Array Grid Ball (BGA) چیست؟مزایا ، انواع ، روند مونتاژ
2024-09-09 2637

بسته های Array Grid (BGA) در الکترونیک بسیار محبوب شده اند ، به خصوص برای مدارهای یکپارچه سطح نصب شده (SMD IC) که در یک فضای کوچک به اتصالات زیادی احتیاج دارند.بر خلاف طرح های قدیمی ، که اتصالات اطراف لبه های تراشه را قرار می دهد ، BGA از قسمت زیرین تراشه برای اتصالات استفاده می کند.این امر با کاهش درهم و برهمی و اجازه دادن به طرح بندی های جمع و جور تر ، طراحی تابلوهای مدار چاپی (PCB) را آسان تر می کند.در این مقاله به بررسی این موضوع می پردازد که چرا بسته های BGA ترجیح داده می شوند ، مزایایی که آنها ارائه می دهند ، یون های V ariat از طرح های BGA و چالش های پیش روی مونتاژ و بازسازی.چه در الکترونیک مصرفی و چه در کاربردهای صنعتی ، فناوری BGA طراحی و ساخت مدار را بهبود می بخشد.

کاتالوگ

شکل 1: آرایه شبکه توپ (BGA)

چرا بسته های Array Grid (BGA) ترجیح داده می شوند؟

یک آرایه شبکه توپ (BGA) نوعی بسته بندی سطح سطح است که برای مدارهای یکپارچه (IC) استفاده می شود.این دستگاه به جای پین های سنتی ، توپ های لحیم کاری را در قسمت زیرین تراشه قرار می دهد که باعث می شود در یک فضای کوچک برای دستگاه هایی که به چگالی اتصال بالا نیاز دارند ایده آل باشد.بسته های Array Grid (BGA) نشان دهنده پیشرفت عمده در طراحی قدیمی چهار گوش Flat (QFP) در ساخت الکترونیک است.QFP ها ، با پین های نازک و محکم خود ، در برابر خم یا شکستن آسیب پذیر هستند.این تعمیرات را به چالش کشیده و گران می کند ، به خصوص برای مدارهایی که دارای پین های زیادی هستند.

پین های نزدیک بسته بندی شده در QFP ها همچنین در طول طراحی تابلوهای مدار چاپی (PCB) مشکلاتی را ایجاد می کنند.فاصله باریک می تواند باعث تراکم پیست شود و مسیریابی اتصالات را به طور کارآمد سخت تر می کند.این احتقان می تواند هم به طرح و هم به عملکرد مدار آسیب برساند.علاوه بر این ، دقت مورد نیاز برای لحیم کردن پین های QFP ، خطر ایجاد پل های ناخواسته بین پین ها را افزایش می دهد ، که به طور بالقوه باعث نقص مدار می شود.

بسته های BGA بسیاری از این موارد را حل می کند.به جای پین های شکننده ، BGA از توپ های لحیم کاری که در زیر تراشه قرار می گیرند استفاده می کنند که احتمال آسیب جسمی را کاهش می دهد و امکان طراحی PCB جادار تر و کمتر احتقان را فراهم می کند.این طرح ، تولید را آسان تر می کند ، در حالی که قابلیت اطمینان اتصالات لحیم را نیز بهبود می بخشد.در نتیجه ، BGA ها به استاندارد صنعت تبدیل شده اند.با استفاده از ابزارها و تکنیک های تخصصی ، فناوری BGA نه تنها فرآیند تولید را ساده می کند بلکه طراحی و عملکرد کلی اجزای الکترونیکی را نیز تقویت می کند.

مزایای فناوری آرایه شبکه توپ (BGA)

فناوری Array Grid (BGA) روش بسته بندی مدارهای مجتمع (IC) را تغییر داده است.این منجر به پیشرفت در عملکرد و کارآیی می شود.این پیشرفت ها نه تنها فرایند تولید را ساده تر می کند بلکه از عملکرد دستگاه ها با استفاده از این مدارها نیز بهره می برد.

شکل 2: آرایه شبکه توپ (BGA)

یکی از مزایای بسته بندی BGA استفاده کارآمد آن از فضای روی تابلوهای مدار چاپی (PCB) است.بسته های سنتی اتصالات را در اطراف لبه های تراشه قرار می دهد و فضای بیشتری را به خود اختصاص می دهد.با این حال ، بسته های BGA توپ های لحیم کاری را در زیر تراشه قرار می دهند ، که فضای با ارزش را روی تخته آزاد می کند.

BGA همچنین عملکرد حرارتی و الکتریکی برتر را ارائه می دهد.این طرح امکان می دهد هواپیماهای برق و زمینی ، کاهش القاء و اطمینان از سیگنال های الکتریکی پاک کننده.این منجر به بهبود یکپارچگی سیگنال می شود ، که در برنامه های پر سرعت مهم است.بعلاوه ، چیدمان بسته های BGA باعث کاهش گرمای بهتر می شود و از گرمای بیش از حد در الکترونیک هایی که در طول کار گرمای زیادی تولید می کنند ، مانند پردازنده ها و کارت های گرافیکی ، جلوگیری می کند.

فرآیند مونتاژ برای بسته های BGA نیز ساده تر است.به جای نیاز به لحیم کاری پین های کوچک در امتداد لبه تراشه ، توپ های لحیم کاری زیر یک بسته BGA اتصال قوی تر و قابل اعتماد تری دارند.این منجر به نقص کمتری در هنگام تولید می شود و به راندمان تولید بالاتر ، به ویژه در محیط های تولید انبوه کمک می کند.

یکی دیگر از مزایای فناوری BGA توانایی آن در پشتیبانی از طراحی دستگاه های باریک تر است.بسته های BGA نسبت به طرح های تراشه قدیمی نازک تر هستند که به تولید کنندگان امکان می دهد دستگاه های براق تر و جمع و جور تر را بدون قربانی کردن عملکرد ایجاد کنند.این امر به ویژه برای الکترونیک های قابل حمل مانند تلفن های هوشمند و لپ تاپ ، که در آن اندازه و وزن عوامل مهمی هستند ، بسیار مهم است.

علاوه بر فشردگی آنها ، بسته های BGA تعمیر و نگهداری و تعمیر را آسان تر می کنند.لنت های لحیم بزرگتر در زیر تراشه روند کار مجدد یا به روزرسانی صفحه را ساده می کنند ، که می تواند عمر دستگاه را افزایش دهد.این برای تجهیزات فناوری پیشرفته که نیاز به قابلیت اطمینان طولانی مدت دارند ، مفید است.

به طور کلی ، ترکیبی از طراحی صرفه جویی در فضا ، عملکرد پیشرفته ، تولید ساده و تعمیرات آسان تر ، فناوری BGA را به عنوان انتخاب ترجیحی برای الکترونیک مدرن تبدیل کرده است.چه در دستگاه های مصرف کننده و چه در کاربردهای صنعتی ، BGA ها یک راه حل قابل اعتماد و کارآمد برای مطالبات الکترونیکی پیچیده امروزی ارائه می دهند.

درک بسته Array Grid (BGA)

بر خلاف روش قدیمی چهار بسته مسطح (QFP) که پین ​​ها را در امتداد لبه های تراشه به هم وصل می کند ، BGA از قسمت زیر تراشه برای اتصالات استفاده می کند.این طرح فضای را آزاد می کند و امکان استفاده کارآمدتر از تخته را فراهم می کند و از محدودیت های مرتبط با اندازه پین ​​و فاصله جلوگیری می کند.

در یک بسته BGA ، اتصالات در یک شبکه زیر تراشه ترتیب داده می شوند.به جای پین های سنتی ، از توپ های لحیم کاری کوچک برای تشکیل اتصالات استفاده می شود.این توپ های لحیم کاری با لنت های مس مربوطه در صفحه مدار چاپی (PCB) مطابقت دارند و هنگام نصب تراشه ، نقاط تماس پایدار و قابل اعتماد را ایجاد می کنند.این ساختار نه تنها دوام اتصال را بهبود می بخشد بلکه روند مونتاژ را ساده می کند ، زیرا تراز کردن و لحیم کاری اجزای ساده تر است.

یکی از مزایای بسته های BGA توانایی آنها در مدیریت مؤثرتر گرما است.با کاهش مقاومت حرارتی بین تراشه سیلیکون و PCB ، BGA به از بین بردن گرما به کارآمدتر کمک می کند.این امر به ویژه در الکترونیک با کارایی بالا مهم است ، جایی که مدیریت گرما برای حفظ عملکرد پایدار و گسترش طول عمر قطعات مهم است.

فایده دیگر به لطف چیدمان در قسمت زیرین حامل تراشه ، منجر به کوتاهتر بین تراشه و تخته می شود.این امر القاء سرب ، بهبود یکپارچگی سیگنال و عملکرد کلی را به حداقل می رساند.بنابراین ، بسته های BGA را به گزینه ترجیحی برای دستگاه های الکترونیکی مدرن تبدیل می کند.

انواع مختلف بسته های آرایه شبکه توپ (BGA)

شکل 3: بسته آرایه شبکه توپ (BGA)

فن آوری بسته بندی Array Grid (BGA) برای رفع نیازهای متنوع الکترونیک مدرن ، از عملکرد و هزینه گرفته تا اندازه و مدیریت گرما تکامل یافته است.این الزامات متنوع منجر به ایجاد چندین نوع BGA شده است.

فرآیند آرایه آرایه آرایه توپ (MAPBGA) برای دستگاه هایی طراحی شده است که به عملکرد شدید احتیاج ندارند اما هنوز هم به قابلیت اطمینان و جمع و جور نیاز دارند.این نوع مقرون به صرفه است و با القاء کم و باعث می شود سطح سطح آن آسان شود.اندازه و دوام کوچک آن ، آن را به عنوان یک انتخاب عملی برای طیف گسترده ای از الکترونیک کم تا متوسط ​​با میانی تبدیل می کند.

برای دستگاه های خواستار تر ، آرایه شبکه توپ پلاستیکی (PBGA) ویژگی های پیشرفته ای را ارائه می دهد.مانند MAPBGA ، القاء کم و نصب آسان را فراهم می کند ، اما با لایه های مس اضافه شده در بستر برای رسیدگی به نیازهای بالاتر.این امر باعث می شود PBGA برای دستگاههای با کارایی بالا و مناسب که نیاز به اتلاف توان کارآمدتری دارند ضمن حفظ قابلیت اطمینان قابل اعتماد ، مناسب باشد.

در هنگام مدیریت گرما ، آرایه شبکه پلاستیکی پلاستیکی تقویت شده (TEPBGA) عالی است.از هواپیماهای مس ضخیم در بستر خود استفاده می کند تا گرما را از تراشه دور کند و اطمینان حاصل کند که اجزای حساس به حرارتی در عملکرد اوج کار می کنند.این نوع برای برنامه هایی که مدیریت حرارتی مؤثر اولویت اصلی است ، ایده آل است.

آرایه شبکه توپ نوار (TBGA) برای برنامه های با کارایی بالا طراحی شده است که در آن مدیریت گرمای برتر مورد نیاز است اما فضا محدود است.عملکرد حرارتی آن بدون نیاز به هیت سینک خارجی استثنایی است و آن را برای مجامع جمع و جور در دستگاه های سطح بالا ایده آل می کند.

در شرایطی که فضا به ویژه محدود است ، بسته بندی روی بسته (POP) یک راه حل نوآورانه ارائه می دهد.این امکان را می دهد تا چندین مؤلفه را جمع کنید ، مانند قرار دادن ماژول حافظه به طور مستقیم در بالای یک پردازنده ، به حداکثر رساندن عملکرد در یک ردپای بسیار کوچک.این امر باعث می شود پاپ در دستگاههایی که فضا در حق بیمه قرار دارد ، مانند تلفن های هوشمند یا تبلت بسیار مفید باشد.

برای دستگاه های فوق العاده ترکیب ، نوع میکروبگا در زمین های کوچک به اندازه 0.65 ، 0.75 و 0.8 میلی متر در دسترس است.اندازه کوچک آن به آن اجازه می دهد تا در الکترونیک های متراکم بسته بندی شده قرار بگیرد و آن را به گزینه ای برای دستگاه های بسیار یکپارچه که در آن هر میلی متر در آن حساب می شود ، تبدیل می کند.

هر یک از این انواع BGA سازگاری فناوری BGA را به نمایش می گذارد و راه حل های متناسب را برای پاسخگویی به خواسته های همیشه در حال تغییر صنعت الکترونیک ارائه می دهد.چه مقرون به صرفه بودن ، مدیریت حرارتی یا بهینه سازی فضا باشد ، یک بسته BGA برای تقریباً هر کاربردی مناسب است.

فرآیند مونتاژ آرایه شبکه توپ (BGA)

هنگامی که برای اولین بار بسته های Array Grid (BGA) معرفی شد ، نگرانی هایی در مورد چگونگی جمع آوری آنها با اطمینان وجود داشت.بسته های سنتی فناوری سطح (SMT) دارای پدهای قابل دسترسی برای لحیم کاری آسان بودند ، اما BGA به دلیل اتصالات آنها در زیر بسته ، چالش متفاوتی را ارائه داد.این شک و تردیدها در مورد اینکه آیا BGA ها می توانند در طول تولید با اطمینان لحیم شوند ، ایجاد کرد.با این حال ، وقتی کشف شد که تکنیک های لحیم کاری استاندارد در مونتاژ BGA ها بسیار مؤثر هستند و در نتیجه اتصالات به طور مداوم قابل اعتماد بسیار مؤثر هستند ، این نگرانی ها به سرعت استراحت کردند.

شکل 4: مونتاژ آرایه شبکه توپ

فرآیند لحیم کاری BGA به کنترل دما دقیق متکی است.در حین لحیم کاری بازتاب ، کل مونتاژ به طور یکنواخت گرم می شود ، از جمله توپ های لحیم کاری در زیر بسته BGA.این توپ های لحیم کاری با مقدار دقیق لحیم کاری مورد نیاز برای اتصال از قبل پوشش داده می شوند.با افزایش دما ، لحیم ذوب می شود و اتصال را تشکیل می دهد.تنش سطح به بسته بندی BGA با لنت های مربوطه روی برد مدار کمک می کند.تنش سطح به عنوان یک راهنما عمل می کند ، و اطمینان می دهد که توپ های لحیم کاری در مرحله گرمایش در جای خود قرار می گیرند.

با خنک شدن لحیم ، یک مرحله کوتاه را پشت سر می گذارد که در آن تا حدی ذوب می شود.این مهم است که اجازه دهید هر توپ لحیم کاری بدون ادغام با توپ های همسایه ، در موقعیت صحیح خود قرار گیرد.آلیاژ خاص مورد استفاده برای لحیم کاری و فرآیند خنک کننده کنترل شده اطمینان حاصل می کند که اتصالات لحیم به درستی شکل می گیرد و جداسازی را حفظ می کند.این سطح کنترل به موفقیت مونتاژ BGA کمک می کند.

با گذشت سالها ، روشهای استفاده شده برای مونتاژ بسته های BGA تصفیه و استاندارد شده است و آنها را به بخشی جدایی ناپذیر از ساخت الکترونیک مدرن تبدیل می کند.امروز ، این فرایندهای مونتاژ یکپارچه در خطوط تولید گنجانیده شده اند ، و نگرانی های اولیه در مورد قابلیت اطمینان BGA ها تا حد زیادی از بین رفته اند.در نتیجه ، بسته های BGA اکنون یک انتخاب قابل اعتماد و مؤثر برای طراحی محصولات الکترونیکی در نظر گرفته می شوند و دوام و دقت لازم را برای مدار پیچیده ارائه می دهند.

چالش ها و راه حل ها

یکی از مهمترین چالش های دستگاه های Array Grid (BGA) این است که اتصالات لحیم شده در زیر تراشه پنهان است.این امر باعث می شود که آنها با استفاده از روشهای نوری سنتی ، بصری را بازرسی کنند.این در ابتدا نگرانی هایی را در مورد قابلیت اطمینان مجامع BGA ایجاد کرد.در پاسخ ، تولید کنندگان فرآیندهای لحیم کاری خود را تنظیم کرده اند و اطمینان حاصل می کنند که گرما به طور مساوی در سراسر مونتاژ اعمال می شود.این توزیع گرمای یکنواخت برای ذوب کردن تمام توپ های لحیم کاری به درستی و ایمن سازی اتصالات جامد در هر نقطه در شبکه BGA مورد نیاز است.

در حالی که آزمایش الکتریکی می تواند تأیید کند که آیا دستگاه در حال کار است ، برای اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی مدت کافی نیست.یک اتصال ممکن است در طول تست های اولیه به صورت الکتریکی به نظر برسد ، اما اگر مفصل لحیم کاری ضعیف باشد یا به طور نامناسب شکل بگیرد ، می تواند با گذشت زمان شکست بخورد.برای پرداختن به این موضوع ، بازرسی اشعه ایکس به روش Go-To برای تأیید یکپارچگی اتصالات لحیم کاری BGA تبدیل شده است.پرتوهای X نگاهی دقیق به اتصالات لحیم شده در زیر تراشه ارائه می دهد و به تکنسین ها این امکان را می دهد تا هرگونه مسائل احتمالی را مشاهده کنند.BGA ها با تنظیمات گرمای صحیح و روشهای دقیق لحیم کاری ، اتصالات با کیفیت بالا را نشان می دهند و قابلیت اطمینان کلی مونتاژ را افزایش می دهند.

مجدداً تابلوهای مجهز به BGA

بازگرداندن یک برد مدار که از BGA استفاده می کند می تواند یک فرآیند ظریف و پیچیده باشد ، که اغلب به ابزارها و تکنیک های تخصصی نیاز دارد.اولین قدم برای کار مجدد شامل حذف BGA معیوب است.این کار با استفاده از گرمای موضعی به طور مستقیم در لحیم کاری زیر تراشه انجام می شود.ایستگاه های تخصصی بازپرداخت مجهز به بخاری های مادون قرمز برای گرم کردن دقیق BGA ، ترموکوپل ها برای نظارت بر دما و یک ابزار خلاء برای بلند کردن تراشه پس از ذوب شدن لحیم کاری هستند.کنترل گرمایش به گونه ای مهم است که فقط BGA تحت تأثیر قرار گیرد و از آسیب به اجزای اطراف جلوگیری کند.

تعمیر و بازگرداندن BGA

پس از برداشتن BGA ، می توان آن را با یک مؤلفه جدید جایگزین کرد یا در برخی موارد مرمت شد.یک روش تعمیر متداول ، تکرار مجدد است که شامل تعویض توپ های لحیم کاری بر روی BGA است که هنوز هم کاربردی است.این یک گزینه مقرون به صرفه برای تراشه های گران قیمت است ، زیرا این امکان را به شما می دهد که به جای دور ریخته شدن ، از این ماده استفاده مجدد شود.بسیاری از شرکت ها خدمات و تجهیزات تخصصی را برای بازگرداندن BGA ارائه می دهند و به افزایش عمر اجزای ارزشمند کمک می کنند.

با وجود نگرانی های اولیه در مورد دشواری در بازرسی اتصالات لحیم کاری BGA ، این فناوری گام های قابل توجهی برداشته است.نوآوری در طراحی مدار چاپی (PCB) ، تکنیک های لحیم کاری بهبود یافته مانند بازتاب مادون قرمز و ادغام روشهای قابل اعتماد برای بازرسی اشعه ایکس ، همه در حل چالش های اولیه مرتبط با BGA نقش داشته اند.علاوه بر این ، پیشرفت در تکنیک های بازسازی و تعمیر تضمین شده است که BGA ها را می توان با اطمینان در طیف گسترده ای از برنامه ها استفاده کرد.این پیشرفت ها باعث افزایش کیفیت و قابلیت اطمینان محصولاتی که شامل فناوری BGA هستند ، افزایش یافته است.

پایان

اتخاذ بسته های آرایه شبکه توپ (BGA) در الکترونیک مدرن با مزایای بی شماری از جمله مدیریت حرارتی برتر ، کاهش پیچیدگی مونتاژ و طراحی صرفه جویی در فضا هدایت شده است.با غلبه بر چالش های اولیه مانند اتصالات لحیم پنهان و مشکلات اصلاح مجدد ، فناوری BGA به انتخاب ارجح در برنامه های متنوع تبدیل شده است.از دستگاه های تلفن همراه جمع و جور گرفته تا سیستم های محاسبات با کارایی بالا ، بسته های BGA یک راه حل قابل اعتماد و کارآمد برای الکترونیک پیچیده امروزی ارائه می دهند.