Faktor Utama yang Mempengaruhi Kualitas Assembly BGA: Panduan Lengkap

Seiring dengan perkembangan cepat sirkuit terpadu skala besar (IC), kebutuhan assembly elektronik tidak dapat lagi dipenuhi oleh tipe paket tradisional dan tipe paket baru muncul karena dorongan kebutuhan dalam hal integritas yang lebih tinggi, ukuran papan yang lebih kecil dan jumlah I/O yang lebih tinggi. Di antara semua tipe paket baru yang disebutkan di atas, paket BGA (ball grid array) adalah tipe utama dengan bidang aplikasi yang paling luas karena keberagaman yang mengalahkan banyak keterbatasan yang dimiliki paket tradisional. Dari perspektif elemen yang berkaitan dengan teknologi penyolderan, paket BGA hampir tidak berbeda dari paket tradisional, misalnya QFP (quad flat package). Namun, pin digantikan oleh bola solder, yang dapat dianggap sebagai revolusi dalam assembly elektronik dan mendorong kemunculan paket turunan seperti CSP (chip scale package). Saat ini, penyolderan BGA masih harus diimplementasikan dengan teknologi SMT (surface mount technology) tradisional yang diterapkan dan penyolderan BGA masih dapat dilakukan di peralatan assembly SMT biasa. Artikel ini akan membahas beberapa faktor yang mempengaruhi penerapan teknologi assembly BGA termasuk desain pad BGA, pencetakan pasta solder, akurasi penyelarasan pemasangan, kurva suhu penyolderan dan cacat penyolderan.

Keberadaan Desain Pad BGA

Paket BGA ada dalam beberapa klasifikasi berdasarkan pitch yang berbeda. Secara umum, desain pad BGA harus mempertimbangkan kelayakan tracing CAD dan kemanfaatan produksi PCB (printed circuit board) di pertimbangan awal. Pad BGA juga ada dalam berbagai tipe dan dapat dipilih secara bebas ketika ruang memungkinkan dengan tipe-tipe berikut yang umum digunakan.

• Dog-bone Pad

Pad dog-bone memanfaatkan via untuk memindahkan trace ke lapisan lain sehingga beberapa batasan telah ditetapkan pada ukuran pad. Akibat keberadaan via, beberapa cacat cenderung terjadi selama proses pembuatan PCB seperti bridging solder akibat solder mask terlepas. Oleh karena itu, ukuran pad harus dirancang dengan ketat sesuai dengan tingkat produksi aktual untuk meminimalkan cacat penyolderan yang dihasilkan selama penyolderan BGA dan meninggalkan ruang untuk rework BGA di masa depan.

• Vias Distributed Externally to BGA Pads

Jenis pad ini bekerja paling baik untuk komponen BGA dengan jumlah I/O yang rendah. Jenis desain pad ini memberikan kemudahan untuk penyolderan dan memberikan lebih banyak ruang bebas untuk ukuran pad. Tentu saja, persyaratan dasar harus dipenuhi dalam hal tracing. Jadi, hampir mustahil untuk menggunakan jenis pad ini pada BGA dengan jumlah I/O yang tinggi.

• Via-in-pad Pad

Via in pad berkembang bersama dengan kemajuan teknologi microvia dalam pembuatan PCB.

Selain tipe pad, solder mask dan posisi pad BGA secara langsung terkait dengan penyolderan BGA. Berdasarkan posisi solder mask yang berbeda, pad BGA ada dalam dua tipe: pad SMD (solder mask defined) dan pad NSMD (non solder mask defined) dengan fungsi masing-masing pada penyolderan BGA. Ketika pad SMD diterapkan, pad memiliki area bonded yang besar dengan pad, yang mengarah pada area bonded yang setara antara joint penyolderan dan papan PCB. Namun, seiring meningkatnya ukuran pad, jarak antara pad yang berdekatan menjadi kecil, yang mempengaruhi distribusi pad via dan kemampuan tracing.

Selama proses pembuatan PCB, jika solder mask menyimpang dalam arah yang sama, pad BGA tidak akan terpengaruh, yang menguntungkan penyolderan BGA. Namun, jenis pad ini cenderung pecah selama rework solder mask di tepi, yang buruk untuk efek rework. Setelah pad NSMD digunakan, pad akan relatif kecil, yang menguntungkan distribusi pad via dan tracing. Struktur pad jenis ini, however, mengakibatkan penurunan area bonded antara joint penyolderan dan pad dan lebih mengurangi kekuatan bonded joint penyolderan. Singkat kata, kedua pad memiliki keuntungan dan kerugian masing-masing dan pad yang sesuai dapat ditentukan berdasarkan pertimbangan teknologi.

Pencetakan Pasta Solder

Pencetakan pasta solder memainkan peran kunci dalam menentukan kualitas penyolderan. Pencetakan pasta solder adalah transformasi akurat pasta solder dari stencil ke pad dengan stencil, pasta solder dan printer yang terlibat. Presisi printer pasta solder harus terlebih dahulu memenuhi persyaratan assembly BGA. Stencil menentukan jumlah pasta solder melalui ketebalannya dan ukuran pembukaannya. Jumlah pasta solder yang dibutuhkan oleh paket BGA biasanya ditentukan oleh 3 aspek:
• Solder yang cukup harus digunakan untuk memastikan koneksi penyolderan BGA yang baik.
• Jumlah pasta solder harus mensejajarkan kesalahan co-planarity bola solder (biasanya 0,1mm) dari komponen BGA.
• Ketika komponen fine-pitch lain tersedia pada papan sirkuit, jumlah pasta solder harus dipertimbangkan secara menyeluruh untuk mencegah lebih banyak cacat penyolderan terjadi.

Akurasi Penyelarasan

Posisi akurat komponen BGA pada papan sirkuit sepenuhnya bergantung pada presisi chip mounter, sebagian besar memiliki sistem penyelarasan spesifik yang mampu membantu mencapai penyelarasan akurat komponen BGA. Lebih jauh, beberapa chip mounter bahkan dapat memeriksa bola solder BGA dari segi co-planarity mereka dan mengenali beberapa cacat seperti bola hilang, yang sangat membantu untuk peningkatan keandalan penyolderan BGA.

Selain itu, beberapa tindakan lain dapat dilakukan untuk meningkatkan lebih lanjut akurasi pemasangan komponen BGA dan. Misalnya, mark fiducial lokal disetel di bagian luar pad BGA atau beberapa garis lipat disetel sebagai mark fiducial untuk inspeksi manual setelah assembly, keduanya telah terbukti efektif dalam produksi aktual.

Lebih jauh, komponen BGA memiliki efek self-centering yang jelas dalam proses penyolderan karena tegangan permukaan solder jadi beberapa perancang sengaja memperbesar pad di empat sudut dalam desain pad BGA, membuat efek self-centering lebih jelas untuk memastikan komponen BGA dapat self-reset ketika posisi pemasangan bergeser.

Kurva Suhu Penyolderan dan Cacat Penyolderan

Kurva suhu penyolderan secara langsung menentukan kualitas penyolderan. Kurva suhu biasanya mencakup empat fase: fase pemanasan awal, fase merendam, fase reflow dan fase pendinginan masing-masing memiliki perubahan fisik/kimia yang berbeda. Karena pengaturan kurva suhu menentukan proses pembentukan joint penyolderan, ia memiliki hubungan erat dengan keandalan joint penyolderan. Karena khususnya paket BGA, sangat sulit untuk menghasilkan kurva suhu yang memuaskan. Secara umum, komponen BGA memerlukan tiga suhu untuk diukur: suhu paket, suhu permukaan papan sirkuit dan suhu joint penyolderan internal BGA.

Inspeksi dan Teknologi Rework BGA

Karena semua joint penyolderan BGA berada di bawah paket setelah penyolderan, metode inspeksi tradisional seperti flying probe test atau inspeksi visual gagal memenuhi kebutuhan aktual. Hingga saat ini, metode terdepan yang dapat memindai cacat penyolderan dari joint penyolderan BGA adalah uji AOI (automated optical inspection) dan uji AXI (automated X-ray inspection).

Berdasarkan properti struktur BGA, hampir mustahil untuk memeriksa satu joint penyolderan dari komponen BGA. Namun, seluruh badan paket harus di-rework.

Faktor Lainnya

Faktor lain harus diperhatikan dalam proses assembly BGA seperti proteksi elektrostatis dan pemanggangan komponen BGA. Biasanya, komponen BGA memerlukan paket khusus dengan persyaratan proteksi elektrostatis. Selama proses assembly papan sirkuit cetak, tindakan proteksi elektrostatis yang ketat harus dilakukan termasuk grounding peralatan, manajemen staf dan administrasi lingkungan.

Assembly BGA dengan Harga Terjangkau

Dengan lebih dari sepuluh tahun pengalaman menangani kebutuhan Assembly PCB dari klien di seluruh dunia, kami memiliki kemampuan untuk menyolder hampir semua jenis bagian ke dalam papan sirkuit, termasuk komponen BGA. Jika Anda memiliki pertanyaan atau kekhawatiran tentang Assembly PCB, hubungi kami untuk mengetahui tentang kemampuan penyolderan PCB kami dan diskusikan proyek populasi PCB kustom. Jangan ragu untuk klik tombol di bawah ini untuk meminta harga Assembly BGA! Ini TOTALNYA GRATIS!

Sumber Daya Berguna
• Pengenalan Komprehensif BGA
• Alasan Utama Retakan dalam Penyolderan BGA
• Masalah Bola Solder pada Komponen BGA dan Cara Menghindarinya
• Layanan Assembly PCB Turnkey Lanjutan dari PCBCart
• Cara Mendapatkan Harga Assembly PCB
• Cara Mengevaluasi Produsen PCB atau Assembly PCB