Refusion BGA à faible vide : Relever les défis des interconnexions à ondes millimétriques et à faible perte dans les PCB de communication 5G/6G

technology2 novembre 2025 15 min de lecture

Refusion BGA à faible videBGA à faible videOndes millimétriques5G/6GRefusion sous videRayons XBoundary-Scan/JTAGTest par sonde volanteTraçabilité/MESRevêtement conformeSoudure THT/à trou traversant

Dans le parcours des technologies de communication 5G/6G progressant vers des bandes de fréquences plus élevées (ondes millimétriques) et des débits de données accrus, les PCB ne sont pas de simples supports de composants, mais le facteur déterminant du plafond de performance d'un système. En tant qu'ingénieur en mesures micro-ondes, je comprends que chaque défaut physique mineur peut être infiniment amplifié dans les courbes de paramètres S. Parmi ceux-ci, le brasage par refusion BGA à faible vide n'est plus une option mais une pierre angulaire essentielle pour garantir l'intégrité du signal, la gestion thermique et la fiabilité à long terme. Sans interconnexions de haute qualité, même les algorithmes de désintégration les plus précis et les stations de test avancées ne peuvent pas récupérer la distorsion du signal.

L'impact décisif du brasage par refusion BGA à faible vide sur la cohérence des paramètres S

Dans les bandes de fréquences millimétriques, les joints de soudure BGA ne sont plus de simples connexions électriques, mais des dispositifs passifs complexes dont les formes géométriques et les propriétés matérielles affectent directement l'impédance de la ligne de transmission. Les paramètres S (en particulier la perte de retour S11 et la perte d'insertion S21) sont la référence pour mesurer la qualité du signal. Les bulles ou les vides dans les joints de soudure BGA provoquent des changements brusques des constantes diélectriques locales, créant des discontinuités d'impédance. Cela conduit à :

Perte de retour dégradée : Les signaux se réfléchissent au niveau des vides, empêchant une transmission efficace de l'énergie vers la puce, ce qui entraîne une détérioration des paramètres S11.
Perte d'insertion accrue : Les discontinuités dans le chemin du signal amplifient la dissipation d'énergie, en particulier aux hautes fréquences, affaiblissant directement la force du signal.
Distorsion de phase : Les vides irréguliers introduisent de légères variations dans les retards de transmission, ce qui peut provoquer une augmentation des taux d'erreur binaire (TEB) dans les systèmes de modulation d'ordre supérieur (par exemple, QAM).

Un processus de refusion BGA à faible vide contrôlé avec précision peut réduire les taux de vide à des niveaux leaders de l'industrie (par exemple, moins de 5 %, à titre d'exemple), offrant une adaptation d'impédance quasi idéale pour les PCB haute vitesse et garantissant des mesures de paramètres S très cohérentes et reproductibles.

Méthodologie de dé-embedding : Pourquoi une soudure de haute qualité est le fondement de la calibration TRL/LRM

Lors de la réalisation de mesures précises sur tranche/sur carte, des techniques de dé-embedding (par exemple, TRL, LRM, SOLT) doivent être utilisées pour éliminer les effets parasitaires introduits par les montages de test et les sondes, révélant les véritables performances du dispositif sous test (DUT). Cependant, tous les algorithmes de dé-embedding reposent sur une hypothèse fondamentale : les structures de transition sont prévisibles et reproductibles. Les vides dans les joints de soudure BGA sont précisément ce qui sape cette hypothèse. La taille, l'emplacement et la quantité des vides sont très aléatoires, ce qui entraîne des variations dans les modèles électriques de chaque joint de soudure BGA. Ce caractère aléatoire ne peut pas être modélisé ou supprimé avec précision à l'aide des étalons de calibration TRL (Thru-Reflect-Line) ou LRM (Line-Reflect-Match) standard. En fin de compte, les paramètres S mesurés contiendront des erreurs irréductibles, impactant directement les résultats de validation des puces ou des systèmes. Par conséquent, un processus de refusion BGA à faible vide stable et fiable est une condition préalable à un désembedding précis, garantissant la plus grande cohérence de l'environnement électrique, des étalons de calibration au DUT.

Processus de mise en œuvre de la refusion BGA à faible vide

Sélection et contrôle de la pâte à souder : Utiliser des formulations à faible vide (contrôle de la volatilisation du flux) avec une gestion stricte de la température de stockage, de l'humidité et du temps de refusion.
Optimisation de la conception du pochoir : Adapter l'ouverture de la fenêtre/maille du pad BGA, l'épaisseur et le rapport de réduction de la soudure pour contrôler les résidus de flux et les chemins d'échappement des gaz.

Refusion sous Vide: Introduction de vide et de maintien de la pression dans la zone de phase liquide (par exemple, segment/durée de vide) pour réduire les gaz et les résidus volatils dans les joints de soudure.

Inspection en Ligne par Rayons X: Surveillance à 100% par rayons X (2D/3D) des BGA critiques pour le taux de vides, l'emplacement et la morphologie, identifiant les défauts Head-in-Pillow.

Traçabilité/MES: Lier les profils de refusion, les niveaux de vide, les résultats des rayons X et les numéros de série pour former des données de traçabilité en boucle fermée.

Sources de Vides et Contre-mesures (Cause → Impact → Atténuation)

Cause Potentielle	Impact	Mesures d'Atténuation (Pratiques Courantes)
Volatilisation/résidu excessif du flux	Formation de gaz dans les joints de soudure, créant des vides 3D	Formulations à faible volatilité, ouvertures de soudure réduites, zones de préchauffage/mouillage/trempage optimisées
Humidité du PCB/hygroscopie des composants	Expansion de la vapeur d'eau pendant le refusion causant des vides/popcorning	Pré-cuisson, conditions de stockage et de refusion contrôlées, gestion MBB
Mauvais alignement pochoir-pad	Volume de soudure inégal/pontage et obstruction de l'échappement des gaz	Ouvertures de fenêtre/grille, coordination SMD/NSMD, contrôle de l'espacement des ponts de masque de soudure
Profil de refusion inapproprié	Mouillage insuffisant, solidification du gaz avant l'évacuation	Contrôler le taux de chauffage, la durée de la phase liquide et la température de pointe, s'adapter à la phase de vide
Différences de finition de surface (OSP/ENIG/ENEPIG)	Différences de mouillage/interfaces fragiles causant des défauts	Adapter la sélection à la fenêtre de processus, réaliser des échantillons pilotes si nécessaire

## Fenêtre de processus et paramètres (Exemple)

Paramètre	Plage/pratique typique (exemple)	Points clés
Pré-cuisson	Cartes/composants pré-cuits selon le niveau de sensibilité à l'humidité	Éliminer l'humidité pour éviter l'explosion de la carte, réduire les vides causés par l'humidité
Chauffage/Maintien	Taux de chauffage contrôlé + maintien suffisant	Favorise l'expulsion des volatils et le mouillage, prévient les éclaboussures de soudure
Zone/pic de liquidus	TAL (Temps Au-dessus du Liquidus) adéquat et température de pointe	Assure un mouillage/remplissage suffisant de l'alliage
Phase de vide/pression de maintien	Introduire le vide pendant la phase liquidus avec un bref maintien de la pression	Réduit les gaz résiduels et les substances volatiles dans les joints de soudure
Atmosphère d'azote	Refusion à faible teneur en oxygène (par exemple, faible ppm)	Améliore le mouillage, réduit les inclusions d'oxyde
Pochoir/pad	Ouvertures de fenêtre/grille, correspondance SMD/NSMD	Équilibre le volume de soudure et l'évacuation des gaz, contrôle les ponts

Impacts des matériaux et de la conception (liés à la 5G/6G)

Finition de surface : ENIG/ENEPIG/OSP présentent des comportements de mouillage différents ; il est recommandé de valider conjointement avec la pâte à souder/le profil.
Définition du pad : Les SMD/NSMD se comportent différemment dans la formation du congé de soudure et le mouillage en refusion ; préférer une co-optimisation avec le pochoir.
Vias aveugles/enterrés et Via-in-Pad : Il est recommandé de les remplir + de les sceller par placage pour éviter les canaux de gaz directs vers les joints de soudure.
Sélection du substrat : Les matériaux haute fréquence/à faibles pertes (tels que les PCB haute fréquence, les séries PTFE/Rogers) combinés à une soudure à faible vide peuvent réduire la perte d'insertion ; se référer à PCB haute fréquence, PCB en Téflon, PCB Rogers.

Critères de mesure et d'évaluation (Exemple)

Élément	Critères/Cible typiques (Exemple)	Méthode	Description
Taux de vide de la bille unique BGA	≤ 10% (Cible courante)	Méthode de la zone par rayons X 2D/3D	Plus strict dans les scénarios à ondes millimétriques en fonction de l'emballage et des spécifications
Pad thermique/Grand vide de pad	Zone/Distribution contrôlée (Plus strict pour les dispositifs de puissance)	Corrélation Rayons X + Imagerie thermique/Simulation	Affecte la dissipation thermique et la fiabilité du cyclage thermique
Cohérence des paramètres S	Cohérence intra-lot/inter-lot (S11/S21)	VNA + Dé-embedding (TRL/LRM/SOLT)	La répétabilité du joint de soudure est un prérequis

Remarque : Les exemples ci-dessus sont des pratiques courantes. L'implémentation finale doit être conforme aux normes applicables et aux contraintes de conception (par exemple, IPC-7095, IPC-A-610 Classe 3, normes d'entreprise).

## Station de test et montages de test : Contrôle des effets de transition et de la répétabilité à la source Lors de la réalisation de mesures d'ondes millimétriques sur des stations de test, les ingénieurs passent un temps considérable à assurer un contact reproductible entre les sondes et les pastilles. Cependant, une autre variable critique dans le chemin du signal est souvent négligée : les joints de soudure BGA. Si le BGA lui-même présente des défauts, même un contact parfait de la sonde entraînera toujours une mauvaise répétabilité des mesures.

Pour localiser rapidement les problèmes de connexion après l'assemblage, le test Boundary-Scan/JTAG est la méthode standard pour vérifier la connectivité du chemin du signal numérique. Il détecte efficacement les coupures ou les courts-circuits mais ne peut pas identifier les variations subtiles d'impédance causées par des vides. Pour les signaux analogiques haute fréquence, nous nous appuyons davantage sur les analyseurs de réseau et le TDR. Avant ces tests, la réalisation d'une inspection électrique à 100 % des cartes nues via le Flying Probe Test garantit qu'aucun défaut n'est introduit pendant la fabrication du PCB, jetant ainsi une base solide pour un assemblage de haute qualité. L'assemblage SMT de HILPCB inclut le test à sonde volante comme procédure standard pour éliminer les problèmes de substrat à la source.

Validation Complète du Processus d'Assemblage : Du Boundary-Scan/JTAG aux Rayons X

Un système de contrôle qualité robuste doit intégrer plusieurs méthodes de test. Le test Boundary-Scan/JTAG sert de première ligne de défense après l'assemblage - il est peu coûteux, efficace et couvre rapidement la plupart des E/S numériques. Cependant, pour les broches d'alimentation, les broches de masse et les paires différentielles haute vitesse sur les cartes de communication 5G/6G, la validation des performances haute fréquence dépasse de loin les capacités du JTAG.

C'est pourquoi l'inspection aux rayons X est essentielle pour l'assemblage BGA. Elle ne détecte pas seulement visuellement les vides, mais vérifie également l'alignement des billes de soudure, les ponts ou les défauts "head-in-pillow". Lorsqu'il est combiné à un système avancé de Traçabilité/MES, nous pouvons corréler les résultats Boundary-Scan/JTAG de chaque carte, les images radiographiques et les données de profil de refusion pour créer un enregistrement de qualité complet. Cette traçabilité de bout en bout est vitale pour la localisation des problèmes et l'amélioration continue des processus.

Points clés pour l'assemblage de PCB à ondes millimétriques

Faible taux de vides est un prérequis: Les boîtiers à terminaison inférieure comme les BGA/QFN nécessitent un contrôle strict des vides pour garantir l'impédance et les performances thermiques.
Haute précision de placement: Les déviations de position/orientation des composants à ondes millimétriques dégradent les performances d'adaptation et de rayonnement.

Capacité d'assemblage hybride : Processus mature pour SMT + THT (connecteurs RF/dispositifs de puissance élevée).

Protection finale : Sélection de solutions de revêtement conforme à faible perte avec application sélective, évitant les réseaux RF et les zones d'antenne.

Au-delà du brasage : la synergie du THT et du revêtement conforme dans les environnements difficiles

Les équipements de communication 5G/6G, en particulier les stations de base et les terminaux, fonctionnent souvent dans des environnements extérieurs exigeants. Au-delà des BGA, de nombreux connecteurs RF, modules de puissance et filtres utilisent encore la technologie de brasage THT/à trou traversant en raison de sa robustesse mécanique supérieure. Une solution d'assemblage fiable doit maîtriser les processus SMT et THT pour garantir des connexions mécaniques et électriques solides comme le roc sur l'ensemble de la carte.

Après l'assemblage, le revêtement conforme sert de barrière de protection finale. Cependant, une application incorrecte du revêtement peut altérer les environnements diélectriques des lignes de transmission, entraînant une dérive d'impédance et une dégradation des performances haute fréquence. Il est donc essentiel de sélectionner des revêtements à faible perte spécialement conçus pour les applications haute fréquence et de mettre en œuvre des processus de revêtement sélectif qui évitent les réseaux d'adaptation RF critiques et les régions d'antenne. Cela exige une expertise approfondie en processus RF de la part des fournisseurs d'assemblage.

Traçabilité de la Qualité et Contrôle des Processus : L'Importance des Systèmes de Traçabilité/MES

Dans la fabrication de PCB de communication haut de gamme, la cohérence et la traçabilité sont vitales. Un système Traçabilité/MES (Manufacturing Execution System) robuste est essentiel pour y parvenir. Pour les processus de refusion BGA à faible taux de vides, le système MES enregistre et corrèle les données critiques suivantes :

Informations sur les Matériaux : Numéros de lot de pâte à souder, fournisseurs de PCB, codes de lot des composants.
Paramètres de Processus : Pression/vitesse de l'imprimante sérigraphique, coordonnées de placement, profils de température du four de refusion, niveaux de vide.
Données d'Inspection : SPI (Solder Paste Inspection), AOI (Automated Optical Inspection), Rayons X, résultats de Flying Probe Test et Boundary-Scan/JTAG.

Lorsque des écarts de performance surviennent, le système MES permet une traçabilité rapide vers des lots, des équipements ou des paramètres de processus spécifiques, facilitant une réponse rapide et une analyse des causes profondes. Ceci est crucial pour le service d'assemblage PCBA clé en main de HILPCB, où nous assumons l'entière responsabilité de l'approvisionnement des composants aux tests finaux.

Foire Aux Questions (FAQ)

La refusion sous vide est-elle obligatoire pour un faible taux de vides ? : Pour les applications sensibles aux ondes millimétriques/à la puissance, les phases de vide réduisent généralement considérablement les vides ; la nécessité dépend des exigences réelles.
L'inspection aux rayons X est-elle suffisante?: L'inspection aux rayons X détermine l'intégrité structurelle ; nous recommandons de la combiner avec les paramètres S/l'imagerie thermique/la vérification fonctionnelle pour une validation en boucle fermée.
Le Via-in-Pad augmentera-t-il les vides?: Les trous traversants non remplis peuvent augmenter la probabilité de vides. Il est recommandé de les remplir et de les plaquer.
La reprise est-elle possible?: Les reprises fréquentes ne sont pas conseillées pour les applications à ondes millimétriques. Si nécessaire, utilisez un préchauffage par le bas et des profils dédiés, suivis d'une inspection aux rayons X à 100 % après la reprise.

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Conclusion : Poser les bases du succès 5G/6G avec des processus d'assemblage supérieurs

En résumé, la validation des performances pour les PCB de communication 5G/6G est un projet systématique qui commence par une fabrication et un assemblage supérieurs. Le processus de refusion BGA à faible vide est essentiel pour garantir l'intégrité du signal des ondes millimétriques, réduire les pertes et améliorer l'efficacité thermique. Il détermine directement la précision et la cohérence des mesures des paramètres S, formant la base de tous les efforts de validation électrique ultérieurs. Chez HILPCB, nous comprenons profondément chaque étape, de la conception à la mesure. Nous ne nous contentons pas de fournir une technologie avancée de refusion BGA à faible vide, mais nous l'intégrons également de manière transparente avec le soudage THT/à trou traversant, le revêtement conforme et d'autres processus. Grâce aux tests par sondes mobiles, au Boundary-Scan/JTAG et à un système complet de traçabilité/MES, nous offrons une assurance qualité de bout en bout pour vos projets de PCB haute fréquence. Nous choisir, c'est s'associer à une équipe professionnelle qui comprend les défis de la technologie des ondes millimétriques.