تسلط بر هنر آرایه های شبکه توپ لحیم کاری

موقعیت بسته بندی نیمه هادی کارآمد و قابل اعتماد را نمی توان در دنیای به سرعت در حال تحول در ساخت دستگاه های الکترونیکی بیش از حد بیش از حد کرد.فناوری Array Grid (BGA) به عنوان یک راه حل ایده آل برای برآورده کردن خواسته های رو به رشد الکترونیک مدرن برای عملکرد بالاتر و مینیاتوری شدن ظاهر می شود.این مقاله به جزئیات پیچیده فناوری BGA ، بررسی اجزای نهایی ، فرآیندها و چالش های فنی که در بسته بندی نیمه هادی می پردازد ، می پردازد.از ساختار اساسی و مزایای BGA نسبت به سیستم های سنتی مبتنی بر پین مانند چهار بسته مسطح گرفته تا فرآیندهای پیشرفته لحیم کاری ، بازرسی و کار مجدد ، گفتمان یک تحلیل جامع ارائه می دهد.

کاتالوگ

شکل 1: آرایه شبکه توپ

مبانی آرایه های شبکه توپ

آرایه شبکه توپ (BGA) یک راه حل مدرن در بسته بندی نیمه هادی است که برای غلبه بر چالش های روشهای قدیمی تر و مبتنی بر پین مانند بسته چهار مسطح طراحی شده است.BGA به جای استفاده از پین های شکننده ، به مجموعه ای از توپ های کوچک لحیم کاری متکی است.این توپ ها دقیقاً در قسمت زیرین بسته قرار گرفته اند و به منظور اتصال با لنت های مس در یک برد مدار چاپی (PCB) قرار دارند.هنگام گرم شدن ، توپ های لحیم کاری BGA را به صفحه ذوب می کنند و ایمن می کنند و یک اتصال قوی و قابل اعتماد ایجاد می کنند.

قالب BGA چندین مزیت عملی را ارائه می دهد.اول ، این طرح PCB را با کاهش نیاز به اتصال متراکم بسته بندی شده که سیستم های بسته بندی قبلی مورد نیاز هستند ، ساده می کند.این طرح کارآمدتر باعث می شود BGA با دوام تر و از بین برود و بر خلاف پین های ظریف موجود در بسته های قدیمی تر که می توانند به راحتی خم شوند یا به راحتی شکسته شوند ، خطر آسیب را در حین کار کاهش می دهد.

علاوه بر این ، BGA مدیریت گرمای برتر و عملکرد راندمان الکتریکی را ارائه می دهد.اتصال کوتاه و مستقیم بین BGA و PCB به از بین رفتن گرما کمک می کند ، که به حفظ پایداری مدارها تحت استرس حرارتی کمک می کند.همچنین ، مسیرهای الکتریکی کوتاه تر در BGA کاهش سیگنال را کاهش می دهد ، که به ویژه برای دستگاه هایی که در فرکانس های بالا کار می کنند قابل توجه است.این ترکیب از دوام ، اتلاف گرما و راندمان الکتریکی باعث می شود بسته بندی BGA به عنوان یک انتخاب فزاینده محبوب برای دستگاه های الکترونیکی مدرن به عنوان پیچیدگی و تقاضای عملکرد آنها افزایش یابد.

شکل 2: فرآیند لحیم کاری BGA

پیمایش در فرآیند لحیم کاری BGA

روند لحیم کاری یک آرایه شبکه توپ (BGA) در ابتدا به دلیل نگرانی در مورد قابلیت اطمینان آن و دشواری در بازرسی از اتصالات پنهان در زیر مؤلفه مورد سؤال قرار گرفت.با این وجود ، با گذشت زمان ، لحیم کاری BGA به لطف کنترل دقیق در طی فرآیند لحیم کاری ، نسبت به سیستم های قدیمی ، مانند بسته های مسطح چهار ، قابل اعتماد تر است.این قابلیت اطمینان بهبود یافته منجر به استفاده گسترده آن در هر دو تولید در مقیاس بزرگ و مجامع PCB نمونه اولیه کوچکتر شده است.

روش لحیم کاری Reflow در اتصال BGA به یک برد مدار چاپی (PCB) حاکم است.در این فرایند ، کل مونتاژ به دمای خاصی گرم می شود که در آن لحیم کاری زیر BGA در حالت نیمه مایع ذوب می شود.این مرحله با دقت کنترل می شود تا اطمینان حاصل شود که لحیم ساختار خود را حفظ می کند و باعث فروپاشی یا ادغام توپ های لحیم کاری نمی شود.تنظیم دقیق دما جدی است زیرا هرگونه نوسانات می تواند بر کیفیت اتصالات تأثیر بگذارد.

یکی از ویژگی های گسترده فرآیند Reflow روشی است که لحیم مذاب رفتار می کند.تنش سطح طبیعی آن به کشیدن BGA به تراز کامل با لنت های PCB کمک می کند ، حتی اگر این جزء در هنگام قرار دادن کمی خارج از مرکز باشد.این توانایی اصلاح کننده تضمین می کند که هر اتصال به درستی بدون تنظیمات دستی انجام شود.این تکنیک های پیشرفته نه تنها باعث می شود که BGA لحیم کاری بسیار قابل اعتماد بلکه کارآمدتر باشد و به BGA به گزینه ای ارجح در تولید مدار مدرن کمک می کند.

شکل 3: بازرسی مشترک BGA لحیم

چگونه می توان اتصالات لحیم کاری BGA را به طور مؤثر بازرسی کرد؟

بازرسی اتصالات لحیم کاری BGA بخشی اصرار از فرآیند مونتاژ است که با این واقعیت پیچیده است که مفاصل در زیر مؤلفه BGA پنهان شده اند.از آنجا که بازرسی بصری سنتی نمی تواند به این اتصالات پنهان دسترسی پیدا کند ، از تکنیک های بازرسی اشعه ایکس و خودکار (AXI) برای به دست آوردن یک نمای واضح و غیر تهاجمی از اتصالات لحیم استفاده می شود.

بازرسی اشعه ایکس برای بررسی کامل هر مفصل لحیم کاری مفید است.تصویربرداری به تکنسین ها اجازه می دهد تا اطمینان حاصل کنند که تمام توپ های لحیم به درستی ذوب شده و پیوندهای محکمی با PCB ایجاد کرده اند.این مرحله برای شناسایی مشکلاتی مانند اتصالات سرد استفاده می شود ، جایی که لحیم به طور کامل ذوب نشده است ، یا حفره هایی که جیب های هوا هستند که می توانند مفصل را با گذشت زمان تضعیف کنند.

از طریق فناوری اشعه ایکس ، بازرسان می توانند تأیید کنند که مقدار مناسب گرما در طی فرآیند بازتاب اعمال شده و اتصالات لحیم کاری مطابق با استانداردهای دقیق است.این سطح از بررسی تضمین می کند که محصول نهایی قابل اعتماد و قادر به مقاومت در برابر فشارهای عملیاتی است که ممکن است با آن روبرو شود و به حفظ کیفیت تولید بالا کمک می کند.

استراتژی های مؤثر برای کار مجدد BGA در الکترونیک

اصلاح مجدد یک مؤلفه BGA یک کار بسیار دقیق است که نیاز به کنترل دقیق بر روی فرآیند گرمایش دارد.این کار معمولاً در یک ایستگاه تخصصی تخصصی مجهز به ابزارهایی که به طور خاص برای کار طراحی شده اند انجام می شود.گرمایش مادون قرمز موضعی برای هدف قرار دادن BGA بدون گرمای بیش از حد قسمت های اطراف استفاده می شود.هنگامی که لحیم در زیر مؤلفه ذوب می شود ، یک ابزار خلاء با دقت BGA را از تخته بلند می کند.در طول این فرآیند ، گرما باید دقیقاً کنترل شود تا از آسیب رساندن به اجزای مجاور جلوگیری شود و نیاز به تجهیزات پیشرفته اصلاح را برجسته کند.

کار موفقیت آمیز BGA به حفظ تنظیمات دما دقیق و کنترل محیط اطراف مؤلفه بستگی دارد.این امر مانع از تأثیر مدار اطراف در هنگام حذف و جایگزینی یک BGA معیوب می شود.این کار نیاز به درک عمیقی از عملکرد BGAS و کنترل ماهر برای اطمینان از انجام صحیح روند کار دارد.به دلیل این پیچیدگی ها ، بازگرداندن BGA یک عملیات ظریف است که هم به تجهیزات مناسب و هم تکنسین های باتجربه برای حفظ یکپارچگی کل مونتاژ نیاز دارد.

شکل 4: الگوهای زمین BGA PCB

استراتژی های طراحی برای الگوهای زمین BGA PCB

طراحی الگوهای زمین PCB برای BGA برای اطمینان از اتصال صاف و ایمن در حین مونتاژ ، به جزئیات دقیق نیاز دارد.الگوهای زمین باید کاملاً با شبکه BGA هماهنگ باشد و اطمینان حاصل شود که هر توپ لحیم کاری با دقت با پد مربوطه خط می کند.از ویژگی های طراحی کلیدی مانند تسکین ماسک لحیم کاری ، و در برخی موارد ، از لنت های کشف شده توسط ماسک استفاده می شود تا باعث شود لحیم بیشتر جریان یابد و پیوند قوی تری ایجاد کند.پیروی دقیق به استانداردهای IPC برای دستیابی به سطح دقت مورد نظر برای لحیم کاری موفق BGA مفید است.

هر جنبه ای از الگوی زمین باید با دقت برنامه ریزی شود تا الزامات خاص مؤلفه BGA را برآورده سازد.این شامل تنظیم اندازه لنت ها و مدیریت دقیق تحمل های موقعیتی برای اطمینان از هر اتصال بی عیب و نقص است.برنامه ریزی متفکر در مرحله طراحی تضمین می کند که فرآیند لحیم کاری هم کارآمد و هم قابل اعتماد است و به BGA کمک می کند تا ایمن وصل شود و به درستی در مونتاژ PCB کار کند.

شکل 5: چاپ خمیر لحیم کاری BGA

دستیابی به دقت در چاپ خمیر لحیم کاری BGA

استفاده از خمیر لحیم کاری برای مونتاژ BGA به تکنیک های دقیق استنسیل نیاز دارد تا اطمینان حاصل شود که مقادیر کوچک و دقیق خمیر در زیر هر توپ BGA ذخیره می شوند.این فرآیند از استنسیل های برش لیزری استفاده می کند که کاملاً با الگوهای زمین PCB هماهنگ هستند.برای بهبود بیشتر صحت و به حداقل رساندن نقص مانند توپ لحیم کاری ، این استنسیل ها اغلب با نانوذرات تحت درمان قرار می گیرند.سرهای چاپی مینیاتوری سپس میزان خمیر مورد استفاده در هر پد را با دقت کنترل می کنند ، در حالی که سیستم های تأیید نوری بررسی می کنند که خمیر با دقت بالایی قرار می گیرد.

نوع خمیر لحیم کاری مورد استفاده - به طور معمول نوع 3 یا نوع 4 - به ویسکوزیته مورد نظر برای مونتاژ خاص بستگی دارد.انتخاب خمیر به طور مستقیم بر چگونگی شکل گیری اتصالات لحیم در طی فرآیند بازتاب تأثیر می گذارد.از آنجا که این مرحله زمینه را برای استحکام و قابلیت اطمینان اتصالات نهایی فراهم می کند ، فرآیند چاپ رب لحیم کاری بخشی خطرناک از مونتاژ BGA است که برای اطمینان از نتایج با کیفیت بالا ، نیاز به توجه دقیق به جزئیات دارد.

پیچیدگی های لحیم کاری BGA

Soldering BGA مشکلات منحصر به فرد را نشان می دهد زیرا اتصالات لحیم کاری در زیر این مؤلفه پنهان است و بازرسی بصری مستقیم را غیرممکن می کند.برای پرداختن به این موضوع ، از ابزارهای تخصصی مانند دستگاه های اشعه ایکس برای بازرسی از اتصالات استفاده می شود ، در حالی که ایستگاه های بازپرداخت مادون قرمز در صورت لزوم امکان تنظیم مجدد دقیق این مؤلفه را فراهم می کنند.مدیریت فرآیند لحیم کاری همچنین برای جلوگیری از استرس مفاصل لحیم کاری ، نیاز به کنترل دقیق گرما دارد که می تواند منجر به ترک شود.به طور مشابه ، تمام توپ های لحیم کاری باید برای اطمینان از عملکرد مداوم و قابلیت اطمینان طولانی مدت ، همان ارتفاع (کوپلاناریت) را حفظ کنند.

عوامل محیطی مانند پیری و حساسیت رطوبت بیشتر روند را پیچیده می کنند.برای جلوگیری از وخیم شدن اتصالات لحیم کاری به مرور زمان ، این مسائل باید کاملاً کنترل شود.با موفقیت در پیمایش این چالش ها ، نیاز به درک کاملی از تکنیک های لحیم کاری BGA و استفاده از تجهیزات پیشرفته دارد.

انواع مختلف آرایه های شبکه توپ

فناوری Array Grid (BGA) روشی برای نصب مدارهای یکپارچه (IC) بر روی تابلوهای مدار چاپی (PCB) است که باعث بهبود اتصال الکتریکی و اتلاف گرما می شود.برای ایجاد اتصالات ایمن از مجموعه ای از توپ های لحیم کاری در زیر مؤلفه استفاده می کند.

شکل 6: آرایه های شبکه توپ پلاستیکی (PBGA)

BGA های پلاستیکی به دلیل مقرون به صرفه بودن مورد استفاده قرار می گیرند و عملکرد قابل اعتماد را برای اکثر برنامه های استاندارد ارائه می دهند.آنها از یک بستر پلاستیکی با توپ های لحیم کاری متصل به زیر آن تشکیل شده اند.اینها اغلب در الکترونیک مصرفی ، سیستم های خودرو و سایر دستگاه هایی که در شرایط شدید کار نمی کنند ، یافت می شود.طراحی ساده آنها اتصال الکتریکی خوبی و مدیریت گرمای متوسط ​​را ارائه می دهد که برای استفاده روزمره کافی است.

شکل 7: آرایه های شبکه توپ سرامیکی (CBGA)

BGA های سرامیکی از یک بستر سرامیکی استفاده می کنند و باعث می شود که آنها نسبت به BGA های پلاستیکی در برابر گرما و تداخل الکتریکی مقاوم تر شوند.این دوام باعث می شود آنها برای محیط هایی مانند ارتباطات از راه دور ، هوافضا و سرورهای سطح بالا ایده آل شوند.سرامیک عایق عالی را فراهم می کند و می تواند هر دو درجه حرارت بالا و استرس مکانیکی را تحمل کند و از قابلیت اطمینان طولانی مدت دستگاه اطمینان حاصل کند.

شکل 8: نوار BGA (TBGA)

BGA های نوار با یک بستر انعطاف پذیر طراحی شده اند که می تواند با سطح PCB مطابقت داشته باشد و هم اتصال مکانیکی و هم اتلاف گرما را بهبود بخشد.این BGA ها برای الکترونیک قابل حمل و دستگاه های با چگالی بالا که فضای محدود است ایده آل است.ماهیت انعطاف پذیر بستر امکان مدیریت حرارتی بهتر در فضاهای جمع و جور را فراهم می کند و آنها را به یک انتخاب ترجیحی برای تلفن های هوشمند و سایر دستگاه های قابل حمل تبدیل می کند.

شکل 9: BGA های مرده انباشته

BGA های Die Stacked در دستگاه هایی که نیاز به بسته بندی نیرو پردازش زیادی در یک فضای کوچک دارند استفاده می شود.این نوع مدارهای مجتمع را به صورت عمودی در یک بسته واحد جمع می کند و امکان عملکرد بیشتر را بدون افزایش اندازه دستگاه امکان پذیر می کند.BGA های قالب انباشته معمولاً در تلفن های هوشمند ، تبلت ها و سایر الکترونیک های جمع و جور که در یک فاکتور کوچک به عملکرد بالا نیاز دارند ، یافت می شود.

پایان

اکتشاف فناوری Array Grid (BGA) نقش اصلی آن را در منظره مدرن ساخت الکترونیک تأکید می کند.همانطور که در این مقاله شرح داده شده است ، بسته بندی BGA نه تنها به محدودیت های فیزیکی روشهای بسته بندی قدیمی تر می پردازد بلکه عملکرد را از طریق بهبود مدیریت گرما و راندمان الکتریکی به طور قابل توجهی افزایش می دهد.فرآیندهای فنی درگیر در لحیم کاری ، بازرسی و کار مجدد BGA نشان دهنده تعهد به دقت و قابلیت اطمینان است و اطمینان حاصل می کند که دستگاه های الکترونیکی نیازهای دقیق استانداردهای فناوری امروز را برآورده می کنند.

علاوه بر این ، انواع مختلف BGA ها ، از BGA های پلاستیکی گرفته تا هدایت حرارتی بالا فلز بالای BGAS ، تهیه طیف گسترده ای از برنامه ها ، اثبات تطبیق پذیری و سازگاری فناوری BGA.در نهایت ، از آنجا که دستگاه های الکترونیکی همچنان در پیچیدگی و کارایی تکامل می یابند ، فناوری BGA ضروری خواهد بود و همچنان به نوآوری ها ادامه می دهد و استانداردهای بالایی از کیفیت را در بسته بندی های نیمه هادی حفظ می کند.

سوالات متداول [سؤالات متداول]

1. چگونه می توان یک بسته BGA را لحیم کرد؟

آماده سازی: با تمیز کردن بسته BGA و PCB (برد مدار چاپی) شروع کنید تا هرگونه آلودگی یا باقیمانده از بین برود.

تراز: بسته بندی BGA را با دقت تراز کنید و اطمینان حاصل کنید که تمام لنت های موجود در تراشه با لنت های مربوطه روی تخته تراز می شوند.

لحیم کاری: از یک فرآیند لحیم کاری بازتاب استفاده کنید.PCB را با BGA در فر بازتاب قرار دهید.لحیم کاری که قبلاً روی لنت ها اعمال می شود ، در طول چرخه گرمایشی ذوب می شود و اتصالات را تشکیل می دهد.

خنک کننده: به PCB اجازه دهید تا بعد از فرآیند بازتاب به آرامی خنک شود تا از هرگونه استرس حرارتی جلوگیری شود.

2. BGA در لحیم کاری چیست؟

BGA مخفف آرایه شبکه توپ است.این نوعی از بسته بندی سطح سطح است که برای مدارهای یکپارچه استفاده می شود.بسته های BGA از توپ های ریز و ساطع شده در قسمت زیرین بسته استفاده می کنند تا اتصالات الکتریکی با PCB را به جای سرب سنتی برقرار کنند.

3. چگونه لحیم کاری توپ را انجام دهیم؟

قرار دادن توپ: خمیر لحیم کاری را روی لنت های PCB که BGA در آن قرار خواهد گرفت ، بمالید.BGA را به گونه ای قرار دهید که هر توپ لحیم کاری با پد مربوطه روی PCB تراز شود.

لحیم کاری بازتاب: مونتاژ را در فر بازتاب گرم کنید.خمیر لحیم کاری ذوب می شود و توپ های لحیم کاری را به لنت ها وصل می کند و یک اتصال الکتریکی و مکانیکی جامد ایجاد می کند.

بازرسی: پس از لحیم کاری ، اتصالات مربوط به هر پل یا اتصالات ضعیف را بازرسی کنید ، به طور معمول با استفاده از بازرسی اشعه ایکس برای دیدن زیر BGA.

4- چگونه می توان لحیم کاری BGA را بررسی کرد؟

بازرسی بصری: در ابتدا ، هرگونه سوء استفاده قابل مشاهده یا نقص در اطراف بسته BGA را بررسی کنید.

بازرسی اشعه ایکس: از آنجا که لحیم کاری BGA به دلیل ماهیت پنهان اتصالات ، از نظر بصری کاملاً قابل تأیید نیست ، از بازرسی اشعه ایکس برای بررسی اتصالات لحیم کاری در زیر BGA استفاده کنید.

آزمایش عملکردی: سرانجام ، آزمایش الکتریکی را انجام دهید تا اطمینان حاصل شود که تمام اتصالات به درستی کار می کنند.

5- BGA باید چه دما باشد؟

دمای معمولی: دمای دقیق BGA لحیم کاری به خمیر لحیم استفاده شده بستگی دارد.به طور معمول ، خمیر لحیم کاری بدون سرب نیاز به درجه حرارت در حدود 217 درجه سانتیگراد تا 245 درجه سانتیگراد دارد.مشخصات تولید کننده خمیر لحیم را برای دمای دقیق بررسی کنید.

نمایه بازتاب: یک مشخصات حرارتی خاص را دنبال کنید که به تدریج مونتاژ را به دمای بازتاب مورد نیاز گرم می کند ، آن را به اندازه کافی طولانی نگه می دارد تا از ذوب لحیم کاری مناسب اطمینان حاصل شود ، و سپس آن را به تدریج خنک می کند تا از استرس حرارتی جلوگیری شود.