BGA Montajı

BGA montajı nedir?

BGA (Ball Grid Array), yüksek yoğunluklu devreler için tasarlanmış bir entegre devre paketidir. Temel özelliği, paketin alt kısmında yer alan küçük lehim toplarından oluşan ızgara şeklindeki düzendir. Bu lehim topları, geleneksel paketlerin pinlerinin yerine geçer ve chip ile PCB arasında elektriksel köprü görevini görür, sinyal iletiminden ve güç sağlama görevlerinden sorumludur ve aynı zamanda önemli bir mekanik bağlantıdır. Pim tabanlı ya da konvansiyonel yüzey montajlı paketlere göre, BGA'lar sınırlı bir alanda yüzlerce hatta binlerce bağlantı noktası sağlayabilir. Bu yüzden yüksek frekanslı işlemciler, bellek yongaları ve çok yüksek hız, güç, ısı dağıtımı ve elektriksel performans gerektiren diğer uygulamalarda yaygın olarak kullanılır.

BGA montajı, BGA yongalarını, alt yüzeylerindeki lehim topları vasıtasıyla, otomatik bir lehimleme süreciyle PCB'ye hassas bir şekilde bağlamayı içerir. Lehim topları doğrudan PCB üzerindeki ilgili yastıklara bağlandığından, geleneksel pimlerin bükülme yapısı ortadan kaldırılır. Bu durum, sinyal yolunu kısaltarak gürültüyü azaltmakla kalmaz, aynı zamanda kompakt bir tasarım sayesinde termal direnci düşürerek ısı dağıtım verimliliğini artırır.

Geleneksel SMD ambalajlamadan farklı olarak BGA montajı, yüksek hassasiyetli yerleştirme makineleri ve reflü fırınlar gibi tamamen otomatik ekipmanlara dayanır. Lehim macunu baskısından nihai incelemeye kadar süreçte sıkı tolerans kontrolleri gereklidir. Bu, yüksek yoğunluktaki bağlantılara uyum sağlamak ve yüksek güvenilirliği garanti altına almak için zorunludur. Sonuç olarak, BGA montajı, yüksek hızlı işlemeye ve yüksek güç çıkışına ihtiyaç duyulan elektronik cihazlarda geleneksel ambalajlamaya karşı üstünlükler sunar.

BGA Montajının Temel Avantajları

Farklı yapılardaki kablo demetleri, farklı senaryolara uygunluk gösterir çünkü her biri farklı karakteristik özelliklere sahiptir:

• Şerit Kablolar: Bu kablolar, bir demet halinde düzenlenmiş çok sayıda paralel iletken içerir. Avantajları arasında alan tasarrufu sağlama ve kablo bağlantıyı kolaylaştırma yer alır. Genellikle sınırlı alanın olduğu, örneğin bilgisayarların iç kısmında ve paralel olarak birden fazla hat iletimi gerektiren uygulamalarda kullanılır.
  
• Koaksiyel Kablolar: Bu kablolar, içecek bir merkezi iletkenle başlayan, bunun çevresini saran bir yalıtım katmanı, bir zırh katmanı ve dış kılıf ile "iç içe daireler" şeklinde bir yapı oluşturur. Bu tasarım, yüksek frekanslı sinyal iletimi ve gürültüye karşı direnç açısından oldukça etkilidir. Bu yüzden iletişim ağlarında, radyo frekansı cihazlarında ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılır.
  
• Çok İletkenli Kablo: Bu kablolar, bağımsız olarak izole edilmiş birden fazla iletken seti içermektedir ve aynı anda birden fazla sinyali iletebilir. Ses sistemlerindeki ses iletiminden, endüstriyel kontrol sistemlerindeki çok kanallı sinyal alışverişine kadar çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır.
  
• Karma Kablo Tesisatları: Bu kablolar, çeşitli kabloların, konnektörlerin ve bağlantı elemanlarının bir kombinasyonundan oluşur ve karmaşık bir yapıya sahiptir. Otomotiv ve havacılık gibi birçok devre bağlantısı gerektiren ve zorlu ortamlarda yüksek güvenilirliği koruyabilen uygulamalar için uygundur.

BGA Montaj Süreci Adımları

1. PCB Tasarımı ve Lehim Macunu Hazırlığı

Öncelikle PCB'nin BGA lehimleme alanında eşleşen yastıklar tasarlanır. Daha sonra, lehim ve akıcıdan oluşan bir lehim macunu bir stencil kullanılarak yastıklara eşit şekilde uygulanır. Kullanılan lehim macununun miktarı doğrudan lehim birleşimlerinin kalitesini etkiler ve bu nedenle dikkatle kontrol edilmelidir.

2. Hassas Yerleştirme

Yüksek hızlı otomatik yerleştirme makinesi, çip ve PCB üzerindeki konumlandırma işaretlerini belirlemek için yüksek çözünürlüklü kamera kullanır. BGA çipini aldıktan sonra, her bir lehim topunun ilgili yastıkla hizalanmasını sağlayarak lehim kreminin üzerine yerleştirilir. Bu adım yaygın olarak "Pick-and-Place" olarak bilinir.

3. Reflow Lehimleme

Monte edilmiş PCB, refloyun fırına sokulur. Sıcaklık arttıkça lehim kreması yavaş yavaş eriyerek BGA'nın alt kısmındaki lehim toplarıyla kaynaşır. Soğutma işleminden sonra güçlü bir lehim bağlantısı oluşur ve elektriksel iletim ve mekanik bağlantı tamamlanır.

4. Denetim ve Test

BGA lehim bağlantıları çipin altında gizli olduğu için doğrudan gözlemlenememektedir. Bu nedenle kısa devre, hava kabarcığı ve soğuk lehim bağlantılarını kontrol etmek amacıyla X-ray cihazları ile muayene edilmelidir. Ayrıca bağlantı güvenilirliğini sağlamak amacıyla elektriksel performans testi de yapılır.

BGA lehimleme güvenilirliği nasıl sağlanır?

BGA montajı, çok yüksek süreç hassasiyeti gerektirir ve birden fazla aşamada sıkı kontrol uygulanmasını gerekli kılar:

• PCB tasarımı: Lehim lekesi boyutu, aralıklar ve yönlendirme BGA özelliklerine uygun olmalıdır. Büyük lokal sıcaklık farklarından kaçınmak için aynı zamanda ısı dağılımı da göz önünde bulundurulmalıdır.
  
• Lehim macunu ve kalıp: Uygun lehim macunu türünü seçmek ve kalıp açıklık hassasiyetini yüksek tutarak lehim macununun eşit şekilde basılmasını sağlamak; fazla uygulama sonucu kısa devre ya da eksik uygulama nedeniyle soğuk lehim birleşimlerini önlemek için.
  
• Reflow profili: Lehim macunu özelliklerine ve yonga ısı direncine göre hassas ısıtma, bekletme ve soğutma parametrelerinin ayarlanması; uygun olmayan sıcaklıklar nedeniyle lehim birleşimi hatalarını önlemek için.
  
• Müfettiş yöntemleri: Saklı lehim hatalarını belirlemek için X-ray cihazları kullanılır ve gerekirse lehim birleşimlerinin dayanıklılığını doğrulamak için kesit analizi gibi yöntemler uygulanabilir.
  
• Çevre kontrolü: Montaj atölyesi tozdan arındırılmış olmalı, lehim macunu performansını ve lehim kalitesini etkileyebilecek sıcaklık ve nem gibi dış faktörlerden korunmalıdır.
  
• Profesyonel tedarikçiler: Tecrübeli üreticiler, standartlaştırılmış süreçler ve süreç optimizasyonu sayesinde montaj risklerini azaltabilir.
  

Lehim Birleşimi Kalite Kontrol Yöntemleri

• Görme Kontrolü: Sadece kenarlardaki küçük, açıkta kalan lehim birleşimlerinde uygulanabilir. Açık lehim birleşimi eksiklikleri ve deformasyonlar tespit edilebilir, ancak kritik alanları kapsayamaz.
  
• X-Işını Kontrolü: BGA lehim birleşimi kontrolünün temel yöntemidir. X-ışınları çipin altındaki lehim birleşimlerini net bir şekilde görüntüleyebilir. Köprüleme, boşluklar ve soğuk lehim gibi gizli hataları doğru şekilde tespit edebilir ve tüm lehim birleşimlerinin standartlara uygunluğunu sağlar.

LHD'nin Profesyonel BGA Montaj Hizmetleri

BGA montajı, elektronik üretimde son derece yüksek hassasiyet ve deneyim gerektiren, ekipman performansından süreç detaylarına kadar titiz dikkat isteyen teknik bir süreçtir. Profesyonel bir hizmet sağlayıcı olarak, LHD mühendislik değerlendirmesinden parça teminine, stencil üretimi, SMT yerleştirme, lehim kontrolü ve son ürün testlerine kadar tek bir çatı altında hizmet sunmaktadır. Karmaşık, yüksek pin sayısına sahip BGA'lar ya da özel soğutma ya da sinyal iletimi gereksinimleri olan uygulamalar söz konusu olduğunda, LHD'nin standart süreçleri ve özelleştirilmiş uzmanlığı, her bir çipin PCB'ye stabil, güvenilir ve uzun ömürlü bir bağlantı oluşturmasını sağlayarak elektronik cihazların yüksek performanslı çalışması için sağlam bir temel atmaktadır.