مونتاژ BGA

مونتاژ BGA چیست؟

BGA (آرایه گلوله‌ای شبکه‌ای) یک بسته‌بندی مدار مجتمع است که برای مدارهای با چگالی بالا طراحی شده است. ویژگی اصلی آن الگوی شبکه‌ای از گلوله‌های لحیم کوچک است که در پایین بسته‌بندی قرار گرفته‌اند. این گلوله‌های لحیم جایگزین پین‌های بسته‌بندی‌های سنتی شده‌اند و نقش پل الکتریکی بین تراشه و برد مدار چاپی (PCB) را دارند و مسئول انتقال سیگنال‌ها و تامین برق هستند و همچنین به عنوان یک اتصال مکانیکی کلیدی عمل می‌کنند. در مقایسه با بسته‌بندی‌های مبتنی بر پین یا بسته‌بندی‌های نصب سطحی معمول، BGAها قادرند صدها یا حتی هزاران نقطه اتصال را در یک فضای محدود فراهم کنند. بنابراین، این بسته‌بندی‌ها به طور گسترده در پردازنده‌های با فرکانس بالا، تراشه‌های حافظه و دیگر کاربردهایی که نیاز به سرعت، توان، دفع گرما و عملکرد الکتریکی بسیار بالایی دارند، استفاده می‌شوند.

در مونتاژ BGA، این تراشه‌های BGA با گلوله‌های لحیم در پایین به صورت دقیق روی یک برد مدار چاپی (PCB) از طریق فرآیند لحیم‌کاری خودکار قرار داده می‌شوند. از آنجایی که گلوله‌های لحیم به طور مستقیم به پدهای مربوطه روی برد مدار متصل می‌شوند، ساختار خم‌کردنی پین‌های سنتی حذف می‌گردد. این امر نه تنها مسیر سیگنال را کوتاه می‌کند و تداخل را کاهش می‌دهد، بلکه مقاومت حرکتی را نیز کاهش داده و از طریق طراحی فشرده، کارایی دفع گرما را بهبود می‌بخشد.

برخلاف بسته‌بندی SMD سنتی، مونتاژ BGA کاملاً به تجهیزات خودکار مانند دستگاه‌های قراردهی با دقت بالا و کوره‌های رفلاو اتوماتیک متکی است. از مرحله چاپ خمیر لحیم تا بازرسی نهایی، کنترل دقیق مورد نیاز است. این موضوع برای مقابله با اتصالات با دانسیته بالا ضروری است و در تضمین قابلیت اطمینان بالا بسیار مهم است. در نتیجه، مونتاژ BGA در دستگاه‌های الکترونیکی که به پردازش سریع و خروجی توان بالا نیاز دارند، نسبت به بسته‌بندی سنتی مزایایی را نشان می‌دهد.

مزایای کلیدی مونتاژ BGA

Montazhehay kabl ba sakhtarehaye mokhtalef, be dalele takhassoshehaye shan va zaminehay karbordi mokhtalef manaseb hastand:

• Kablahaye Namatey: In kablan az chand resane moren be ham parallel tashkil shodeand, manandeye dasteh kablhaye moratab. Mazyaye shan shamel jahatgahri va sadeh sazi dar avayereh ast. In kablan dar karbordhayi ke fasele mahdud ast, mesle daroon kompyuterha va jaee ke niazmand be ersale chand khat be shakl parallel hastim, be kar migirand.
  
• Kablahaye Hammarkaz: In kablan daraye yek resane markazi be shakl haste hastand, ke ta vasileye yek laye izolasiyon, yek laye sheilding va yek poshesh be shakli tashkil shodeand ke manand be "dayerehay hammarkaz" ast. In tarhe, gozashegi mofavvaghe dar amareh signalhaye motavasset va moghavemat dar barabar vaghzesh ra feraham midehad, ke baes mishavad ke in kablan dar shabakehaye etesalat, mosaghat haye radioyi va digar nohehay karbordi gharar girand.
  
• کابل‌های چند هادی: این کابل‌ها دارای چند مجموعه هادی با عایول برجسته هستند و قادر به انتقال همزمان چند سیگنال می‌باشند. این کابل‌ها در کاربردهایی از جمله انتقال صدا در سیستم‌های صوتی تا تبادل سیگنال چند کاناله در سیستم‌های کنترل صنعتی استفاده می‌شوند.
  
• هارنس‌های سیم‌کشی پیچیده: این کابل‌ها از ترکیبی از کابل‌ها، اتصال‌دهنده‌ها و قطعات نگهدارنده تشکیل شده‌اند و ساختاری پیچیده دارند. این کابل‌ها برای کاربردهایی مانند خودرو و هوانوردی که نیازمند تعداد زیادی اتصال مداری هستند مناسب بوده و می‌توانند در محیط‌های سخت‌گیرانه قابلیت اطمینان بالایی حفظ کنند.

مراحل فرآیند مونتاژ BGA

1. طراحی برد مداری و آماده‌سازی خمیر لحیم

ابتدا در ناحیه لحیم‌کاری BGA روی برد مداری پدهای مربوطه طراحی می‌شوند. سپس با استفاده از یک الک، خمیر لحیمی که از ترکیب فلز لحیم و جریان‌بر می‌باشد به صورت یکنواخت روی این پدها اعمال می‌گردد. مقدار خمیر لحیم مصرفی به طور مستقیم بر کیفیت اتصالات لحیم تأثیر می‌گذارد و باید به دقت کنترل شود.

2. قرارگیری دقیق

دستگاه قراردهی خودکار با سرعت بالا با استفاده از یک دوربین با وضوح بالا، علامت‌های موقعیت‌یابی روی تراشه و برد مدار چاپی (PCB) را شناسایی می‌کند. پس از برداشتن تراشه BGA، آن را به‌دقت روی خمیر لحیم چاپ‌شده قرار می‌دهد و اطمینان حاصل می‌کند که هر گلوله لحیم به‌درستی با پد مربوطه تطبیق یافته است. این مرحله به‌طور عمومی به نام "Pick-and-Place" شناخته می‌شود.

۳. لحیم‌کاری با دما بالا (Reflow Soldering)

برد مدار چاپی (PCB) مونتاژ‌شده درون کوره لحیم‌کاری قرار داده می‌شود. با افزایش دما، خمیر لحیم تدریجاً ذوب شده و با گلوله‌های لحیم موجود در پایین تراشه BGA ادغام می‌گردد. پس از خنک‌شدن، اتصال لحیم قوی‌ای تشکیل می‌شود که اتصال الکتریکی و مکانیکی را کامل می‌کند.

۴. بازرسی و تست

از آنجایی که اتصالات لحیم BGA در پایین تراشه پنهان هستند و قابل مشاهده نیستند، باید با استفاده از تجهیزات اشعه ایکس (X-ray) مورد بازرسی قرار گیرند تا اتصال کوتاه، حفره‌های هوا و اتصالات سرد لحیم‌کاری شناسایی شوند. همچنین تست عملکرد الکتریکی نیز انجام می‌شود تا اطمینان حاصل گردد که اتصالات به‌درستی کار می‌کنند.

چگونه می‌توان اطمینان حاصل کرد که لحیم‌کاری BGA مطمئن است؟

نیازمندیهای بسیار دقیق فرآیند در مونتاژ BGA وجود دارد که کنترل دقیق در چندین مرحله را الزامی می‌کند:

• طراحی PCB: اندازه پد، فاصله بین پدها و مسیربندی باید با مشخصات BGA مطابقت داشته باشد. همچنین باید انتقال حرارت را در نظر گرفت تا ایجاد تفاوت دمایی زیاد در مناطق مختلف اجتناب شود.
  
• خمیر لحیم و استنسل: نوع مناسب خمیر لحیم باید انتخاب شود و دقت بالایی در بازشوی استنسل تضمین گردد تا چاپ خمیر لحیم یکنواخت باشد و اتصال کوتاه ناشی از اعمال بیش از حد یا اتصال سرد ناشی از اعمال کم خمیر لحیم اتفاق نیفتد.
  
• پروفایل ریفلاو: باید پارامترهای گرمایش، استراحت و خنک‌کنندگی با توجه به خصوصیات خمیر لحیم و مقاومت حرارتی تراشه تنظیم شوند تا از نقص‌های ایجاد شده در اتصالات لحیم‌کاری به دلیل دمای نامناسب جلوگیری شود.
  
• روش‌های بازرسی: از تجهیزات ایکس‌ری برای شناسایی مشکلات پنهان در اتصالات لحیم‌کاری و در صورت لزوم از روش‌هایی مانند تحلیل مقاطع عرضی برای اطمینان از استحکام اتصالات استفاده می‌شود.
  
• کنترل محیطی: کارگاه مونتاژ باید تمیز باشد و دمای و رطوبت ثابت داشته باشد تا از ورود گرد و غبار و رطوبت به داخل سطح اسکریپت و کیفیت لحیم کاری جلوگیری شود.
  
• تامین کنندگان حرفه ای: تولید کنندگان با تجربه می توانند از طریق فرآیندهای استاندارد و بهینه سازی فرآیند، ریسک های مونتاژ را کاهش دهند.
  

روش های بازرسی کیفیت اتصالات لحیم کاری

• بازرسی دیداری: فقط برای اتصالات لحیم کاری کوچک و در معرض دید در لبه ها قابل اجرا است. این روش می تواند مشکلات واضحی مانند اتصالات لحیم کاری از دست رفته و تغییر شکل را تشخیص دهد، اما قادر به پوشش از دسته اصلی نیست.
  
• بازرسی با اشعه ایکس: این روش روش اصلی برای بازرسی اتصالات لحیم کاری BGA است. اشعه ایکس از تراشه عبور می کند و اتصالات لحیم کاری پشت آن را به خوبی نشان می دهد. این روش می تواند نقص های پنهانی مانند اتصالات اضافی، حفره ها و اتصالات سرد را به دقت شناسایی کند و اطمینان حاصل کند که تمام اتصالات لحیم کاری استانداردهای لازم را دارند.

خدمات حرفه‌ای مونتاژ BGA شرکت PCBally

مونتاژ BGA فرآیندی تکنیکی در تولید الکترونیک است که نیازمند دقت بسیار بالا و تجربه فراوان است و از نظر جزئیات، از عملکرد تجهیزات تا فرآیندهای اجرایی، نیاز به توجه ویژه دارد. به عنوان یک ارائه‌دهنده حرفه‌ای خدمات، PCBally خدمات یکپارچه‌ای را ارائه می‌دهد که از ارزیابی مهندسی و تهیه قطعات، ساخت قهوه‌زنی، قرار دادن در محل (SMT)، بازرسی لحیم‌کاری تا آزمایش محصول نهایی را شامل می‌شود. چه در مورد BGAهای پیچیده با تعداد زیاد پین و چه در شرایطی با نیازهای خاص در انتقال گرما یا انتقال سیگنال، فرآیندهای استاندارد و تخصص سفارشی‌سازی شده PCBally تضمین می‌کند که هر تراشه به‌صورت پایدار، قابل اعتماد و با دوام به برد مدار چاپی (PCB) متصل شود و پایه‌ای محکم برای عملکرد با کارایی بالا در دستگاه‌های الکترونیکی فراهم کند.