Bij de assemblage van printplaten worden de elektronische componenten op de printplaat geplaatst; dit wordt ook wel PCBA genoemd. Er bestaan verschillende assemblageprocessen voor printplaten, en BGA-assemblage behoort tot de meest gangbare.
In de moderne wereld is er veel vraag naar geavanceerde assemblageprocessen voor printplaten. Zoals u weet, worden elektronische componenten steeds kleiner en gebruiksvriendelijker. Daardoor is de vraag naar printplaten met een hoge dichtheid enorm groot. Deze printplaten zorgen voor een snellere werking en een betere warmteafvoer. Met het BGA-assemblageproces kunt u dergelijke printplaten vervaardigen.
In dit artikel kom je meer te weten over de assemblage van Ball Grid Array-componenten. Je leert vooral wat deze PCBA precies is en welke soorten er zijn. Verderop maak je ook kennis met verschillende testprocedures voor BGA-assemblage. Tot slot hopen we dat je voldoende kennis over deze technologie opdoet.
Wat is een Ball Grid Array-assemblage?
BGA staat voor ‘ball grid array’. Zoals de naam al doet vermoeden, wordt bij dit assemblageproces gebruikgemaakt van bepaalde soorten bolletjes in een rasterpatroon. BGA-assemblage is een PCBA-proces waarmee BGA-componenten op een printplaat worden bevestigd. BGA-componenten worden ook wel BGA-pakketten genoemd.
Om BGA-behuizingen te begrijpen, is het ook essentieel om inzicht te hebben in PGA-behuizingen. PGA staat voor Pin Grid Assembly. PGA-behuizingen maken gebruik van een reeks pinnen om op de printplaat te worden aangesloten, waardoor ze ideaal zijn voor eenvoudige montage in een socket. BGA-behuizingen zijn geavanceerder dan PGA-behuizingen. Het belangrijkste verschil tussen BGA- en PGA-behuizingen is de aansluitmethode. De ene maakt gebruik van uitstekende pinnen, terwijl de andere soldeerbolletjes gebruikt.
BGA-assemblageproces
Het BGA-assemblageproces bestaat doorgaans uit drie belangrijke stappen. De eerste stap is het ontwerpen van de printplaat voor BGA’s, die perfect moet aansluiten op de BGA-pakketten. Er moet voldoende ruimte zijn voor soldeerbolletjes en sporen. Daarnaast moet u ook letten op de juiste afmetingen van de pads en de openingen in het soldeermasker. Ook is het van cruciaal belang om de via's zo te plaatsen dat ze de soldeerverbindingen niet hinderen.
De tweede stap bestaat uit het plaatsen van de BGA-pakketten op de printplaat. Je kunt een pick-and-place-machine gebruiken om ervoor te zorgen dat het BGA-pakket correct wordt uitgelijnd en nauwkeurig op de printplaat wordt geplaatst. Een nauwkeurige plaatsing is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat alle soldeerbolletjes precies op de printplaatpads uitkomen.
De derde en belangrijkste stap is het reflow-proces en de vorming van de soldeerverbindingen. Je moet de printplaat en de BGA in een reflow-oven verwarmen. Door de hitte in de oven smelten de soldeerbolletjes en ontstaan er verbindingen tussen de BGA en de printplaat. Je moet dit verwarmings- en afkoelingsproces nauwkeurig regelen. Een juiste verwarming en afkoeling zorgen voor sterke en betrouwbare soldeerverbindingen.
Vervolgens kunt u de geassembleerde printplaat onderzoeken met een röntgeninspectieapparaat. Zo weet u zeker dat de soldeerverbindingen perfect zijn uitgevoerd en goed vastzitten op de printplaat.
Voordelen van BGA-assemblage
BGA-pakketten zijn de geavanceerde printplaatcomponenten die in de plaats zijn gekomen van PGA-componenten. Bepaalde beperkingen van PGA-componenten hebben geleid tot de vraag naar BGA-onderdelen. PGA-componenten hebben een beperkte pindichtheid.
De afstand tussen de pinnen beperkte doorgaans het aantal aansluitingen. PGA-behuizingen zijn veel groter, waardoor elektronische apparaten uiteindelijk ook groter worden. PGA-componenten bieden een slechte warmteafvoer, wat hun efficiëntie vermindert.
Al deze belangrijke beperkingen van PGA-componenten zorgen ervoor dat BGA-componenten populair zijn in de printplaatindustrie.
(1) Dankzij een ball grid array zijn BGA-componenten doorgaans veel kleiner. Daardoor kun je compactere ontwerpen maken.
(2) Ball Grid Assembly biedt betere thermische en elektrische eigenschappen. Dankzij het ontwerp kan de warmte efficiënter worden afgevoerd. Zoals u weet, zorgen kortere verbindingen voor betere elektrische prestaties. Daarom zorgt een BGA-printplaatassemblage voor veel snellere en betrouwbaardere apparaten.
(4) BGA-behuizingen bieden ruimte voor een groter aantal pinnen, waardoor je op een klein oppervlak meer verbindingen kunt aanbrengen. Dit is ideaal voor hoogfrequente toepassingen. Door gebruik te maken van BGA-assemblage kun je geavanceerdere systemen ontwerpen zonder dat de printplaat groter hoeft te worden.
(5) De kortere verbindingswegen bij BGA-montage zorgen voor minder signaalstoringen. Hierdoor kunt u rekenen op signalen van hoge kwaliteit en stabiele communicatie.
(6) De BGA-assemblage is sterk en betrouwbaar. De soldeerbolletjes zorgen voor robuuste mechanische verbindingen, waardoor ze bij uitstek geschikt zijn voor toepassingen waarbij trillingen en belasting een rol spelen.
Beperkingen van BGA-printplaatassemblage
BGA-assemblage biedt veel voordelen, maar kent ook enkele beperkingen. Het is van essentieel belang om met deze uitdagingen rekening te houden bij het gebruik van BGA-elektronicafabricage.
(1) Het testen van BGA-soldeerverbindingen is lastig. De verbindingen bevinden zich onder de chip en zijn niet zichtbaar. Je kunt geen traditionele methoden gebruiken om problemen op te sporen. Je zult geavanceerde apparatuur, zoals röntgenapparaten, gebruiken om de printplaat met de BGA-assemblage te testen.
(2) Het herwerken van BGA-printplaten is geen eenvoudige klus. Je hebt speciaal gereedschap nodig om BGA-componenten te verwijderen en te vervangen. Bovendien is er vakkundige hulp nodig om de componenten weer op de printplaat te monteren.
(4) BGA-assemblage is aanzienlijk duurder dan PGA-assemblage. Dankzij de betere warmteafvoer, het compacte ontwerp en de duurzaamheid is BGA populairder. De productie van BGA-componenten is echter ook complex en geavanceerd, waardoor de kosten van BGA-assemblage eveneens zeer hoog zijn.
Soorten BGA-behuizingen
Er bestaan verschillende soorten BGA-pakketten, oftewel Ball Grid Array-componenten. Elk type is speciaal ontworpen voor een bepaalde toepassing of een bepaald project.
Plastic BGA (PBGA)
Plastic BGA-behuizingen zijn ongelooflijk licht en goedkoop. Men geeft de voorkeur aan PBGA’s op printplaten van computers en smartphones. In vergelijking met andere typen bieden deze BGA’s goede thermische en elektrische prestaties.
Keramische BGA (CBGA)
Keramische BGA-behuizingen zijn een betere keuze omdat ze langer meegaan en beter presteren. Keramiek is namelijk uitstekend bestand tegen hoge temperaturen. Ze zijn bestand tegen zware omstandigheden. BGA-behuizingen worden gebruikt in de automobielindustrie, de luchtvaart en de industriële sector.
Tape-BGA (TBGA)
BGA-pakketten op tape zijn gemaakt van buigzame tape en zijn uitermate geschikt voor toepassingen waarbij snelheid en consistentie vereist zijn. Ze zijn ook zeer geschikt voor hightech-communicatieapparatuur.
Micro-BGA-behuizing (µBGA)
Zoals de naam al aangeeft, zijn deze BGA-behuizingen veel kleiner dan andere soorten. Micro-BGA-behuizingen zijn geschikt voor hoogfrequente toepassingen. Ze zijn ideaal voor draagbare apparaten. Digitale horloges, microbots en nanotechnologie maken allemaal gebruik van deze micro-BGA.
Fine Pitch BGA (FBGA)
Deze BGA-behuizingen hebben doorgaans meer soldeerbolletjes dan de standaardversies. Dit betekent dat FBGA-chips meer taken tegelijkertijd kunnen uitvoeren. Deze BGA-behuizingen worden veel gebruikt voor verwerkingsapparatuur zoals CPU’s. FBGA zorgt ervoor dat de elektrische verbindingen beter functioneren.
PBGA met onderliggende holte
De Cavity Down PBGA heeft een verzonken holte voor een betere warmteafvoer. Als uw project betere warmtebeheersystemen vereist, kunt u deze BGA-behuizingen eens proberen.
BGA met hoge thermische geleiding
BGA-behuizingen met hoge thermische capaciteit worden veel gebruikt voor toepassingen die veel stroom verbruiken. Ze zijn speciaal ontworpen om hoge warmtebelastingen aan te kunnen.
Flip-chip BGA (FCBGA)
De Flip-Chip BGA is rechtstreeks verbonden met de basis, wat de elektrische prestaties verbetert. Veel computers en hogesnelheidschips maken hier gebruik van.
Testen van BGA-assemblages
Testen is een belangrijk onderdeel van het samenstellen van een BGA. Waarom is testen zo noodzakelijk? Op deze manier kun je een product van goede kwaliteit garanderen. Bovendien kun je de nodige maatregelen nemen om defecten aan te pakken. BGA-pakketten worden op verschillende manieren getest. De gebruikte methode wordt voornamelijk bepaald door de productiefase en de specifieke behoeften.
Elektrische tests
Elektrische tests vormen de meest elementaire methode die in fabrieken en reparatiewerkplaatsen wordt toegepast. Net als andere testmethoden wordt hiermee de werking van de BGA-assemblage gecontroleerd. De test richt zich echter vooral op het controleren van de continuïteit om vast te stellen of er kortsluitingen of onderbroken verbindingen zijn. In fabrieken worden elektrische signalen gemeten met digitale testprobes of testopstellingen.
Elektrische tests zijn snel en doeltreffend. Het is echter mogelijk dat fysieke defecten, zoals holtes in soldeerverbindingen, hiermee niet worden opgespoord.
Optische tests
Onder ‘optisch testen’ verstaan we het testen met behulp van optische apparatuur. Bij deze test wordt voornamelijk het oppervlak van de BGA-assemblage geïnspecteerd. Hiermee kunt u diverse visuele defecten opsporen. Typische voorbeelden zijn verkeerd uitgelijnde componenten of beschadigde ballen.
In dit geval worden twee soorten optische testapparatuur gebruikt. De eerste is de MVI, oftewel handmatige visuele inspectie. Bij deze methode worden doorgaans loepen gebruikt om assemblages te controleren. De andere is AOI, oftewel geautomatiseerde optische inspectie. Bij deze methode wordt gebruikgemaakt van camera’s met een hoge resolutie. Je kunt inzoomen en elk onderdeel van de printplaat controleren.
Röntgeninspectie
Met röntgenapparatuur kunt u defecten opsporen die met andere testmethoden niet te detecteren zijn. Deze testmethode brengt verborgen defecten in BGA-assemblages aan het licht. Het biedt u een gedetailleerd beeld van de soldeerverbindingen onder de behuizing.
Er zijn vier hoofdtypen röntgenonderzoeken. Een 2D-röntgenfoto levert een plat beeld van het onderdeel op, wat uitstekend geschikt is voor basisanalyse. Met een 3D-röntgenfoto daarentegen kun je geavanceerde gebreken tot in de diepte bekijken. Met holtedetectie worden plaatsen opgespoord waar soldeerverbindingen luchtbellen bevatten. De laatste is uitlijningsanalyse, waarmee wordt gecontroleerd of de componenten correct zijn geplaatst.
UETPCB BGA-technologie
UETPCB is een toonaangevende fabrikant van printplaten. BGA-assemblage is een van de populairste en meest veeleisende diensten van het bedrijf. Het bedrijf biedt hoogwaardige oplossingen voor compacte, krachtige elektronische apparaten.
UETPCB maakt gebruik van geavanceerde apparatuur en kwaliteitscontrolemaatregelen. De BGA-assemblage die in deze fabriek wordt uitgevoerd, garandeert altijd nauwkeurige verbindingen. UETPCB garandeert betere elektrische prestaties. Uw apparaat krijgt betrouwbare soldeerverbindingen en een optimale warmteafvoer.
Het bedrijf biedt diverse BGA-opties aan, waaronder PBGA, CBGA en FCBGA. U kunt deze opties aanpassen aan de behoeften van uw project. Het bedrijf biedt ook ondersteuning bij maatwerkontwerpen voor unieke toepassingen.
Neem gerust contact met ons op als u vragen heeft of geïnteresseerd bent in de assemblageprocessen van printplaten. Wij beschikken over een zeer professioneel team van experts dat u graag van dienst is. U kunt ook naar onze dienstenpagina’s gaan voor meer informatie over wat wij doen.