BGA-Löten – Vorbereitung vor dem Löten
BGA-Löten Der erste Schritt ist die Auswahl einer geeigneten Oberflächenbeschichtung. Die Oberfläche muss mit einem anstehenden Projekt oder den Anforderungen eines Produkts kompatibel sein. Es gibt zwar viele verschiedene Oberflächenbehandlungen, aber einige davon erfordern bleifreie Oberflächen. Dazu gehören RoHS, bleifreies OSP oder bleifreies ENIG.
Nachdem Sie das richtige Material für Ihr Projekt ausgewählt haben, müssen Sie sicherstellen, dass Sie die Leiterplatten auf die richtige Weise lagern. Eine unsachgemäße Handhabung und Lagerung kann dazu führen, dass Ihre Leiterplatten beschädigt werden.
Es ist daher ratsam, sie in einem Behälter mit einer Feuchtigkeitsbarriere zu lagern. Der Behälter sollte eine feuchtigkeitsempfindliche Karte enthalten, die Sie über die Feuchtigkeit in der Tasche informiert. Anhand der Feuchtigkeitsmesskarte können Sie den erforderlichen Feuchtigkeitsgehalt ermitteln.
Wenn Sie alles unter Kontrolle haben, können Sie nun zum zweiten Schritt übergehen.
Reinigen Sie die Leiterplatte gründlich
Jetzt, da Ihre Leiterplatten im richtigen Zustand und bereit für das BGA-Löten sind, müssen Sie sicherstellen, dass die Leiterplatten gründlich gereinigt oder eingebrannt werden. Das Einbrennen sorgt dafür, dass die Feuchtigkeit, die später zu Lötfehlern führen könnte, beseitigt wird. Daher müssen Sie sicherstellen, dass die Leiterplatten vor dem Bestückungsprozess gründlich gereinigt werden.
Bei verschmutzten Leiterplatten besteht die Gefahr von BGA-Lötkugelfehlern. Dazu gehören Kaltverschweißungen, Verschiebungen, Hohlräume und Überbrückungen. Während der Lagerung und des Transports kann es vorkommen, dass Ihre Leiterplatten mit Schmutz bedeckt werden. Um sicherzustellen, dass alles wie geplant abläuft, sollten Sie sicherstellen, dass Ihre Leiterplatten sauber sind, bevor die Montage beginnt. In den meisten Fällen vertrauen viele Bestücker auf Ultraschallreiniger.
BGA-Vorbereitung für das BGA-Löten
Da BGAs in gewisser Weise feuchtigkeitsempfindlich sind, müssen Sie sicherstellen, dass sie in einer trockenen Umgebung aufbewahrt werden. Diejenigen, die mit ihnen umgehen, müssen sich an die strengen Vorschriften halten, die erforderlich sind, um die Bauteile vor Schäden zu bewahren. Im Allgemeinen sollten diese Bauteile jedoch in feuchtigkeitsgeschützten Schränken aufbewahrt werden. Die Temperaturen sollten zwischen 20℃ und 25℃ liegen und die Luftfeuchtigkeit sollte etwa 10 % betragen.
Wie bereits erwähnt, müssen BGA-Bauteile vor Beginn des Lötvorgangs gebacken werden. Dabei müssen die Hersteller darauf achten, dass die Löttemperatur 125℃ nicht überschreitet. Andernfalls kann es zu einer unerwünschten metallografischen Struktur kommen. Auch hier ist Vorsicht geboten, denn wenn die Temperatur zu niedrig ist, wird es schwierig, die Feuchtigkeit zu entfernen.
Daher ist es wichtig, die Bauteile vor der SMT-Bestückung zu backen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Feuchtigkeit im Inneren des BGAs verschwindet. Außerdem müssen BGAs nach dem Backen und vor dem Eintritt in die SMT-Bestückungslinie etwa 30 Minuten abkühlen.
BGA-Löten, Reflow-Löten
Das BGA-Bestückungspaket ist in der Regel das gleiche wie bei der SMT-Bestückung. Zunächst wird Lotpaste auf ein Pad-Array einer Leiterplatte gedruckt, indem eine Schablone oder ein Flussmittel auf das Pad aufgetragen wird. Anschließend werden die BGA-Bauteile mit Hilfe eines Bestückungsautomaten auf der Leiterplatte ausgerichtet. Danach werden die BGA-Bauteile in einem Reflow-Lötofen gelötet. Das Reflow-Löten ist ein komplizierter Prozess, der aus mehreren Phasen besteht, die im Folgenden kurz erläutert werden:
1. Vorwärmphase – Diese Phase besteht normalerweise aus 2 bis 4 Heizzonen. Hier können die Temperaturen in weniger als 2 Minuten auf bis zu 150℃ ansteigen. Aus diesem Grund gibt es keine Spritzer von Lot oder eine überhitzte Basis.
2. Eintauchphase – hier ist das Ziel, ein heißes Schmelzen zu erreichen, was gute Lötstellen ergibt.
3. Lötphase – in dieser Phase muss die Temperatur der Lötstellen auf die Löttemperatur ansteigen. Hier ist es am besten, hohe Temperaturen einzustellen, damit die Lötstellen wie gewünscht ausfallen.
4. Abkühlphase – Dies ist der letzte Schritt des Reflow-Lötens. Es gibt zwei Arten der Kühlung: natürliche Kühlung und Luftkühlung. Ideal ist eine Abkühlungsrate zwischen 1 ℃ und 3℃.
Kontrolle des Lötmittels beim BGA-Löten
Im fünften Schritt müssen Sie sicherstellen, dass Sie das Lot während des BGA-Lötens kontrollieren. In den meisten Fällen übersteigt die Temperatur beim Löten den Schmelzpunkt, und das Lot wird flüssig.
Um sicherzustellen, dass das Ergebnis wie gewünscht ausfällt, müssen Sie das Lot beim BGA-Löten kontrollieren. Dies erreichen Sie, indem Sie 60 bis 90 Sekunden lang eine Temperatur von etwa 183 Grad aufrechterhalten. Sowohl zu lange als auch zu kurze Zeiträume können beim BGA-Löten zu Qualitätsproblemen führen. Manchmal müssen Sie auch Ihren Lötknopf überprüfen. Die meisten Lötkolben haben einen Drehknopf, mit dem die Hitze des Lötkolbens reduziert wird. Dadurch wird das Löten kontrolliert und Sie erhalten die gewünschten Ergebnisse.
Inspektion von BGA
Bevor Sie Ihre Produkte auf den Markt bringen, sollten Sie sicherstellen, dass die BGA-Lötung einer gründlichen Inspektion unterzogen wird. Ohne Inspektion Ihrer Produkte besteht die Gefahr, dass Sie fehlerhafte Produkte herstellen. Diese Produkte müssen dann möglicherweise kostspielig nachgearbeitet werden, was den Ruf Ihres Unternehmens ruiniert. Das Gleiche gilt für die BGA-Prüfung. In der Leiterplattenbestückung ist die BGA-Prüfung ein Bereich, der seit der Einführung von BGAs auf großes Interesse gestoßen ist.
Es sollte klar sein, dass die BGA-Prüfung mit optischen Verfahren nicht effektiv durchgeführt werden kann. Die Lötstellen unter den BGA-Bauteilen sind nicht sichtbar. Außerdem ist es nicht einfach, die Lötstellen auf ihre elektrische Leistung hin zu prüfen.
Die einzige zufriedenstellende Methode zur Prüfung von BGA ist die Verwendung von Röntgenstrahlen. Röntgenstrahlen haben sich als sehr hilfreich erwiesen, um die Lötstellen unterhalb des Gehäuses zu identifizieren. Sie helfen damit bei einer detaillierten Prüfung.
Aber Röntgenstrahlen sind nicht die einzige Methode, die man anwenden kann. Auch wenn Röntgenstrahlen zu den effektivsten Methoden gehören, haben Designer noch andere Möglichkeiten. Sie können die Qualität der BGA-Schweißnähte mit Hilfe von Boundary Scan oder elektrischer Prüfung überprüfen. Die elektrische Prüfung beispielsweise zeigt nur die elektrische Leitfähigkeit. Der Erfolg des BGA-Lötens kann damit jedoch nicht überprüft werden.
Genaue Ausrichtung des BGA auf dem PCB-Pad
Der siebte Schritt betrifft die korrekte Ausrichtung des BGAs auf dem PCB-Pad. Dies geschieht in zwei Schritten. Die anfängliche Ausrichtung, gefolgt von der Aufrechterhaltung der Ausrichtung während des Lötvorgangs. Hierfür benötigen Sie eine spezielle Ausrüstung für den Massenbetrieb. Wenn Sie jedoch einen Prototyp erstellen müssen, können Sie immer noch manuell ausrichten. Dies wird auch als manuelle Ausrichtung bezeichnet.
Um sicherzustellen, dass das Ergebnis stimmt, müssen Sie die Platinen mit Ausrichtungsmarken versehen. Diese Markierungen werden vorzugsweise aus Kupfer hergestellt. Außerdem sollten Sie die Verwendung von Lötpaste vermeiden, da diese bei muskulären Oberflächenspannungen schmelzen kann. Dies führt langfristig zu Schäden an den Anschlüssen.
Auch hier gilt: Wenn Sie hohe Stückzahlen produzieren, kann es zeit- und kostensparend sein, wenn Sie eine optische Ausrichtung in Betracht ziehen. Außerdem müssen Sie in spezielle Maschinen investieren, die in der Lage sind, alles auf dem PCB-Pad auszurichten.
Bester BGA-Lötstellenstandard
Es gibt bestimmte BGA-Lötstellenstandards, die Sie einhalten müssen, wenn Sie bei der SMT-Bestückung von Leiterplatten BGA-Lötungen vornehmen wollen. So führen beispielsweise BGA-Lötstellen, die Hohlräume aufweisen, zu vielen Fehlern. Auf lange Sicht werden sie wahrscheinlich auch andere kostspielige technische Probleme verursachen.
Nach den IPC-BGA-Lötstandards sollten die Löcher auf dem Lötauge nicht größer als 10 % der Lötkugelfläche sein, wenn es schwierig ist, Hohlräume zu vermeiden. Mit anderen Worten, die Tunnel auf den Pads dürfen nicht größer als 30 % des Durchmessers der Lötkugel sein. Um gute Ergebnisse zu erzielen, müssen Sie sich an akzeptable Industriestandards für BGA-Lötstellen halten.
BGA-Nacharbeit
Wie Sie vielleicht wissen, ist die Nacharbeit von BGAs nicht ganz einfach. Es ist jedoch einfacher, wenn Sie über spezielle Geräte verfügen. Wenn Sie Ihr(e) Produkt(e) zur Reparatur einschicken müssen, besteht jedoch kein Grund zur Sorge. Bei der Reparatur werden die BGA-Bauteile zunächst erhitzt. Dadurch wird sichergestellt, dass die darunter liegenden Teile geschmolzen werden.
Eine bestimmte Rework-Station ist ideal für die Nacharbeit. Sie ist auch perfekt für einen Arbeitsvorgang, der spezielle Geräte wie eine Infrarotheizung, ein Vakuumgerät und einen Thermoelement-Monitor umfasst. Hier ist große Sorgfalt erforderlich, um sicherzustellen, dass nur BGA-Komponenten entfernt werden. Ein kleiner Fehler kann die gesamte Leiterplatte beschädigen.
BGA-Nacharbeit
Wie Sie vielleicht wissen, ist das BGA-Rework ein wenig mühsam. Es ist jedoch einfacher, wenn Sie über eine spezielle Ausrüstung verfügen. Wenn Sie Ihr(e) Produkt(e) zur Reparatur einschicken müssen, besteht jedoch kein Grund zur Sorge. Bei der Reparatur werden die BGA-Bauteile zunächst erhitzt. Dadurch wird sichergestellt, dass die darunter liegenden Teile geschmolzen werden.
Eine bestimmte Rework-Station ist ideal für die Nacharbeit. Sie ist auch perfekt für einen Arbeitsvorgang, der spezielle Geräte wie eine Infrarotheizung, ein Vakuumgerät und einen Thermoelement-Monitor umfasst. Hier ist große Sorgfalt erforderlich, um sicherzustellen, dass nur BGA-Komponenten entfernt werden. Ein kleiner Fehler kann die gesamte Leiterplatte beschädigen.
