المجموعات

صفيف شبكة الكرة ، BGA

صفيف شبكة الكرة ، BGA

أصبحت Ball Grid Array شائعة بشكل متزايد في الدوائر المتكاملة SMD التي تتطلب اتصالات عالية الكثافة. باستخدام الجانب السفلي من حزمة IC بدلاً من التوصيلات حول الحافة ، يتيح ذلك تقليل كثافة الاتصال ، مما يبسط تخطيط PCB.

تكمن المشكلة الرئيسية في استخدام حزم SMD BGA IC في أن استخدام الجانب السفلي من الشريحة يعني أن الوصول المباشر إلى الاتصالات غير ممكن ، مما يجعل اللحام وفك اللحام والفحص أكثر صعوبة. ومع ذلك ، مع معدات إنتاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور الرئيسية ، من السهل التغلب على هذه المشكلات ويمكن تحسين الموثوقية والأداء بشكل عام.

الأساس المنطقي لاستخدام BGA

هناك سبب منطقي لإدخال واستخدام مصفوفة شبكة الكرة ، BGA واضح تمامًا حيث كانت هناك مشكلات مع التقنيات الأخرى. تحتوي الحزم التقليدية ذات العبوات الرباعية المسطحة على دبابيس رفيعة جدًا ومتقاربة جدًا. هذا التكوين يؤدي إلى عدد من الصعوبات.

  • ضرر: تعتبر المسامير الموجودة على QFP رقيقة جدًا بشكل طبيعي ويعني تباعدها أن موضعها يحتاج إلى التحكم عن كثب. أي سوء تعامل يمكن أن يؤدي إلى تهجيرهم وعندما يحدث ذلك يكاد يكون من المستحيل استعادتهم. تميل الدوائر المتكاملة التي تستخدم عددًا كبيرًا من الدبوس إلى أن تكون باهظة الثمن ، لذلك يمكن أن تصبح مشكلة كبيرة.
  • كثافة الدبوس: من وجهة نظر التصميم ، كانت كثافة الدبوس من النوع الذي أثبت أيضًا أن إبعاد المسارات عن IC يمثل مشكلة حيث قد يكون هناك ازدحام في بعض المناطق.
  • عملية اللحام نظرًا للتباعد الشديد بين دبابيس QFP ، يلزم التحكم الدقيق جدًا في عملية اللحام وإلا يمكن توصيل جهات الاتصال بسهولة.

تم تطوير حزمة BGA للتغلب على هذه المشاكل ، وتحسين الموثوقية من الوصلات الملحومة. نتيجة لذلك ، يتم استخدام BGA على نطاق واسع وتم تطوير العمليات والمعدات للتغلب على مشاكل استخدامها.

يهدف Ball Grid Array BGA

تم تطوير Ball Grid Array لتوفير عدد من الفوائد لمصنعي المعدات IC وكذلك لتوفير مزايا للمستخدمين النهائيين للمعدات. تتضمن بعض مزايا BGA على التقنيات الأخرى ما يلي:

  • الاستخدام الفعال لمساحة لوحة الدوائر المطبوعة ، مما يسمح بإجراء الاتصالات في إطار حزمة SMD وليس فقط حول محيطها
  • تحسينات في الأداء الحراري والكهربائي. يمكن أن توفر حزم BGA طائرات طاقة وأرضية من أجل المحاثة المنخفضة وتتبع المعاوقة المتحكم بها للإشارات بالإضافة إلى القدرة على توجيه الحرارة بعيدًا عبر الوسادات ، إلخ.
  • تحسينات في عوائد التصنيع نتيجة لتحسين اللحام. تسمح BGAs بمسافات واسعة بين التوصيلات بالإضافة إلى مستوى أفضل من قابلية اللحام.
  • سمك الحزمة المنخفض والذي يعد ميزة كبيرة عندما تحتاج العديد من التجميعات إلى أن تكون أرق بكثير ، على سبيل المثال الهواتف المحمولة ، إلخ.
  • إعادة تشغيل محسّنة ناتجة عن أحجام أكبر للوسادة ، إلخ

هذه المزايا تعني أنه على الرغم من الشكوك الأولية حول الحزمة ، إلا أنها توفر بعض التحسينات المفيدة في العديد من الظروف ..

ما هي باقة BGA؟

يستخدم Ball Grid Array ، BGA ، نهجًا مختلفًا للوصلات لتلك المستخدمة في اتصالات التثبيت السطحية الأكثر تقليدية. الحزم الأخرى مثل الحزمة المسطحة الرباعية ، QFP ، استخدمت جوانب الحزمة للتوصيلات. هذا يعني أن هناك مساحة محدودة للمسامير التي يجب أن تكون متقاربة للغاية وتصبح أصغر بكثير لتوفير المستوى المطلوب من الاتصال. تستخدم Ball Grid Array ، BGA ، الجانب السفلي من الحزمة ، حيث توجد مساحة كبيرة للاتصالات.

يتم وضع المسامير في نمط شبكي (ومن هنا جاء اسم Ball Grid Array) على السطح السفلي لحامل الرقاقة. أيضًا بدلاً من وجود دبابيس لتوفير الاتصال ، يتم استخدام وسادات بها كرات من اللحام كطريقة للاتصال. على لوحة الدوائر المطبوعة ، PCB ، التي سيتم تركيب جهاز BGA عليها ، توجد مجموعة مطابقة من الوسادات النحاسية لتوفير الاتصال المطلوب.

بصرف النظر عن التحسن في الاتصال ، تتمتع BGAs بمزايا أخرى. إنها توفر مقاومة حرارية أقل بين شريحة السيليكون نفسها من الأجهزة الرباعية المسطحة. يسمح هذا للحرارة المتولدة عن الدائرة المتكاملة داخل العبوة بأن يتم إخراجها من الجهاز إلى PCB بشكل أسرع وأكثر فعالية. وبهذه الطريقة يمكن لأجهزة BGA توليد مزيد من الحرارة دون الحاجة إلى تدابير تبريد خاصة.

بالإضافة إلى ذلك ، حقيقة أن الموصلات على الجانب السفلي من حامل الرقاقة تعني أن الخيوط داخل الشريحة أقصر. وفقًا لذلك ، تكون مستويات الحث غير المرغوب فيها أقل ، وبهذه الطريقة ، تستطيع أجهزة Ball Grid Array تقديم مستوى أعلى من الأداء من نظيراتها من QFP.

أنواع حزم BGA

من أجل تلبية مجموعة متنوعة من المتطلبات لأنواع مختلفة من التجميع والمعدات ، تم تطوير عدد من متغيرات BGA.

  • MAPBGA - مصفوفة شبكة الكرة للصفيف المقولب: تهدف حزمة BGA هذه إلى الأجهزة منخفضة الأداء إلى متوسطة الأداء التي تتطلب تغليفًا مع محاثة منخفضة ، وسهولة التركيب على السطح. يوفر خيارًا منخفض التكلفة مع مساحة صغيرة ومستوى عالٍ من الموثوقية.
  • PBGA - صفيف شبكة الكرة البلاستيكية: حزمة BGA هذه مخصصة للأجهزة ذات الأداء المتوسط ​​والعالي التي تتطلب محاثة منخفضة ، وسهولة في التركيب على السطح ، وتكلفة منخفضة نسبيًا ، مع الحفاظ أيضًا على مستويات عالية من الموثوقية. يحتوي على بعض الطبقات النحاسية الإضافية في الركيزة التي تتيح معالجة زيادة مستويات تبديد الطاقة.
  • TEPBGA - مصفوفة شبكة الكرة البلاستيكية المحسنة حرارياً: توفر هذه الحزمة مستويات أعلى بكثير من تبديد الحرارة. إنها تستخدم طائرات نحاسية سميكة في الركيزة لسحب الحرارة من القالب إلى لوحة العملاء.
  • TBGA - صفيف شبكة الكرة الشريطية: تعد حزمة BGA هذه حلاً متوسطًا إلى متطورًا للتطبيقات التي تحتاج إلى أداء حراري عالي بدون مبدد حراري خارجي.
  • PoP - الحزمة على العبوة: يمكن استخدام هذه الحزمة في التطبيقات التي تكون فيها المساحة مقابل قسط حقيقي. يسمح بتكديس حزمة ذاكرة أعلى الجهاز الأساسي.
  • MicroBGA: كما يشير الاسم ، فإن هذا النوع من حزم BGA أصغر من حزمة BGA القياسية. هناك ثلاث ملاعب سائدة في الصناعة: 0.65 و 0.75 و 0.8 ملم.

تجميع بغا

عندما تم تقديم BGAs لأول مرة ، كان تجميع BGA أحد الاهتمامات الرئيسية. مع عدم إمكانية الوصول إلى الوسادات بالطريقة العادية ، فإن تجميع BGA سيصل إلى المعايير التي يمكن تحقيقها بواسطة حزم SMT التقليدية. في الواقع ، على الرغم من أن اللحام قد يبدو مشكلة بالنسبة لجهاز Ball Grid Array ، BGA ، فقد وجد أن طرق إعادة التدفق القياسية كانت مناسبة جدًا لهذه الأجهزة وكانت موثوقية الوصلات جيدة جدًا. منذ ذلك الحين تحسنت طرق تجميع BGA ، ووجد بشكل عام أن لحام BGA موثوق به بشكل خاص.

في عملية اللحام ، يتم بعد ذلك تسخين التجميع الكلي. تحتوي كرات اللحام على كمية من اللحام يتم التحكم فيها بعناية شديدة ، وعند تسخينها في عملية اللحام ، يذوب اللحام. يتسبب التوتر السطحي في أن يثبت اللحام المنصهر العبوة في المحاذاة الصحيحة مع لوحة الدائرة ، بينما يبرد اللحام ويتصلب. يتم اختيار تركيبة سبيكة اللحام ودرجة حرارة اللحام بعناية بحيث لا يذوب اللحام تمامًا ، ولكنه يظل شبه سائل ، مما يسمح لكل كرة بالبقاء منفصلة عن جيرانها.

نظرًا لأن العديد من المنتجات تستخدم الآن حزم BGA كمعيار ، أصبحت طرق تجميع BGA راسخة الآن ويمكن استيعابها من قبل معظم الشركات المصنعة بسهولة. وفقًا لذلك ، لا ينبغي أن تكون هناك مخاوف بشأن استخدام أجهزة BGA في التصميم.

صفيف شبكة الكرة ، BGA ، التفتيش

تتمثل إحدى مشكلات أجهزة BGA في أنه لا يمكن عرض التوصيلات الملحومة باستخدام الطرق البصرية. نتيجة لذلك ، كان هناك بعض الشكوك حول التكنولوجيا عندما تم تقديمها لأول مرة وأجرى العديد من الشركات المصنعة اختبارات للتأكد من أنها كانت قادرة على لحام الأجهزة بشكل مرض. تتمثل المشكلة الرئيسية في أجهزة صفيف الكرة الشبكية في أنه يجب تطبيق حرارة كافية لضمان ذوبان جميع الكرات الموجودة في الشبكة بشكل كافٍ بحيث يتم تصنيع كل مفصل بشكل مرض.

لا يمكن اختبار الوصلات بشكل كامل عن طريق فحص الأداء الكهربائي. من الممكن ألا يتم عمل المفصل بشكل كافٍ وأنه سيفشل بمرور الوقت. الوسيلة الوحيدة المرضية للفحص هي استخدام الفحص بالأشعة السينية لأن وسيلة الفحص هذه قادرة على النظر من خلال الجهاز في المفصل الملحوم تحته. وجد أنه بمجرد إعداد ملف تعريف الحرارة لآلة اللحام بشكل صحيح ، فإن BGA يتم لحام الأجهزة بشكل جيد للغاية ويتم مواجهة بعض المشكلات ، مما يجعل تجميع BGA ممكنًا لمعظم التطبيقات.

مصفوفة شبكة الكرة ، إعادة صياغة BGA

كما هو متوقع ، ليس من السهل إعادة عمل اللوحات التي تحتوي على BGAs ما لم تكن المعدات الصحيحة متوفرة. إذا تم الاشتباه في وجود خلل في BGA ، فمن الممكن إزالة الجهاز. يتم تحقيق ذلك عن طريق تسخين الجهاز محليًا لإذابة اللحام تحته.

في عملية إعادة صياغة BGA ، غالبًا ما تتم إزالة التسخين في محطة إعادة العمل المتخصصة. يشتمل هذا على أداة تثبيت مزودة بسخان يعمل بالأشعة تحت الحمراء ومزدوجة حرارية لمراقبة درجة الحرارة وجهاز تفريغ لرفع العبوة. يلزم عناية كبيرة لضمان تسخين BGA وإزالته فقط. يجب أن تتأثر الأجهزة الأخرى القريبة بأقل قدر ممكن وإلا فقد تتضرر.

إصلاح BGA / إعادة تشكيل BGA

بمجرد إزالته ، يمكن استبدال BGA بآخر جديد. قد يكون من الممكن في بعض الأحيان تجديد أو إصلاح BGA الذي تمت إزالته. قد يكون إصلاح BGA هذا اقتراحًا جذابًا إذا كانت الشريحة باهظة الثمن ومن المعروف أنها جهاز يعمل بمجرد إزالتها. قم بإصلاح BGA الذي يحتاجه لاستبدال كرات اللحام في عملية تعرف باسم reballing. يمكن إجراء إصلاح BGA باستخدام بعض كرات اللحام الصغيرة الجاهزة التي يتم تصنيعها وبيعها لهذا الغرض.

هناك العديد من المنظمات التي تم إنشاؤها بمعدات متخصصة للقيام بإعادة إعادة ربط BGA.

أصبحت تقنية مجموعة الشبكة الكروية BGA راسخة. على الرغم من أنه قد يبدو أنه ستكون هناك مشكلات تتعلق بعدم الوصول إلى جهات الاتصال ، فقد تم العثور على طرق مناسبة للتغلب عليها. تم تحسين تصميم لوحة PCB وموثوقية اللوحة نظرًا لانخفاض كثافة المسار والمسمار ، وبالإضافة إلى هذا اللحام أصبح أكثر موثوقية وتم تحسين تقنيات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء لتمكين اللحام الموثوق به. وبالمثل ، يمكن لفحص اللوحات باستخدام BGAs استخدام فحص الأشعة السينية ، AXI ، بالإضافة إلى تطوير تقنيات إعادة العمل هذه. ونتيجة لذلك ، أدى استخدام تقنية BGA إلى تحسن شامل في الجودة والموثوقية.


شاهد الفيديو: اجمل 3 اهداف احمد راضي. الآۆل جنوني (شهر اكتوبر 2021).