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Estas soldaduras están siendo usadas cada vez más en la integración de circuitos integrados, pero también son considerados muy propensas a fallar debido a una mala aplicación por parte del diseñador.

(EOL/Oswaldo Barajas)

El diseño electrónico a menudo requiere de técnicas variadas de integración por parte de los ingenieros, quienes a la fecha han convertido a las soldaduras BGA (Ball Grid Array) como una de las más usadas formas de unir los pines en los distintos circuitos integrados y de las placas bases.

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El método de soldadura Ball Grid Array (BGA) es la técnica de unificar un componente a la placa base para la fabricación de equipos informáticos, a través de pequeñas esferas de Estaño. Además este uso comúnmente es llevado a cabo para producir y fijar placas base para computadoras y microprocesadores, ya que por poseer grandes cantidades de terminales en su estructura, deben ser soldados a conciencia sobre la placa base a fin de evitar perdidas de frecuencias y asegurar la conductividad de los semiconductores.

El esquema BGA ha registrado en los últimos años un incremento en su utilización para desarrollar equipos sofisticados y modernos de equipos eléctricos y en la integración de semiconductores y componentes electrónicos primarios en la placas bases, no obstante, esta técnica requiere de una habilidad por demás entrenada ya que así como resulta ser efectiva, también resulta ser extremadamente vulnerable a los errores de manufactura o aplicación de los diseñadores y traer como consecuencias, fallas importantes en los proyectos terminados debido a que durante su desarrollo fueron expuestos a condiciones ambientales que presionan en exceso a los ensambles soldados.

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En este aspecto, la firma ERA Technology Ltd., dedicada a los servicios de consultaría para la industria electrónica, así como al desarrollo de componentes, software y desarrollo de aplicaciones de prueba y testeo para equipo vario, comparte su mas reciente investigación de campo sobre la soldadura del tipo BGA y sus mas recientes fallas identificadas durante su aplicación que vulneran en muchas de las ocasiones las expectativas de los propios ingenieros de diseño.

De acuerdo a la consultora, entre las fallas más comunes encontradas en la técnica del BGA, son:

• Cadenas débiles cuando las esferas de BGA libres de plomo son integradas con soldadura estaño/plomo.

• Vacío excesivo cuando las esferas de BGA libres de plomo son integradas con soldadura estaño/plomo.

• Aberturas en las cadenas debido a una pobre alineación de BGA con las almohadillas o por la resistencia a soldadura.

• Alternativas técnicas para la restricción de algunas sustancias y desempeño.

• Agrietamiento causado por los ciclos térmicos.

• “Almohadilla negra” provocada por la formación de capas frágiles Inter-metálicas.

• Vacío excesivo provocado por un insuficiente control en el proceso de ensamblado.

Cabe señalar que algunos de esos defectos tales como el vacío excesivo, pueden ser vistos solamente con rayos X, pero otras fallas incluyendo agrietamientos o aberturas con tan solo utilizar un esquema microscópico de análisis de micro-seccionamiento.

La saturación de BGA también produce calentamiento por su uso y sus ciclos térmicos pueden provocar fallas por el mismo incremento de calor. A menudo los disipadores de calor son utilizados para reducir este fenómeno térmico, no obstante, muchas de las veces esto resulta contraproducente si se toma una mala decisión en los proyectos de diseño.

Se identifica la causa de otras fallas

En recientes investigaciones sobre análisis de fallas hechas por la misma firma ERA Technology, se ha conseguido identificar inesperadas fallas durante el uso de BGA en los proyectos.

Las siguientes imágenes presentan una cadena de BGA donde el recuadro rojo indica la ubicación de una de las fallas identificadas.

imageFigura 1.

imageFIgura 2.

La imagen uno muestra el cruce de una sección de un ensamble BGA con el dispositivo activo, En este lugar se encuentra una falla; un agrietamiento que no puede ser visto fácilmente sino solo haciendo un zoom del área.

Por su parte, la imagen número dos, muestra el área afectada con una fina cuarteadura creado por la fatiga producida por los ciclos térmicos exacerbados por la formación de una capa Inter-metálica del frágil compuesto “Sn4Ni3”.

De acuerdo a ERA Techonology, fue posible calcular el número teórico de los ciclos térmicos que debieron ocurrir antes de la falla. Hubo buen acuerdo entre el tiempo antes de la falla y el número actual de ciclos que tuvieron que suceder.

Perfil de la técnica BGA

En su uso de crear esferas de Estaño u otras aleaciones aleaciones predeterminadas, con lo cual, posterior a este proceso se procede al soldado usando un patrón o plantillas y un horno para fijarlas primariamente al componente y paso seguido a la placa base. Cabe destacar que las esferas pueden cambiar de dimensiones ya que por unidades se utilizan cantidades milimétricas desde los .3mm hasta 1.5 mm de diámetro, por lo que se las plantillas varían dependiendo del diámetro de las esferas BGA, a fin de colocarlas a la placa base.

Sus distintos usos son en los sectores de telefonía móvil y la fabricación de computadoras, donde la integración de sus componentes electrónicos se realiza mediante la técnica BGA., en muchos de los casos.

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