Les composants BGA par Serge


Posté le 17 avril 2016 - Sujet lu 840 fois.


La conception et la fabrication de circuits imprimés à base de circuits intégrés BGA (Ball Grid Array).

BGA

Design du circuit imprimé.

Quand on me demande pour la première fois un design de circuit imprimé avec des BGA et une fois la surprise passée, je commence à me documenter.

Du coté de mon fabricant de circuits imprimés EuroCircuits ça commence à coincer : la prestation standard (Classe 6C, pistes, isolations et colerettes pastilles vias en 150µm) ne permet pas de gérer les BGA pitch 0,8mm ... ça commence bien ! En cherchant encore je tombe sur ce blog qui explique comment contourner cette limitation mais je dois tout de même passer en classe 8D.

Le routage commence par le fan-out ou l'art de faire sortir toutes les pistes de dessous le circuit intégré ce qui dans mon cas a conditionné le nombre de couches à utiliser. Tout passait en 6 couches mais j'en ai ajouté 2 pour les alimentations ... coté routage tout s'est bien passé, en fait pas de différence avec un autre circuit (TQFP ou QFN).

Puis vient ensuite la commande du matériel : circuits imprimés et les pochoirs (stencils) pour le dépôt de la pâte à braser.

Réception de tout le matériel et début de la fabrication.

Première surprise : j'ai oublié la sérigraphie de l'empreinte du BGA (comme on peut le voir sur la photo) ce qui ne va pas faciliter son placement.

Deuxième surprise : au moment de dépôser la pâte je m'aperçois qu'il en reste dans certains trous du pochoir et donc qu'il y a des manques sur le circuit imprimé au niveau du BGA dont les pads font 250µm de diamère. Sur le BGA où les pads ont 300µm de diamètre le résultat est parfait. Il fallait que je trouve une solution. Passage du circuit à l'acétone pour améliorer le mouillage de la pâte, meilleur résultat mais, par endroit, la pâte coince toujours dans le pochoir. J'ai un nettoyant pour flux de soudure qui avant son séchage complet reste un peu gras, je décide d'en vaporiser sur le pochoir pour que la pâte n'y adhère pas : résultat parfait, ouf !

Placement / refusion.

Hors le problème de placement du à l'absence de sérigraphie, pas de difficulté majeure. À savoir qu'un décalage du composant BGA se résorbe à la refusion. Le problème du soudage est qu'on fait ça en aveugle. Sauf à posséder les rayons X on ne peut rien voir. La solution : placer le capteur de température du four (ou de la station de reprise) au plus près du circuit et j'ai personnellement augmenté la durée de la zone de refusion pour que la température soit bien uniforme.

Test de la carte.

Rien de spécial : ça fonctionne, pour une première ça c'est mieux passé que prévu. On voit bien qu'il n'y a pas lieu de s'inquiéter.



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Pas de commentaire visiteur.


Les leçons à retenir pour cette première.

Le design du PCB n'entraine pas de changement par rapport à d'autres technologies si ce n'est lors de l'ajout du composant en bibliothèque où il est préférable de définir la couche 'cream' manuellement (voir remarque sur le stencil).

Ne pas s'affoler : les BGA sont plus tolérants que des LGA par exemple et généralement plus que tous les autres composants de la carte, j'avais lu ça quelque part et ça s'est vérifié.

Ne pas sous-dimensionner la taille des pads sur le stencil ... je pense qu'il ne faut pas descendre en-dessous des 300µm sous peine de voir la pâte rester coincée dans le pochoir. C'est un peu le même principe que pour les LGA

Ne pas faire comme moi : la sérigraphie est indispensable pour le positionnement du BGA mais ne pas penser que l'outil de pose par caméra soit indispensable, un stylo pompe est suffisant mais il ne faut pas trembler.

Pour la soudure, que ce soit à l'air chaud ou aux IR, bien mesurer la température au plus près du BGA et prévoir une marge dans le temps de refusion pour obtenir une bonne température au coeur du circuit.


Serge