OxkWovjIR2qi7D6XOrQW_Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD - Setembro 2024

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Consultor de Processos e Instrutor de Treinamentos
16 anos no setor de Manufatura Eletroeletrônica
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• CSMTPE (Certified SMT Process Engineer) – SMTA
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Curso de Agenda Aberta – Setembro de 2024
Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Curso de Agenda Aberta – Setembro de 2024
Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Sumário
Compreendendo a Estrutura do BGA
Design de Stencil
Seleção do Tipo de Pasta de Solda Ideal
Definição dos Parâmetros na Printer
Definição do Perfil de Temperatura
Validação do Processo e da Qualidade da Solda
SUMÁRIO
Curso de Agenda Aberta – Setembro de 2024
Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Por que muitos temem o BGA?
• A Inspeção visual da junta de solda não é possível a olho nu ou mesmo com equipamentos óticos
• Seu Encapsulamento é extremamente crítico para MSL
• Seu Retrabalho exige maquinário, para ser feito com confiabilidade, o que eleva o custo da operação
• Defeitos característicos como voids, junta de solda aberta e head in pillow são muito comuns quando o
processo não está desenvolvido adequadamente.
• Suas conexões de solda são sensível a quedas e impactos mecânicos durante operação do produto, se
comparados com outros tipos de componentes.
Em contrapartida, oferece para o produto algumas vantagens, e por isso são utilizados:
• Elevada densidade de conexões em apenas um item, o que permite a miniaturização das placas.
• Oferece maior confiabilidade das conexões internas, que em outros packages.
• Permite maior desempenho elétrico em altas velocidades.
• Reduz o superaquecimento durante funcionamento.
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
A Estrutura do BGA
Fonte: IPC – 7095C – 2013 / January
Fonte: 
https://www.pcbgogo.com/Article/BGA_in_PCB_Assembly__Types__b
enefits__and_inspection_techniques.html
BGA→ Ball Grid Array (Matriz em Grade de Esferas )
Tradução literal livre
https://www.pcbgogo.com/Article/BGA_in_PCB_Assembly__Types__benefits__and_inspection_techniques.html
https://www.pcbgogo.com/Article/BGA_in_PCB_Assembly__Types__benefits__and_inspection_techniques.html
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
A Estrutura do BGA
Fonte: https://electrical-information.com/package-types/
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
Design de Stencil 
Ideal para o BGA
Design do PCB
Recomendações do 
fabricante do BGA
Experiência do 
fabricante do Stencil
• Ao projetar o seu stencil para montagem do
BGA em linha de SMD, não devemos nos
basear apenas nos arquivos gerber da placa.
• O conjunto de variáveis envolvidas no
processo de se obter um bom desenho de
stencil, está atrelado às características do
produto (DFM), recomendações do
fabricante de BGA para se ter uma boa
soldagem do mesmo, e naturalmente, a
experiência do fabricante de stencil que
diariamente lhe dá com diferentes casos
para resolvê-los com a regra correta de
stencil.
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Design do PCB
Neste quesito temos que analisar três importantes variáveis:
1. Tipo de registro da Máscara (SMD ou NSMD)
2. Presença de vias nos pads
3. Distância entre pads do BGA
Obviamente que estas não são as únicas, mas estatisticamente são as causas dos maiores problemas relacionados
a soldagem de BGAs.
Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
Tipo de registro da Máscara (SMD ou NSMD)
• O ponto crítico neste caso está relacionado ao
“Gasketing” entre Stencil e Pad. Para um bom processo
de impressão, o stencil deve tocar o pad o mais justo
possível.
NSMD = No Solder Mask Defined SMD = Solder Mask Defined
• Ambas as opções são permitidas, porém aplicação da
máscara com NSMD, favorece o processo de casamento
entre PCB e Stencil.
• Quando o designer do produto opta pela opção SMD, o
fabricante do stencil precisará desenhar o stencil
formando o gasketing na máscara de solda, pois não
será possível casar o stencil com o pad.
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
Tipo de registro da Máscara (SMD ou NSMD)
• Após o reflow, essa é a característica da junta de solda formada
em ambos os tipos de máscara.
• A opção SMD é muito usada onde o espaçamento entre balls ou a
densidade do componente é muito elevada, pois sem a limitação
da máscara de solda sobre o pad, o risco de curtos de solda é
maior, além da não possibilidade da não possibilidade de manter
o espaçamento ideal entre máscara de solda e pad.
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
Presença de vias nos pads
• O aumento das velocidade do sinal,
densidade dos componentes na placa e a
espessura do PCB, levaram à
implementação do via-in-pad.
• Nas vias tradicionais, o traço do sinal é
encaminhado para longe do pad e, em
seguida, para a via. Você pode ver isso no
diagrama ao lado. Isso é feito para evitar
infiltração da pasta de solda na via durante
o processo de refusão.
• Em uma via-in-pad, a via perfurada está
presente logo abaixo de um pad (imagem
da direita) Via fora do pad Via in pad
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
Presença de vias nos pads
• Vias in Pad são uma ótima solução do ponto
de vista de design para minizar o produto e
economizar espaço, mas podem acarretar
muitos problemas para o processo de
manufatura.
• A pasta de solda pode se refundir e penetar
por ela, atingindo layers internos ou saindo
para o lado oposto e gerando curtos, excessos
ou solder balls. Além de gerar voids em BGAs.
• Nestes casos, o design de stencil, pode
funcionar como uma alternativa para desviar
os depósitos de pasta da via.
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
Distância entre pads do BGA
• Com a drática redução de tamanho dos BGAs, consequentemente a
distância entre os balls irá diminuir, e com isso um dos principais
desafios é ter um bom release de pasta de solda.
• Sendo assim, uma boa análise de três parâmetros no projeto de
stencil são fundamentais
o Area Ratio
o Aspect Ratio
o Five e Eight Ball Rule
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Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
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Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
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Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
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Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
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Recomendações do 
fabricante do BGA
Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
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Recomendações do fabricante do BGA
Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
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Qual o Design de Stencil mais recomendado para BGAs
Experiência do 
fabricante do Stencil
• Não existe uma regra de stencil ideal e global, que atenda um tipo de componente ou outro em qualquer
circunstância.
• Como falado até o momento, o desenho de stencil adequado é uma combinação de muitas variáveis
relacionados ao desenho do PCB, tipo de pasta de solda, tipo de máquina que está sendo utilizada, tipo
de stencil que o cliente está disposto a investir e etc.
• O fabricante de stencil está diariamente lhe dando com diversos tipos de projetos, produtos e problemas,
e sem dúvida pode contribuir muito para o desenvolvimento do seu processo de montagem.
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Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Como selecionar a minha pasta de Solda para meu BGA
• Liga de Solda: Composição química dos metais que
compõe o powder
• Mesh - Type: Tamanho do powder
• Tipo de Fluxo: Qual o tipo de fluxo está na pasta
• Fornecedor / Modelo: Quem é o fabricante e qual
o modelo da pasta
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Como selecionar a minha pasta de Solda para meu BGA
IPC-J-STD-005A
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Como selecionar a minha pasta de Solda para meu BGA
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Como selecionar a minha pasta de Solda para meu BGA
https://www.surfacemountprocess.com/a-guide-to-effective-stencil-design.html
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Como selecionar a minha pasta de Solda para meu BGA
• A seleção da pasta correta faz toda
diferença no momento de desenvolver o
processo de montagem de um BGA.
• Como falamos anteriormente, os
componentes estão reduzindo cada vez
mais o seu tamanho e com isso a
liberação de pasta para o stencil se torna
cada vez mais desafiadora.
• Sendo assim, ter uma pasta que possua
uma viscosidade adequada para
aberturas cada vez menores, é
fundamental.
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Como selecionar a minha pasta de Solda para meu BGA
• Em uma situação prática, é possível evidenciar que o tipo de pasta de solda pode gerar
insuficiências em aberturas muito pequenas, como o caso abaixo, já uma pasta
adequada, sem alterar parâmetros da printer ou regra de stencil, aumenta
consideravelmente o volume de pasta depositado nos pads.
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Como selecionar a minha pasta de Solda para meu BGA
Pasta A Pasta B
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Fonte: IPC – 7095C – 2013 / January
• Conhecer a liga do BGA que será montado, é
OBRIGATÓRIO para a definição do processo de
soldagem.
• A informação de qual a composição da liga dos balls,
está contida no datasheet do componente. Caso
não esteja, o datasheet irá indicar o perfil de
refusão a ser usado.
• Se nenhuma dessas informações estiver contida aí,
o fabricante deve ser contactado.
Como selecionar a minha pasta de Solda para meu BGA
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
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De uma forma geral, os metais que podem ser encontrados nas ligas dos balls são:
• Ouro (Au)
• Indim (In)
• Platina (Pt)
• Paládio (Pd)
• Niquel (Ni)
• Prata (Ag)
• Estanho (Sn)
• Bismuto (Bi)
• Chum (Pb)
• Cobre (Cu)
Como selecionar a minha pasta de Solda para meu BGA
As combinações entre eles irão formar um grande número de
ligas, cada uma com sua propriedade adequada a cada design de
produto.
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Como definir os parâmetros ideais na Printer
• Tixotrópico: São fluidos que apresentam
queda da viscosidade com o tempo
quando submetido a uma dada
deformação constante ou aumento de
temperatura. Seu valor retorna ao inicial
quando a deformação é interrompida ou
a temperatura aumenta.
• Essa deformação, é causada pelo rolar da
pasta, através da força e velocidade
aplicada pelos rodos.
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• Dessa forma, quando aplicado esse movimento, a tensão de cisalhamento
surge, e a viscosidade diminui, sendo possível passar por entre os furos do
stencil, e chegar até o PCB.
• Assim, podemos dizer, que é a viscosidade, que é a responsável por
permitir maior ou menor quantidade de pasta passando pelo stencil, e
chegando até a placa.
• Também, é por isso que temperatura e umidade são críticas para o
processo de impressão, pois também alteram a viscosidade da pasta.
Como definir os parâmetros ideais na Printer
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
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Como definir os parâmetros ideais na Printer
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
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Parâmetros ideais de trabalho (faixa recomendada) para a printer nos datasheets
Como definir os parâmetros ideais na Printer
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Exemplo para definição de pressão utilizando a pasta M8 da AIM Solder:
• Se o seu rodo tem 300mm de comprimento:
➢ Pressão Mínima = 300/25 x 0,4 = 4,8Kg a configurar na Printer
➢ Pressão Máxima = 300/25 x 0,7 = 8,4Kg a configurar na Printer
Como definir os parâmetros ideais na Printer
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Ciclos de Limpeza do Stencil
Como definir os parâmetros ideais na Printer
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Fundamentospara Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Ciclos de Limpeza do Stencil
• Dispensar muito deixará excesso de solvente na parte inferior do estêncil e pode se misturar com a pasta,
causando defeitos.
• Dispensar muito pouco solvente não removerá efetivamente o fluxo da parte inferior do estêncil e também
causará defeitos.
• Cada produto de limpeza possui propriedades químicas e físicas únicas que afetam o peso que se
comportará em seu processo.
• A dosagem do solvente precisa ser ajustada de forma diferente para cada produto químico, portanto pode
exigir mais e menos dosagem para atingir o objetivo.
Como definir os parâmetros ideais na Printer
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Velocidade de Separação entre PCB e Stencil
• Valores muito elevados podem causar
problemas de deformação nos depósitos
de pasta de solda, como o defeito
conhecido por “eardog”
Como definir os parâmetros ideais na Printer
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• Utilize o datasheet da pasta de solda como referência sempre.
• Inicie com valores mais baixos de pressão, e se dos depósitos de pasta não estiverem adequados,
vá subindo gradativamente.
• Para o valor de velocidade, utilize um valor que promova um tempo de ciclo mais próximo da pick
and place e vá ajustando para cima ou para baixo de acordo com os resultados da SPI.
• Sobre os ciclo de limpeza, inicie com ciclos a cada 2 a 3 painéis impressos e vá diminuindo a
frequência à medida que a impressão de pasta se mantém ideal e a superfície inferior do stencil
está sem resíduos de pasta.
• Nunca altere mais de um parâmetro por vez. Isto irá comprometer a análise do resultado.
Como definir os parâmetros ideais na Printer
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Como definir o meu perfil de temperatura
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Como definir o meu perfil de temperatura
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Como definir o meu perfil de temperatura
Viscosidade
Evaporação 
solventes
Ativação do Fluxo
Viscosidade
Solidificação da 
Junta de Solda
Transferência de Calor
Derretimento da liga, molhagem do pad
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Perfis de temperatura possuem especificações para os ranges de temperaturas e tempos em
cada uma das fases. Estas especificações irão depender dos seguintes fatores:
➢ Liga de Solda
➢ Tipo de acabamento do PCB
➢ Tipo de componentes montados na placa
➢ Tipo de produto
Os padrões de janela podem ser os seguinte:
1. Especificação do cliente / dono do produto
2. Especificação da pasta de solda utilizada
3. Especificação do IPC JSTD 020D ou IPC 7095
4. Datasheet do fabricante do BGA
Como definir o meu perfil de temperatura
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PASTA DE SOLDA – AIM
Como definir o meu perfil de temperatura
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IPC JSTD 020D
Como definir o meu perfil de temperatura
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IPC JSTD 7095
Como definir o meu perfil de temperatura
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Datasheet do fabricante do BGA
Como definir o meu perfil de temperatura
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
1 - Utilizando uma dremel 
com uma broca de 
diâmetro adequado ao 
tamanho do pad, fazer um 
furo que atravesse desde o 
lado back do PCB até o 
lado TOP, para que toque o 
ball do BGA.
2 – Coloque o termopar 
entrando pelo furo feito, 
no lado back do PCB.
3 – Assegure que a junta 
termopar atingiu o lado 
top da placa.
4 – Prenda o 
termopar com 
fita Kapton junto 
do PCB, no lado 
back. Não cubra 
a área sobre o 
furo feito.
5 – Enrole o temopar e cubra seu 
conector com Fita Kapton. Em 
seguida passe a placa na linha para 
montar e solda o BGA sobre a junta 
do termopar.
Recomenda-se ao final do processo 
inspecionar a placa no Raio-X para 
checar se a ponta do Termopar está 
devidamente posicionada dentro do 
Ball.
Como definir o meu perfil de temperatura
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
• Zonas de aquecimento no BGA
Fonte: IPC 7095C – 2013 / January
Como definir o meu perfil de temperatura
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
• Relação entre perfil térmico e colapsamento de balls
Fonte: https://www.researchgate.net/figure/below-contains-a-series-of-cross-section-photographs-arranged-in-a-matrix-format-
of-the_fig25_289859903
Como definir o meu perfil de temperatura
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
• Raio-X (não destrutivo) • Micro Espelho (não destrutivo)
Quais as técnicas para validação do Processo e da Qualidade da Solda
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
• Corte Metalográfico (destrutivo)
Fonte: https://twitter.com/tubetimeus/status/1135704730330550273?lang=csFonte: IPC 7095C – 2013 / January
Quais as técnicas para validação do Processo e da Qualidade da Solda
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
• Dye & Pry (destrutivo)
Quais as técnicas para validação do Processo e da Qualidade da Solda
Curso de Agenda Aberta – Setembro de 2024
Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
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• Dye & Pry (destrutivo)
Quais as técnicas para validação do Processo e da Qualidade da Solda
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
• Dye & Pry (destrutivo)
Quais as técnicas para validação do Processo e da Qualidade da Solda
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
• Curtos
Fonte:
https://www.wmxray.com/product-view/x-ray-inspection-system-x6800/
Fonte:
https://alphaassembly.com/-
/media/Files/CooksonElectronics/Tech-Tips/Solder-Paste/TechTip---
Solder-Bridging-in-BGA-Devices.pdf
Principais Defeitos ocorridos em BGAs
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
• Voids
Fonte:
http://www.amfis.com/english/tech/tech_image.html
Fonte:
IPC 7095C – 2013 / January
Principais Defeitos ocorridos em BGAs
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Fundamentospara Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
O IPC 7095C, classifica os voids em BGAs, em 5 categorias, com relação a posição dentro do
ball.
O intuito dessa classificação, é ajudar as equipes de engenharia a detectar as causas e
determinar as ações de correção.
Principais Defeitos ocorridos em BGAs
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
Solda Insuficiente Solda não refundida
• Open
Principais Defeitos ocorridos em BGAs
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Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
• Head in Pillow / Head on Pillow
Fonte: IPC 7095C – 2013 / JanuaryFonte: IPC 7095C – 2013 / January
Principais Defeitos ocorridos em BGAs
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Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
• Pad fraturado (cratering)
Fonte: IPC 7095C – 2013 / January
Principais Defeitos ocorridos em BGAs
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• Head in Pillow / Head on Pillow
Fonte: IPC 7095C – 2013 / January Fonte: IPC 7095C – 2013 / January
Principais Defeitos ocorridos em BGAs
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
Por: Demétrius Nunes 26 de Setembro de 2024
• Falta de Coplanaridade entre PCB e BGA (warpage)
Fonte: IPC 7095C – 2013 / January
Principais Defeitos ocorridos em BGAs
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Fundamentos para Soldagem de Componentes BGA em linhas de SMD
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