BGA چیست؟

برای خیلی از افراد که بار اول نام BGA را می شنوند این سوال پیش می آید که BGA چیست؟ آرایه شبکه توپی SMD ، بسته‌های بی جی ای اتصال‌های با تراکم بالا را برای ساخت آسان مدارهای مجتمع فراهم کرده‌اند، به این ترتیب که آنها اجازه می‌دهند قسمت زیرین یک بسته تراشه برای اتصال استفاده شود.

برای خیلی از افراد که بار اول نام BGA را می شنوند این سوال پیش می آید که BGA چیست؟ آرایه شبکه توپی SMD ، بسته‌های بی جی ای اتصال‌های با تراکم بالا را برای ساخت آسان مدارهای مجتمع فراهم کرده‌اند، به این ترتیب که آنها اجازه می‌دهند قسمت زیرین یک بسته تراشه برای اتصال استفاده شود.

تکنولوژی شبکه توپی نوعی از فناوری نصب سطحی یا بسته SMT است، به طوری که امروزه در بسیاری از مدارهای مجتمع مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در صورتی که قصد دارید به صورت کامل تعمیرات بردهای الکترونیک را فرا بگیرید، توصیه می کنیم در کلاس آموزش تعمیرات برد الکترونیکی و همچنین آموزش طراحی برد الکترونیکی آموزشگاه پایتخت فناوری شرکت کنید. در این کلاس ها که زیر نظر سازمان فنی و حرفه ای کشور برگزار می شود، هر آنچه که شما برای ورود به بازار کار تعمیرات بردهای الکترونیک نیاز دارید به صورت عملی در کارگاه آموزش داده خواهد شد.

BGA مزایای بسیاری دارد و درنتیجه به طور فزاینده در ساخت مدارهای الکتریکی مورد استفاده ‌قرار می‌گیرد.
آرایه شبکه توپی ، به دلیل نیاز به داشتن بسته قوی‌ تر و مناسب‌ تر برای ساخت مدار های مجتمع با تعداد زیاد پین ، بسته بی جی ای ساخته شد. با افزایش سطوح ادغام، برخی مدار های مجتمع بالغ بر 100 پین دارند.

بسته‌ های نوع تخت چهار گوش متداول، پین‌ های باریک و نزدیک بهم داشتند و به همین دلیل حتی در محیط کنترل شده، به آسانی در معرض آسیب قرار داشتند. علاوه براین ، این بسته‌ ها در پروسه لحیم‌کاری نیاز به کنترل زیاد داشتند وگرنه کیفیت پل‌ های لحیم و اتصالات ضعیف می‌ شد.

از دیدگاه طراحی، تراکم پین به گونه‌ای بود که مسیرها را از IC می‌ گرفت و باعث بروز برخی مشکلات نظیر ایجاد گرفتگی در برخی سطوح می‌ شد. بسته BGA برای غلبه بر این مشکلات و بهبود قابلیت اطمینان از اتصالات لحیمی، توسعه داده شد.

اهداف آرایه شبکه توپی BGA چیست؟

آرایه شبکه توپی به منظور ارائه شماری از مزایا به تولیدکنندگان IC و نیز ارائه مزایایی به کاربران احتمالی تجهیزات، توسعه داده شد. برخی مزایای بی جی ای نسبت به سایر تکنولوژی ها عبارتند از:

• استفاده کارامد از فضای بُرد مدار چاپی ، امکان اتصال به بسته SMD را فراهم می کند.
• بهبود در عملکرد حرارتی و الکتریکی. بسته‌ های BGA می‌توانند سطوح میدان و توان برای اندوکتانس کم و ردیابی امپدانس کنترل شده را برای سیگنال‌ها فراهم کنند. همچنین می‌توانند حرارت را از لایه‌ها خارج کنند.
• بهبود در تولید در نتیجه‌ی بهبود در لحیم کاری. بی جی ای امکان فاصله زیاد بین اتصالات و همچنین لحیم‌ کاری بهتر را فراهم می‌کند.
• کاهش ضخامت بسته یک مزیت بسیار بزرگ است زیرا اغلب وسایل مونتاژی باید بسیار نازک شوند، مثل موبایل و غیره .
• بهبود کارایی مجدد در نتیجه بزرگتر شدن اندازه پدها و غیره. این مزایا نشان می‌ دهد که علی رغم شک و تردید های اولیه در مورد بسته، این بسته‌ ها پیشرفت‌ های مفیدی را در موارد بسیاری فراهم می‌ کنند.

پکیج BGA چیست؟

آرایه شبکه توپی «BGA » از روشی متفاوت به جای روشی که در گذشته در بیشتر اتصالات نصب سطحی رایج استفاده می‌شد، استفاده می‌ کند. پکیج ‌های دیگر نظیر بسته تخت چهارگوش یا QFP از پیرامون بسته برای اتصالات استفاده می‌کنند.

این بدان معناست که فضای محدودی برای اینکه پین‌ ها نزدیک قرار بگیرند وجود دارد و برای فراهم کردن سطح مورد انتظار از اتصال، باید بسیار کوچک باشد. آرایه شبکه توپی «BGA» از قسمت پایین بسته استفاده می‌کند، جایی که در آن فضای قابل توجهی برای اتصالات وجود دارد.

پین‌ ها در یک الگوی شبکه‌ ای در زیر سطح تراشه قرار گرفته‌اند (از این رو آرایه شبکه توپی نامیده می‌شود). همچنین بجای استفاده از پین‌ ها برای اتصال، از پدها با توپی‌ های مسی به عنوان روش اتصال استفاده می‌شود. در بُرد مدار چاپی، PCB، که بر روی آن دستگاه بی جی ای به طور مناسب نصب می‌شود، مجموعه‌ای هماهنگ از پدهای مسی برای فراهم کردن اتصال مورد نیاز وجود دارد.

بغیر از بهبود اتصال، BGA ها مزایای دیگری نیز دارند. آنها مقاومت حرارتی کمتری در تراشه سیلیکونی نسبت به بسته تخت چهارگوش دارد. این امر باعث می‌شود حرارت تولید شده در داخل مدار مجتمع سریع‌ تر و موثرتر از دستگاه به PCB انتقال یابد. به این ترتیب در بی جی ای ها امکان تولید حرارت بیشتر بدون نیاز به خنک‌ کننده‌ های خاص وجود دارد.

علاوه بر این، این حقیقت که هادی‌ ها در قسمت زیرین تراشه حامل هستند به این معنی است که مسیرهای هادی در درون تراشه کوتاه‌ تر می‌ باشند. به علاوه سطوح اندوکتانس پوشش ناخواسته، پایین تر هستند و به همین ترتیب، دستگاه‌ های آرایه شبکه توپی قادر به ارائه سطح عملکرد بالاتری نسبت به همتایان QFP خود هستند.

انواع بسته‌ های BGA

به منظور رفع نیازها برای انواع مختلف مونتاژ و تجهیزات ، انواع متنوعی از بی جی ای توسعه یافته است.

• (MAPBAG (Moulded Array Process Ball Grid Array : آرایه شبکه توپی پردازش آرایه قالبی

هدف این بسته BGA دستگاه‌های با عملکرد پایین تا عملکرد متوسط که نیاز به بسته‌هایی با اندوکتانس پایین و سهولت نصب سطح دارند، می‌باشد. این بسته یک گزینه با قیمت پایین به همراه اثر کوچک و سطح بالایی از اعتمادپذیری را فراهم می‌کند.

• (PBGA (Plastic Ball Grid Array : آرایه شبکه توپی پلاستیکی

این بسته BGA برای دستگاه‌های با کارایی متوسط تا بالا که نیاز به کم بودن اندوکتانس ، سهولت نصب سطحی ، هزینه نسبتا کم و در عین حال حفظ سطح بالایی از قابلیت اطمینان نیز دارد، طراحی شده است. این بسته تعدادی لایه مسی اضافه در بستر دارد که آن را قادر می‌سازد تا کنترل سطوح اتلاف توان افزایش یابد.

• (TEPBGA (Thermally Enhanced Plastic Ball Grid Array:آرایه شبکه توپی پلاستیکی تقویت شده حرارتی

این بسته سطح اتلاف حرارت بیشتری را فراهم می‌کند. این بسته از برخی صفحه‌های مسی ضخیم در بستر استفاده می‌کند که باعث می‌شود حرارت اتلافی به بُرد مشتری منتقل شود.

• (TBGA (Tape Ball Grid Array: آرایه شبکه توپی نواری

این بسته BGA یک راه حل متوسط تا بالا برای برنامه‌هایی است که بدون نیاز به یک منبع حرارت خارجی ، به عملکرد حرارتی بالایی نیاز دارند.

• (PoP (Package on Package: بسته در بسته

این بسته برای برنامه‌هایی بکار می‌رود که فضا در آن مهم است. این بسته اجازه می‌دهد که یک بسته حافظه در پشته در قسمت بالای دستگاه پایه قرار بگیرد. MicroBGA: همانطور که از اسم این بسته BGA مشخص است ، اندازه آن از بسته بی جی ای استاندارد کوچکتر است. در صنعت سه درجه متداول است: 65/0، 75/0 و 8/0 میلیمتر.

نحوه درست مونتاژ BGA چیست؟

وقتی که BGA برای اولین بار معرفی شد، مونتاژ BGA یکی از کاربردهای اصلی بود. با استفاده از پدهایی که به صورت عادی در دسترس نیستند مونتاژ بی جی ای به استانداردی دلخواه رسید که بوسیله بسته‌های سنتی بیشتری قابل دستیابی است.

در حقیقت، در حین لحیم‌کاری اگر چه ممکن است در آرایه شبکه توپی مشکلی ظاهر شود، به نظر می‌رسد که روش‌های فروکشی برای این دستگاه‌ها مناسب است و قابلیت اطمینان این اتصالات بسیار خوب است. از آن به بعد روش‌های مونتاژ توسعه یافتند، و به طور کل مشخص شده است که لحیم‌کاری منحصرا قابل اعتماد است. در فرایند لحیم‌کاری کل مونتاژ گرم می‌شود.

توپ‌ های لحیم بسیار با دقت باید کنترل شوند، و وقتی در فرایند لحیم‌کاری گرم می‌شوند، لحیم ذوب می‌شود. کشش سطحی موجب می‌شود که در حین سرد شدن و جامد شدن لحیم ، لیحم ذوب شده بسته را در راستای صحیح از بسته مدار قرار دهد. ترکیب آلیاژ لحیم و دمای لحیم‌کاری به گونه ای انتخاب می‌شود که لیحم کاملا ذوب نشود، اما به صورت نیمه مذاب باشد، که این کار باعث می‌شود که هر توپ جدا از همسایگانش باقی بماند.

همانطور که اکنون بسیاری از محصولات از بسته‌های بی جی ای استاندارد استفاده می‌کنند، روش‌های مونتاژ BGA به خوبی پابرجا هستند و می‌تواند توسط اکثر تولیدکنندگان به سهولت قابل قبول باشد. بر این اساس هیچ نگرانی در مورد استفاده از دستگاه‌های بی جی ای در طراحی وجود ندارد.

نحوه چک کردن BGA

یکی از مشکلات در ارتباط با دستگاه‌های BGA این است که امکان مشاهده اتصالات لحیم‌کاری شده با روش‌های چشمی وجود ندارد. در نتیجه وقتی BGA برای اولین بار معرفی شد در فناوری شک و تردید وجود داشت.و بسیاری از سازندگان آزمون‌های زیادی انجام دادند تا مطمئن شوند که آنها می‌توانند دستگاه‌ها را با اطمینان لحیم‌کاری کنند. با بررسی عملکرد الکتریکی، اتصالات نمی‌ توانند به طور کامل آزمایش شوند.

تنها روش رضایت‌بخش برای بازرسی، استفاده از اشعه X است به طوری که با این روش بازرسی می‌توان قسمت زیرین اتصالات لحیم‌کاری شده را در کل دستگاه مشاهده کرد. مشخص شده است که اگر پروفایل گرمایی برای دستگاه لحیم به طرز صحیح تنظیم شده باشد، دستگاه‌های BGA به خوبی لحیم می‌شوند و مشکلات کمی بوجود می‌آید، بنابراین مونتاژ BGA برای بسیاری از کاربردها امکان‌پذیر است.

تعمیر بی جی ای

بعد از حذف، می‌توان از یک بی جی ای جدید استفاده کرد. گاهی اوقات ممکن است بتوان BGA را مجددا نوسازی و یا تعمیر کرد. تعمیر BGA در صورتی که تراشه گرا‌‌ن‌قیمت بوده و به عنوان یک دستگاه کاری مطرح باشد که ناگهانی حذف شده است ، ممکن است یک کار جذاب باشد.

برای تعمیر BGA لازم است توپ‌های لحیم در روند شناخته شده به عنوان توپ‌گذاری مجدد ، جایگزین شود. این تعمیر بی جی ای می‌تواند با استفاده از برخی توپ‌های لحیم آماده که برای این منظور تولید و لحیم شده‌اند انجام شود. مراکز زیادی وجود دارند که با استفاده از تجهیزات تخصصی ، توپ‌ گذاری مجدد بی جی ای را انجام می‌دهند.

منبع : پایتخت فناوری