BGA solderen.

Normaal (fabrieksmatig) doe je soldeer(pasta) onder de ballen van de BGA.

En die pasta houdt de BGA op zijn plek tijdens transport naar de oven.

De maat van de stencilopening is afhankelijk van de bal-maat, meestal net iets kleiner. Maar Maxim zal dat wel in de (package-) datasheet hebben staan.

Wat blurp zegt is ook mijn ervaring.
Het komt ook weer niet heel erg precies; ik heb vele BGA-footprints handmatig van pasta voorzien (pastaspuitje op luchtdruk met een voetpendaaltje en zonder instelbare tijd - gewoon kijken wanneer je moet stoppen (wel onder de microscoop natuurlijk)) - met stencils heb ik geen ervaring, altijd handmatig gedaan.

Ik vind met de hand pasta doseren voor een TQFP al ‘lastig’. Is het met luchtdruk gedoseerder te doen dan met de hand op een plunjer van een spuitje duwen?

Mijn pasta is type 4 (20-28 um) met 87% metaal en dus 13% flux. Voor geval dat uitmaakt. (Ik kan me voorstellen dat wen grovere pasta lastiger is en dat je voor een bga misschien nog fijnere pasta wilt)

Op donderdag 11 april 2024 19:49:17 schreef blurp:
Maar Maxim zal dat wel in de (package-) datasheet hebben staan.

dat valt tegen.

In plaats van steeds de package info copy-paste in iedere datasheet te zetten, houdt maxim het apart. De link is naar HET datasheet van het "9WLP - W91F1+1" package. Ik vind het een slecht datasheet: volgens mij heeft ie niet eens een "recommended footprint".

Op donderdag 11 april 2024 21:23:35 schreef Lucky Luke:
Ik vind met de hand pasta doseren voor een TQFP al ‘lastig’. Is het met luchtdruk gedoseerder te doen dan met de hand op een plunjer van een spuitje duwen?

Mijn pasta is type 4 (20-28 um) met 87% metaal en dus 13% flux. Voor geval dat uitmaakt. (Ik kan me voorstellen dat wen grovere pasta lastiger is en dat je voor een bga misschien nog fijnere pasta wilt)

Voor BGA's neem je inderdaad een hele fijne pasta en een dunne naald. Ik heb dit vaak bij m'n vorige werk gedaan voor prototype's. Ik heb dus helaas niet de gegevens van de pasta en naald. Ik heb dan weer geen ervaring met zo'n plunjer. Met luchtdruk (tot zo'n 7 bar) heb je denk ik wel meer 'kracht' op het spuitje waardoor de naald kleiner en de pasta dikker kan.
Met TQFP kan je trouwens gewoon een rupsje leggen.

Ik heb dat rupsje een paar keer geprobeerd, maar ik leg altijd te veel en krijg dan kortsluitingen.

Oefening baart kunst. Precies wat je zegt: Als er kortsluitingen optreden dan is er te veel pasta gebruikt. Omgekeerd zal je niet zo snel te weinig pasta gebruiken. Het verschil tussen geen pasta en net genoeg is veel kleiner dan tussen net genoeg en te veel - dat is mijn ervaring tenminste. Bij BGA's is er een heel klein grijs gebied in te weinig of te veel die je moet aanvoelen (ervaring van een keer teveel/te weinig en een keer goed), de hoeveelheid en de gelijke verdeling komt zeer precies. Met een beetje oefening en goede spullen goed te doen, maar ik snap dat een stencil een uitkomst is
Echter denk ik dat vele pasta hier wel weer geschikt voor is. De korrelgrootte van de pasta moet zich wel gemakkelijk kunnen vormen op de pads van de BGA. Wilde gok: minimaal 100x kleiner (= 10x10 korrels op een pad)?

De pads van de MAX zitten zo'n 400 micron bij mekaar vandaan. Ik heb nog nooit gelet op de balletjes-grootte van mijn pasta. Op de recent aangebroken pot staat "korngrosse: 3" of zoiets. Op een iets oudere pot... is alle geprintte text compleet weg. edit: Ah! dat is een korrelgrootte van 45-25. (tenminste dat is "type 3"... hopelijk hetzelfde als wat er op mijn potje staat).

[Bericht gewijzigd door rew op vrijdag 12 april 2024 17:23:41 (20%)]

De afstand tussen de pads is niet belangrijk. De grootte van de pads wel. De afmeting daarvan, en dus de grootte van de uitsparingen in het stencil, zijn een maat voor de korrelgrootte; 'dat ze er lekker in passen'. Ik heb geen idee waar ik destijds (4 jaar geleden) mee gewerkt heb. We hadden alleen 'grof' en 'fijn' in de koelkast en inkoop hield de voorraad bij. Maar er zullen vast regeltjes of handvatten voor zijn - ik zou ze ook op moeten zoeken.

Je hebt immers ook te maken met de snelheid van vloeibaar worden (hoe kleiner hoe beter) en de oppervlaktespanning om de BGA op z'n plaats te houden tijdens de reflow.

Op vrijdag 12 april 2024 08:16:13 schreef rew:
[...]dat valt tegen.

In plaats van steeds de package info copy-paste in iedere datasheet te zetten, houdt maxim het apart. De link is naar HET datasheet van het "9WLP - W91F1+1" package. Ik vind het een slecht datasheet: volgens mij heeft ie niet eens een "recommended footprint".

Bah. Maar een beetje google op "maxim soldering guidelines BGA" levert wel de PDF op die je wilt. (https://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN6408.pdf)

Pad size gelijk aan ball size. ¹

Op vrijdag 12 april 2024 15:37:01 schreef OPTOdesign:
De korrelgrootte van de pasta moet zich wel gemakkelijk kunnen vormen op de pads van de BGA. Wilde gok: minimaal 100x kleiner (= 10x10 korrels op een pad)?

De korrels moeten ook passen binnen de hoogte van het stencil, en dat is normaal 0.1mm. Dan zal die 0.27mm van de pad ook wel lukken.

¹Ik heb laatst ook een Maxim device met 0.27mm balls op 0.4mm pitch gebruikt. En daar heb ik 0.3mm pad gebruikt, zodat er tenminste een via in de pad paste. (Het was een 6x6 BGA, dus fanout op de top-layer was sowieso onmogelijk) Soldeerde prima (in de fabriek, heb het niet zelf gedaan).

Update: Ik was voor mijn BGA van dit document uitgegaan: https://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN1891.pdf. Dat geeft aan: 0.25mm pad. En die pads heb ik toen vergroot omdat de PCB-boer geen via in 0.25mm pad kan maken.

Thanks! Maxim raad een "type 3 of 4" aan en ik zie een "3" op m'n paste. Dus dat gaat voorlopig goed.

En dat tweede document raad gewoon .25mm aan pads aan... Doen we dat toch gewoon? Ik ga het proberen. Ik maak een print met naast mekaar: "de oude" opstelling: LM4871, daarnaast dan de max in 2 uitvoeringen. Ik ben HELEMAAL niet space-constrained. Ik heb 1 onderdeel willen verplaatsen en ALLE baantjes weggepoetst en moet dus toch helemaal opnieuw alles routeren. De print moet mechanisch een bepaalde maat hebben, alles past makkelijk op 20% van het oppervlak. (en voor het makkelijk stencillen ga ik dat dan ook doen deze iteratie van de print.)

Hoeveel moet je er maken? Mijn raad zou zijn om de pads te vertinnen en er gewoon een kwakje flux op te doen en het component verder zonder pasta te doen. Die 0,4mm pitch BGA's zijn erg moeilijk te plaatsen om meerdere redenen, en zijn zelfs in de beste omstandigheden een risico. Met pasta moet het in één keer goed zijn en dat lukt mij in elk geval niet. Bovendien heb je met de kleinere versies (als in: met weinig pinnen/ballen) het toegevoegde probleem dat je de druk van het "landen" niet meer voelt. Dat wil dus zeggen dat je bijna gegarandeerd de pasta volledig plat drukt en het een grote soldeerbubbel wordt. Met alleen flux kan je nog corrigeren als het al ligt. Ik zou misschien ook even kijken om de sporen zo te leggen dat ze uitlijnen met de pads of markeringen te maken op de koperlaag. De afwijking van de opdruk en het soldeermasker zijn in dit soort gevallen soms te groot om goed uit te lijnen. Je gaat de pads niet goed kunnen zien als het component er op staat.

Bijkomend probleem is dat je zelfs met een lege PCB de grootste moeite zal hebben te controleren of het klopt. Als je met een stencil werkt zou ik er twee kopen en twee keer reflowen: één keer voor de BGA en één keer voor de rest. Ik weet niet of je iets hebt om vanaf de zijkant met vergroting tussen de ballen van de chip door te loeren, maar dat ga je liefst wel hebben. Als het ding ver van de rand staat moet je iets hebben dat veel vergroot, maar kan focussen op iets dat relatief ver weg is. Je kunt zelfs overwegen voor dit component alleen een los adapterprintje met 'castellated holes' te maken om het soldeerwerk te vergemakkelijken. Voor die 0,4mm pitch BGA's heb je sowieso snel speciale vereisten aan de print. Assembleurs vragen vaak om soldeermasker tussen de pinnen, maar dat ga je met de standaard waarden voor 'solder mask clearance' vaak al niet meer redden en als je die B2 pin nog wil gebruiken zit je toch al te kijken naar 'laser drilled vias'. Had je de PCB al ontworpen?

Door die hele kleine openingen in het stencil krijg je makkelijk dat je de pasta weer van het pad tilt, het werkt alleen met erg dunne stencils (liefst 70µm) en voor deze toepassingen zijn er stencils met een gladde coating in de apertures die minder plakt aan de flux.

Op donderdag 11 april 2024 19:57:29 schreef OPTOdesign:
Wat blurp zegt is ook mijn ervaring.
Het komt ook weer niet heel erg precies; ik heb vele BGA-footprints handmatig van pasta voorzien (pastaspuitje op luchtdruk met een voetpendaaltje en zonder instelbare tijd - gewoon kijken wanneer je moet stoppen (wel onder de microscoop natuurlijk)) - met stencils heb ik geen ervaring, altijd handmatig gedaan.

Op één of andere manier heb ik het idee dat je geen 0,4mm pitch component hebt geplaatst. Een 0,65mm BGA gaat zo misschien net nog, maar als je een pad hebt van 0,25mm (dat zal het ongeveer zijn) dan gaat het heel erg nauw luisteren welke combinatie van apparatuur, pasta en vaardigheid je hebt.

Misschien eens een ander merk pasta proberen ? (en dan niet direct uit China)

Op maandag 15 april 2024 00:26:32 schreef Kruimel:
Had je de PCB al ontworpen?

Ja, de print is af!

Maar ik ben vergeten de max chipjes toe te voegen... Dat ga ik vandaag toch maar doen.

Ik heb een productie print (geen grote aantallen, hoor), waar ie op zou kunnen. Zat ruimte over, en iemand heeft gevraagd naar "audio uit" ipv alleen de piep die hij nu doet.

Door die hele kleine openingen in het stencil krijg je makkelijk dat je de pasta weer van het pad tilt, het werkt alleen met erg dunne stencils (liefst 70µm) en voor deze toepassingen zijn er stencils met een gladde coating in de apertures die minder plakt aan de flux.

De "zo moet het" van maxim documenten zeggen dat het stencil .1mm moet zijn, dat je het stencil op z'n kop moet gebruiken van hoe hij geproduceerd is (de laser maakt altijd een grotere kerf bij de ingang dan bij de uitgang. Het gat wordt zo een beetje taps, en dat helpt bij het lossen. ).

Daarnaast zeggen ze dat je het stencil moet polijsten. En "electropolishing" wordt me altijd gevraagd en tot nu toe zeg ik dan altijd nee. Maar nu weet ik waar het voor is.

Hoeveel moet je er maken?

Ik moet niets. Het verkoopt zo ook wel.

De tqfp's kosten een euro, de BGAs kosten 0.40. Het scheelt 60 cent. Dan is het dus NIET de moeite om castellated holes subprintje te gaan maken. Dat kan je nooit betalen van die 60 cent per chip.

De huidige TS4871 kosten ongeveer een euro, tenzij ik een chinese nabouw koop. Die kosten 0.10.

Ik denk dat ik naar aanleiding van jou tips het bij de TQFP hou voor mijn grote print en dat ik evt een mini test-printje maak om te kijken of ik de BGA kan solderen. Dat zullen dan wel 25x25mm printjes worden... Dan moeten er in 1x 16 van die BGA jongens op!

(Kosten: 16* .4 voor de chips, 13.10 voor de PCBs 6 voor het afschrijven verzendkosten, 7 voor een stencil. Totaal 3 tientjes "out of pocket" om te kijken of ik die BGA gesoldeerd krijg... Behapbaar.)

OK, laat maar weten hoe zeer het lukt, ik ben wel nieuwsgierig. Ik zou er 60 cent voor over hebben het niet te hoeven doen, maar ik ben er ook niet heel goed voor ingericht.

PS Hoe heb je die middelste pin naar buiten gebracht?

Succes! Ben ook benieuwd of het met een stencil makkelijk gaat (niet verschuiven )

Op maandag 15 april 2024 09:06:28 schreef Kruimel:
OK, laat maar weten hoe zeer het lukt, ik ben wel nieuwsgierig. Ik zou er 60 cent voor over hebben het niet te hoeven doen, maar ik ben er ook niet heel goed voor ingericht.

Ik ook hoor. Maar het is nu dus een experiment om te zien of ik voortaan grote boog om dit soort chipjes moet maken of dat ik het gewoon best kan solderen.

Als het /kan/ dan hoef ik niet tegen klanten te zeggen: Nope kan niet als er een project is waar zo'n BGA op zou moeten.

PS Hoe heb je die middelste pin naar buiten gebracht?

Niet. Los laten hangen / aan "naburige pad" GND / VCC zijn allemaal geldige configuraties. Volgens de handleiding is "los laten" een prima configuratie. Dus voorlopig ga ik dat proberen.

@Opto: Ik heb twee truken om te stencillen. De eerste is dat ik een plank heb en daarop geplakt drie oude printen op de breedte maat van m'n print. Vroeger trok ik hem steeds los en bouwde ik dat overnieuw, maar tegenwoordig heb ik er gewoon 1 op 100mm, 1 van 50 enz.

Dan schuif je de print in de hoek, leg je het stencil er over, lijnt het uit en plakt hem vast met plakband. Dan kan je makkelijk zo een zwik printen stencillen. Gaat redelijk goed. Ook de tssop bijvoorbeeld.

Andere truuk is: ik heb een "handmatige stencilmachine". Je stopt het stencil tussen de klemmen en kan met een paar knoppen precies tunen waar je print dr' onder komt te hangen. (X, Y, Theta).

Dat inklemmen is nogal een klus. Dat doe ik dus alleen voor grotere series. De hobby-methode is gewoon snel en nauwkeurig genoeg om in een middagje 10 panels van een proto te maken. Wel een beetje handigheid nodig: soms dan verschuift het stencil een 100-200 µm. Dan kan je hem met je vinger terugduwen/trekken om toch weer uit te lijnen.

[edit] Ik heb nog even bij JLC op de website naar hun minimum track/spacing gekeken. Dat is 3.5mil. Ik heb een 3.5mil spoortje getrokken van het centerpad naar buiten.... ik heb het grid op 1mil gezet en 1 mil verder naar rechts is dichter bij dat andere pad. Maar nu is al duidelijk te zien dat dit gewoon niet gaat werken.

En wat is de kleinste via die ze kunnen maken?

Op maandag 15 april 2024 19:59:37 schreef benleentje:
En wat is de kleinste via die ze kunnen maken?

.15 mm.

Op het goedkope 2layer proces min .3mm. Die gebruik ik normaliter. Op de duurdere dus een factor 2 kleiner. Die .15 is nog steeds veel te groot om een via naast of in het centerpad te zetten. Ik krijg de ring om de via niet kleiner op dit moment, maar hij blijft gewoon te groot.

Klinkt als een handige methode met een paar oude printen.

Die .15 is nog steeds veel te groot om een via naast of in het centerpad te zetten.

Dusdanig groot dat het de andere pads raakt? Anders is een groter centerpad toch ook niet erg?

Edit: Lees ik het verkeerd? In de datasheet zie ik 0,27mm met een pitch van 0,4mm. Dan is een via van 0,15mm toch geen probleem?

[Bericht gewijzigd door OPTOdesign op maandag 15 april 2024 20:52:31 (21%)]

Die .15 is nog steeds veel te groot om een via naast of in het centerpad te zetten.

Moet je dan niet ergens in de design rules bij bv clearance de waardes aanpassen voor de kleinere maten.

Bij mij staat in Eagle alles standaard op 6mil ingesteld en zo staat de kleinste via denk op 0,35.

Ja. Mijn design rules staan subtiel strenger afgesteld dan de 6 mil die ze kunnen maken. Gewoon in het kader van "niet het uiterste opzoeken".

Ik heb 1 parameter in m'n design rules aangepast en... dat was hem niet.

Ah. Gevonden! Ja, een 6 mil via met 3.5mil ring is ongeveer iets groter dan de pads, maar lijkt ongeveer te passen.

OK Print aangepast, design rules aangepast. Komt niet door de DRC.

De clearance wordt ... reken, pruts.... Hmm 4 mil. Zou moeten kunnen. Ik doe nog iets verkeerd met de DRC. Maar goed, Ik was bezig met "minimal changes" om dit door de DRC te krijgen, Conclusie is dus dat ze het in het 4-20 layer proces wel kunnen maken. Maar dit maakt niet dat ik ineens zo'n .4mm pitch BGA WEL 4x4 balls kan uitrouteren: De vias zijn belangrijk groter dan de pads, en dus op .4mm een rijtje vias plaatsen gaat niet lukken.

Even narekenen: 6 mil gat, 3.5mil annular ring, 13 mil diameter van een VIA. Dan nog 1x de min clearance: 3.5 mil -> totaal 16.5mil, min pitch wordt 0.42mm.... (Dat wordt 2.4 micron minder als je een .15mm boor neemt ipv 6 mil. IK zeg: verwaarloosbaar. Helpt niet.

Edit: even gekeken of .4mm pitch gebruikelijk is. Een tegenvoorbeeld: de XC6SLX16 die LCSC voor 9 euro verkoopt heeft een pitch van 0.8mm. Dat routeert al weer stukken makkelijker. Anderzijds 324 balls is wel weer veel....

[Bericht gewijzigd door rew op maandag 15 april 2024 22:08:19 (14%)]

Groot gelijk dat je niet het uiterste op zoekt, want dat geeft makkelijk problemen. Ik heb zelf die 0,4mm BGA's nooit echt gemogen omdat ik wist dat er complicaties waren. De enige ervering is de "over de schouder-kijk" ervaring van een collega die een 0,4mm pitch 2x2 BGA moest solderen, en dat was problematisch en de 'pick and place' die we hadden kon er moeilijk mee omgaan. Het bedrijf heeft toen besloten de minimale pitch voor orders 0,5mm te maken.

Je kunt wel 'laser drilled' via's maken, die zijn een soort "semi-standaard" technologie en laten toe dat je een nabije binnenlaag als hulpmiddel kan gebruiken. Vaak werkt dit maar één of twee lagen diep, afhankelijk van de opbouw van de PCB.

Op zich kan JLCPCB relatief kleine via's maken, maar voor productie moet je die eigenlijk vullen om inconsistente resultaten te voorkomen. In dit geval zou je eventueel nog een "soldermask defined pad" kunnen maken door een grotere via te maken en die deels af te dekken met soldeermasker zodat de footprint soldeerbaar blijft.

Meer dan 3x3 pinnen zijn lastig uit te breken. Voor via's krijg je bijvoorbeeld problemen met de beperking van de "hole to hole clearance (different nets)" van 0,5mm (JLCPCB). Voor dit soort componenten is eigenlijk gespecialiseerde productie nodig. Deze fabrikanten maken PCB's voor 'high-tech' mobiele apparaten en soms ook de dragers voor grotere chips zoals processors (je ziet er soms ook condensatoren op gesoldeerd). Dat zijn gewone PCB's, maar gemaakt met een fijnere structuur op kleinere en nauwkeurigere apparaten. De kleinere panelen die ze er gerbuiken maken de nauwkeurigheid groter, maar de productie schaalt minder goed.

Volgens mij is de reden dat ze tegenwoordig goedkope 0,4mm pitch componenten aanbieden dat dit eigenlijk WLP's ('wafer-level package') zijn (niet alle BGA's zijn dat). Geen behuizing en 'bond wire' processen scheelt in kosten, maar de pitch moet dan wel klein blijven om geen silicium te verspillen. Volgens mij werkt dit ook alleen met een relatief beperkte verhouding tussen complexiteit en hoeveelheid I/O.

Ja, de grappenmakers die telefoons e.d. bouwen... Die kunnen dit soort chipjes prima aan. Dat zijn zowiezo al de meest geavanceerde processen dus... no sweat. Bovendien: Dit ding zou best wel eens prima in een telefoon passen: D'r zal wel een miniatuur 2W speaker in zo'n telefoon zitten die gebruikt wordt voor het handsfree bellen. Dan is dit chipje een uitkomst om dat aan te sturen, toch?