شرح لحام عبوات BGA وتفتيش الأشعة السينية

مع استمرار تقليص الأجهزة الإلكترونية في الحجم بينما تزداد تعقيدها الوظيفيوقد وضعت التقدم في تكنولوجيا التكامل على نطاق واسع جدا (VLSI) متطلبات متزايدة على عدد واجهات المدخلات والمخرجات وأبعاد المكوناتوقد ظهرت حزم الشبكة الكراتية (BGA) كحل مثالي لمواجهة هذه التحديات ، مما يوفر اتصالات عالية الكثافة ومزايا التصغير.

أصبحت الدوائر المتكاملة BGA، التي تتراوح من عدد قليل من الدبابيس إلى أكثر من خمسمائة، موجودة في كل مكان في المنتجات الحديثة بما في ذلك الأجهزة المحمولة والحواسيب الشخصية ومعدات الاتصالات المختلفة.تستكشف هذه المقالة تكنولوجيا تعبئة BGA بعمق ، تغطي مفاهيمها الأساسية وخصائصها وأنواعها وعمليات اللحام وتقنيات فحص الأشعة السينية.

تعبئة BGA و PoP: تم شرح المفاهيم

The Ball Grid Array (BGA) is a surface-mount device (SMD) packaging technology that uses an array of solder balls on the package underside to establish electrical connections with printed circuit boards (PCBs)هذه الكرات اللحام تتصل بالشريحة من خلال الأسلاك المعدنية، مما يتيح نقل الإشارة بين الشريحة و PCB.

هناك بنيتين شائعتين لـ BGA:

• السلكية السندات BGA:في هذا التكوين ، يتم توصيل الشريحة بالرصيف من خلال أسلاك معدنية دقيقة ، والتي بعد ذلك تتوجه إلى مجموعة الكرات اللحامية عبر آثار معدنية على الرصيف.
• (فليب تشيب بي جي إيه):هذا التصميم يرفع الشريحة مباشرة رأسا على عقب على الركيزة، والاتصال من خلال كرات اللحام دون ربط الأسلاك. هذا النهج يقلل من مسار الاتصال بين الشريحة وكرات اللحام،تحسين سرعة نقل الإشارة.

بالمقارنة مع الحزم الثنائية التقليدية (DIP) أو الحزم المسطحة ، يوفر BGA المزيد من اتصالات الإدخال / الإخراج وأقصر مسافات الشريحة إلى الكرة اللحامية ، مما يوفر أداءً متفوقًا في التطبيقات عالية التردد.

تكنولوجيا حزمة على حزمة (PoP)

الحزمة على الحزمة (PoP) تمثل تكنولوجيا التراص التي تدمج رقائق أو مكونات متعددة داخل حزمة واحدة. PoP تمكن من الجمع بين الأجهزة المنطقية ورقائق الذاكرة،مثل ربط المعالجات مع وحدات الذاكرةهذا النهج يقلل بشكل كبير من متطلبات مساحة PCB مع تقليل مشاكل سلامة الإشارة إلى أدنى حد ، وبالتالي تحسين أداء اللوحة بشكل عام. ومع ذلك ، فإن تعبئة PoP تحمل تكاليف أعلى.

مزايا PoP:

• حجم المكونات المحدودة
• انخفاض التكاليف الشاملة
• تعقيد لوحات الدوائر المبسطة

من بين جميع أنواع التعبئة والتغليف ، لا يزال BGA هو الخيار الأكثر شعبية في الصناعة لأجهزة الدخول والخروج العالية.

الخصائص الرئيسية للتغليف BGA

ويرجع اعتماد عبوات BGA على نطاق واسع إلى خصائصها الملحوظة:

• عدد كبير من الدبابيس:تستوعب العديد من دبوس الإدخال / الإخراج لتصميمات الدوائر المعقدة
• لا توجد مشاكل في ثني الدبوساتصالات الكرات اللحامية تلغي مشاكل تشوه الدبوس التقليدية
• كثافة اتصال عالية:ترتيب الكرات اللحام الضيق يسمح بتصغير أكبر
• مساحة مخفضة على الطاولة:يحتل مساحة أقل من حزم أخرى مع عدد إدخال / إخراج معادل
• الحثية المنخفضة:مسارات اتصال أقصر تحسن جودة الإشارة
• خصائص التنسيق الذاتي:التوتر السطحي لكرة اللحام المذابة يصلح وضعها تلقائيًا أثناء إعادة التدفق
• مقاومة حرارية منخفضة:يعزز تبديد الحرارة لمنع الإفراط في الحرارة

أنواع حزم BGA

يقدم السوق عدة أنواع من حزم BGA ، بما في ذلك:

• البلاستيك BGA (PBGA):الميزات تغليف البلاستيك، الزجاج الايبوكسي المصفوفة الركائز، وآثار النحاس الحفر مع كرات لحام مسبقة التشكيل
• أجهزة BGA ذات الأداء الحراري العالي (HLPBGA):يحتوي على أغطية معدنية لتحسين تبديد الحرارة مع تصاميم منخفضة
• شريط BGA (TBGA):يستخدم مواد مرنة توفر خصائص كهربائية وميكانيكية ممتازة
• أجهزة BGA عالية الأداء (H-PBGA):مصممة لتطبيقات عالية الطاقة مع إدارة حرارية متفوقة

عمليات لحام BGA

يستخدم تجميع BGA تقنيات لحام إعادة التدفق. أثناء تجميع PCB ، تخضع مكونات BGA لحام في أفران إعادة التدفق حيث تذوب كرات لحام لتشكيل اتصالات كهربائية.

اعتبارات اللحام الحرجة:

• تسخين كاف يضمن الذوبان الكامل لجميع كرات اللحام للاتصالات الموثوقة
• التوتر السطحي يحافظ على محاذاة الحزمة حتى صلابة اللحام
• تركيبة سبائك اللحام الدقيقة والتحكم في درجة الحرارة تمنع دمج الكرة مع الحفاظ على الفصل

التفتيش المشترك لـ BGA Solder

لا يمكن للتفتيش البصري التقليدي تقييم مفاصل لحام BGA الخفية تحت المكونات.لأنه يثبت فقط الموصلات في وقت الاختبار دون التنبؤ بعمر المفاصل الطويل.

فحص بالأشعة السينية:

تكنولوجيا الأشعة السينية تمكن الفحص غير التدميري للاتصالات الخفية لللحام. أصبحت أنظمة الفحص الآلي بالأشعة السينية (AXI) معيارًا لتقييم جودة BGA ،تقدم طرق اختبار مختلفة بما في ذلك اليدوية، الفحص البصري الآلي (AOI) ، والفحص بالأشعة السينية الآلية.

إجراءات إعادة تصميم BGA

تتطلب مكونات BGA المعيبة إزالة دقة عن طريق التسخين المحلي لإذابة مفاصل اللحام الأساسية. تستخدم محطات إعادة العمل المتخصصة أجهزة تسخين بالأشعة تحت الحمراء،وآليات رفع الفراغالتحكم الحراري الدقيق يحمي المكونات المجاورة أثناء عمليات إعادة العمل.

الاستنتاج

اكتسبت مكونات BGA اعتمادًا واسعًا في صناعة الإلكترونيات لتطبيقات الإنتاج الضخم ونماذجها الأولية. مع زيادة كثافة مكونات PCB ،تعالج حزم BGA بفعالية تعقيد التصميم مع توفير أعداد إدخالات/إخراج أعلى في مساحات محدودة مما يجعلها لا غنى عنها، التصاميم الإلكترونية المدمجة