Cómo soldar componentes BGA correctamente

Cómo soldar componentes BGA correctamente

BGA es el acrónimo de Ball Grid Array (Matriz de Rejilla de Bolas en español). En este tipo de dispositivos, la parte inferior del paquete está compuesta por diferentes almohadillas con bolas de soldadura distribuidas en una matriz. Es una tecnología más o menos reciente que apareció para aumentar la cantidad de almohadillas por tamaño de encapsulado con respecto a los más antiguos. Es muy útil para circuitos digitales como FPGAs en los que se requiere una alta densidad de señales. Permite concentrar más funciones de los CIs usando el mínimo espacio en la PCB. Tiene algunas ventajas y algunas desventajas con respecto a otros empaquetados. 

Las principales ventajas son:

• Más entradas/salidas para el mismo tamaño de encapsulado

• Estas almohadillas son menos frágiles que los pines pequeños utilizados en otros empaquetados concentrados como QFP.

• Las huellas son más pequeñas que otros encapsulados, luego se reduce el tamaño de la placa de circuito impreso final.

• Mejor disipación térmica que otros encapsulados, especialmente con respecto a aquellos que no tienen una almohadilla de masa en la parte inferior del empaquetado.

• Tienen un paso más alto que otros encapsulados concentrados, por lo que si en este caso se produce un pequeño deslizamiento durante la soldadura, no es tan común que se produzca un cortocircuito.

Las principales desventajas son:

• Se requiere experiencia para saber cuándo la soldadura está completamente terminada y bien hecha.

• Es más complicado realizar una inspección de que el paquete se ha soldado adecuadamente y no se pueden aplicar técnicas comunes.

• Cuando se resuelda, es posible dañar algunos componentes de alrededor.

A partir de ahora, se mostrarán algunos consejos para soldar, inspeccionar y resoldar los componentes BGA.

Soldadura de componentes BGA

• A diferencia de otros componentes SMD, los BGA no se pueden montar con aplicaciones de soldadura típicas utilizando soldadores de tipo lápiz ya que las almohadillas están debajo del paquete. Por esta razón, se deben usar técnicas de reflujo como platos calefactores, hornos de reflujo de soldadura o estaciones de aire caliente.

• Al realizar el diseño de la placa de circuito impreso, es necesario seguir el patrón de diseño recomendado por el fabricante del componente para tener suficiente almohadilla para hacer una soldadura correcta pero, por otro lado, si hay alguna desalineación durante la colocación del componente, la posibilidad de que se produzca un cortocircuito es baja. También es recomendable poner marcas en la PCB que defina el tamaño del encapsulado para tener una referencia visual y así un mejor posicionamiento del componente.

• Al igual que cuando se sueldan otros componentes SMD, la PCB debe limpiarse correctamente para evitar que los contaminantes puedan interferir en la buena soldadura del componente.

• Como el BGA tiene bolas de soldadura, no es necesario usar pasta de soldadura en las almohadillas de la PCB.

• Para soldar el dispositivo, se pueden seguir diferentes enfoques utilizando diferentes equipos. En todos ellos debe realizarse un precalentamiento, seguido de un tiempo de estabilización y de un proceso de reflujo en el que las bolas de soldadura se derritan y se unan a las almohadillas de PCB, y terminado con una disminución de la temperatura para fijar el componente a la placa. Si se utiliza un plato calefactor o un horno de reflujo de soldadura, los componentes BGA deben soldarse al mismo tiempo que otros componentes o antes si los otros van a soldarse con soldadores de tipo lápiz. Si se usa una pistola de aire caliente, otros componentes ya pueden estar soldados en la PCB, pero se recomienda que alrededor de los componentes BGA no haya ninguno para evitar dañarlos o desoldarlos. Además, es posible combinar un plato calefactor para hacer el precalentamiento y luego usar la estación de aire caliente para fundir la soldadura.

• Se recomienda seguir el perfil del fabricante para evitar una mala soldadura si no se usa suficiente calor o quemar algunos componentes dentro del encapsulado debido a un exceso de calor o tiempo.

Inspección BGA

Este es uno de los principales problemas de estos componentes. Como las almohadillas están debajo del empaquetado, no es posible hacer una inspección visual de la soldadura. En algunos casos, es posible hacerlo en las almohadillas externas. A veces, algunas almohadillas se pueden probar comprobando la continuidad o resistencia entre las diferentes partes de la PCB, pero esto no será válido para todos los casos.

Para una inspección visual completa, se deben usar técnicas de rayos X. Si no hay disponibilidad de esta técnica, la única forma de hacerlo es con la comprobación de la prueba eléctrica si el componente funciona correctamente.
Esta es la razón por la cual los principiantes deben experimentar con esta técnica de soldadura con placas de prueba para conocer cuál es la mejor forma de realizar este proceso.

Resoldadura de BGA

Cuando pienses que la soldadura no se ha realizado correctamente, tienes dos posibilidades para continuar.

• La primera opción se basa en la resoldadura sin quitar el componente. Para ello, deberás volver a calentar la PCB alrededor del componente para tratar de fundir de nuevo la soldadura y mejorarla.

• La segunda posibilidad es quitar el componente y volver a soldarlo de nuevo. Esta técnica es más complicada que la anterior, pero por lo general es más efectiva.

• Para desoldar el componente, la mejor opción es usar una pistola de aire caliente para tratar de evitar que otros componentes queden desoldados. Hay boquillas especiales para este propósito para evitar la desoldadura o dañar los componentes cercanos. Además, un succionador puede ayudar a coger el componente.

• Dado que el dispositivo BGA tiene bolas de soldadura, una vez que el dispositivo ha sido desoldado, se debe realizar algún trabajo sobre el componente, aplicando flux y estaño y usando una malla de desoldar para limpiar el CI. Este proceso debe hacerse con cuidado para evitar dañar el componente. Finalmente, deberás aplicar pasta de soldar a las almohadillas para poder soldar nuevamente el dispositivo. Se recomienda usar una plantilla SMD para hacerlo con precisión.