, pode causar uma estrutura metalográfica indesejável. Novamente, cautela é essencial aqui, pois se a temperatura for baixa, torna-se difícil eliminar a umidade.

Portanto, é essencial assar os componentes antes de realizar a montagem SMT. Isso garante a eliminação da umidade dentro do BGA. Além disso, os BGAs precisam de cerca de 30 minutos de resfriamento após a assadura e antes de entrar na linha de montagem SMT.

Soldagem BGA, Tecnologia de Soldagem por Reflow

Tipicamente, o pacote de montagem BGA é o mesmo que a montagem SMT. Primeiro, a pasta de solda é impressa em um array de pads da PCB aplicando estêncil ou fluxo no pad. Em segundo lugar, você introduz o equipamento pick-and-place para alinhar componentes BGA na PCB. Depois, submeta os componentes BGA a um forno de soldagem por reflow. A tecnologia de reflow é um processo complicado que envolve algumas fases, resumidamente destacadas abaixo:

1. Fase de pré-aquecimento – esta fase geralmente é composta por 2 a 4 zonas de aquecimento. Aqui, as temperaturas podem chegar a 150℃ em menos de 2 minutos. Por isso, não há instâncias de respingos de solda ou base superaquecida.

2. Fase de imersão – aqui, o objetivo é alcançar fusão a quente, algo que faz boas juntas de soldagem.

3. Fase de soldagem – esta fase precisa testemunhar a temperatura das juntas de solda subindo até a temperatura de soldagem. Aqui, é melhor definir temperaturas altas para que as juntas saiam como desejado.

4. Fase de resfriamento – este é o último passo da soldagem por reflow. Contém dois modos de resfriamento: resfriamento natural e resfriamento a ar. É ideal que a taxa de resfriamento esteja entre 1℃ e 3℃.

Controle a Solda da Soldagem BGA

A quinta etapa é garantir que você controle a solda durante a soldagem BGA. Na maioria das ocasiões, ao soldar, a temperatura ultrapassa o ponto de fusão, com a solda derretendo e se tornando líquida.

Mas para garantir que tudo saia como desejado, você deve controlar a solda da soldagem BGA. Você consegue isso mantendo níveis de temperatura de cerca de 183 graus por 60 a 90 segundos. Tempo muito longo ou muito curto pode causar problemas de qualidade ao realizar soldagem BGA. Às vezes, você pode ter que verificar seu botão de soldagem. A maioria deles tem um botão que, ao girar, reduz o calor do ferro. Isso controla a solda e permite obter os resultados desejados.

Inspeção do BGA

Antes de lançar seus produtos no mercado, garanta que a soldagem BGA passe por uma inspeção completa. Sem inspecionar seus produtos, há chances de você produzir produtos defeituosos. Esses produtos podem precisar de retrabalho caro, arruinando a reputação do seu negócio. O mesmo vale para inspeção BGA. Na montagem de PCB, a inspeção BGA é uma área que trouxe grande interesse desde a introdução dos BGAs.

Deve ficar claro que você não pode realizar efetivamente a inspeção BGA usando técnicas ópticas. As juntas de solda sob os componentes BGA não são visíveis. Além disso, não é fácil testar as juntas de solda verificando o desempenho elétrico.

A única maneira satisfatória de testar BGA é usando raios-X. Raios-X provaram ser bastante úteis na identificação das juntas de solda localizadas sob o pacote. Auxiliando assim em uma inspeção detalhada.

Mas raio-X não é o único método que se pode usar. Embora o raio-X seja um dos métodos mais eficazes, os designers ainda têm outras opções. Eles podem optar por usar varredura de fronteira ou teste elétrico para verificar a qualidade da soldagem BGA. Por exemplo, o teste elétrico apenas revela condutividade elétrica. Por outro lado, falha em verificar o sucesso da soldagem BGA.

Alinhe o BGA ao Pad da PCB com Precisão

A sétima etapa envolve o alinhamento do BGA ao pad da PCB corretamente. Existem dois estágios envolvidos aqui. O alinhamento inicial, seguido pela manutenção do alinhamento durante o processo de soldagem. Para alcançar isso, você precisa de equipamento especial para operações em massa. No entanto, se você precisa criar um protótipo, ainda pode alinhar manualmente. Também é conhecido como alinhamento manual.

Para garantir que tudo saia corretamente, você deve marcar as placas efetivamente com algumas marcas de alinhamento. Estas marcas são preferencialmente feitas de cobre. Além disso, você precisa evitar usar pasta de solda, pois ela pode derreter durante tensões superficiais musculares. Causa danos aos terminais a longo prazo.

Novamente, se você está executando produção de alto volume, pode ser economia de tempo e custo se considerar alinhamento óptico. Você também precisa investir em máquinas especializadas com capacidade de alinhar tudo no pad da PCB.

Melhor Padrão de Junta de Solda BGA

Existem padrões específicos de junta de solda BGA que você deve seguir se quiser realizar soldagem BGA em PCBs durante montagem SMT. Por exemplo, juntas de solda BGA que têm cavidades nelas levam a muitas falhas. Também é provável que tenham outros problemas técnicos caros a longo prazo.

Por exemplo, de acordo com padrões IPC de soldagem BGA, se é desafiador evitar cavidades no pad, tais buracos não devem ser 10% maiores que a área da esfera de solda. Em outras palavras, os túneis nos pads não devem ser maiores que 30% comparados ao diâmetro da esfera de solda. Para garantir bons resultados, você pode ter que aderir a padrões aceitáveis da indústria sobre juntas de solda BGA.

Retrabalho BGA

Como você pode estar ciente, é um pouco trabalhoso realizar retrabalho BGA. Mas facilita se você tiver equipamento especializado à disposição. Mas, se você tem que devolver seu(s) produto(s) para reparo, não há motivo para se preocupar. O trabalho de reparo começa aquecendo primeiro os componentes BGA. Isso garante que você derreta as partes por baixo.

Uma estação de retrabalho específica é ideal durante o retrabalho. Também é perfeita para um processo trabalhoso compreendendo equipamentos especializados como aquecedor infravermelho, dispositivo a vácuo e monitor termopar. Aqui, grande cuidado é necessário para garantir a remoção apenas dos componentes BGA. Um pequeno erro pode danificar a placa inteira.

Retrabalho BGA

Como você pode estar ciente, é um pouco trabalhoso realizar retrabalho BGA. Mas facilita se você tiver equipamento especializado à disposição. Mas, se você tem que devolver seu(s) produto(s) para reparo, não há motivo para se preocupar. O trabalho de reparo começa aquecendo primeiro os componentes BGA. Isso garante que você derreta as partes por baixo.

Uma estação de retrabalho específica é ideal durante o retrabalho. Também é perfeita para um processo trabalhoso compreendendo equipamentos especializados como aquecedor infravermelho, dispositivo a vácuo e monitor termopar. Aqui, grande cuidado é necessário para garantir a remoção apenas dos componentes BGA. Um pequeno erro pode danificar a placa inteira.