Lehimleme topu ızgara dizileri sanatında ustalaşmak
Verimli ve güvenilir yarı iletken ambalajın konumu, elektronik cihaz üretiminin hızla gelişen dünyasında abartılamaz.Ball Izgara Dizi (BGA) teknolojisi, modern elektroniklerin daha yüksek performans ve minyatürleştirme için artan taleplerini karşılamak için ideal bir çözüm olarak ortaya çıkmaktadır.Bu makale, nihai bileşenlerini, süreçlerini ve yarı iletken ambalajında ele aldığı teknik zorlukları araştırarak BGA teknolojisinin karmaşık ayrıntılarını araştırıyor.Quad Düz Paket gibi geleneksel pim tabanlı sistemler üzerindeki temel yapı ve avantajlarından, sofistike lehimleme, denetim ve yeniden işleme süreçlerine kadar, söylem kapsamlı bir analiz sunar.Katalog
Şekil 1: Top ızgara dizisi
Top ızgara dizilerinin temelleri
Bir bilyalı ızgara dizisi (BGA), yarı iletken ambalajında, Quad Flat Pack gibi eski, pin tabanlı yöntemlerin zorluklarının üstesinden gelmek için tasarlanmış modern bir çözümdür.Kırılgan pimler kullanmak yerine, BGA bir dizi küçük lehim topuna dayanır.Bu toplar tam olarak paketin altına yerleştirilir ve basılı bir devre kartındaki (PCB) eşleşen bakır pedlerle bağlantı kurmayı amaçlamaktadır.Isıtıldığında, lehim topları erir ve BGA'yı tahtaya sabitleyerek güçlü ve güvenilir bir bağlantı oluşturur.
BGA formatı birkaç pratik avantaj sağlar.İlk olarak, daha önceki ambalaj sistemlerinin gerekli olduğu yoğun paketlenmiş ara bağlantılara olan ihtiyacı azaltarak PCB düzenini basitleştirir.Bu daha verimli düzen, BGA'yı daha dayanıklı hale getirir ve kolayca bükülebilen veya kırılabilen eski paketlerde bulunan hassas pimlerin aksine, kullanım sırasında hasar riskini azaltır.
Buna ek olarak, BGA üstün ısı yönetimi ve elektrik verimliliği performansı sunmaktadır.BGA ve PCB arasındaki kısa, doğrudan bağlantı, ısıyı daha etkili bir şekilde dağıtmaya yardımcı olur, bu da termal stres altında devrelerin stabilitesinin korunmasına yardımcı olur.Ayrıca, BGA içindeki daha kısa elektrik yolları, özellikle yüksek frekanslarda çalışan cihazlar için önemli olan sinyal kaybını azaltır.Bu dayanıklılık, ısı dağılımı ve elektrik verimliliği kombinasyonu, BGA ambalajını, karmaşıklığı ve performans talepleri arttıkça modern elektronik cihazlar için giderek daha popüler bir seçim haline getiriyor.
Şekil 2: BGA lehimleme işlemi
BGA lehim işleminde gezinme
Bir bilyalı ızgara dizisi (BGA) lehimleme işlemi, güvenilirliği ve bileşenin altına gizlenmiş bağlantıları inceleme zorluğu ile ilgili endişeler nedeniyle başlangıçta sorgulandı.Bununla birlikte, zamanla BGA lehimlemenin, lehimleme işlemi sırasında hassas kontrol sayesinde dört düz paketler gibi eski sistemlerden daha güvenilir olduğu kanıtlanmıştır.Bu gelişmiş güvenilirlik, hem büyük ölçekli üretim hem de daha küçük, prototip PCB düzeneklerinde yaygın kullanımına yol açmıştır.
Geri çekilme lehimleme yöntemi, bir BGA'nın basılı bir devre kartına (PCB) bağlanmasında baskındır.Bu işlemde, tüm tertibat belirli bir sıcaklığa ısıtılır, burada BGA'nın altındaki lehim yarı sıvı bir durum haline gelir.Bu aşama, lehimin yapısını korumasını ve lehim toplarının çökmesine veya birleşmesine neden olmamasını sağlamak için dikkatli bir şekilde kontrol edilir.Doğru sıcaklık düzenlemesi ciddidir, çünkü herhangi bir dalgalanma bağlantıların kalitesini etkileyebilir.
Geri dönme işleminin kapsamlı bir özelliği, erimiş lehimin davranış şeklidir.Doğal yüzey gerilimi, bileşen yerleştirildiğinde biraz merkez dışı olsa bile, BGA'yı PCB pedleriyle mükemmel bir hizalamaya çekmeye yardımcı olur.Bu kendini düzeltme yeteneği, her bağlantının manuel ayarlamalar olmadan düzgün bir şekilde yapılmasını sağlar.Bu gelişmiş teknikler sadece BGA lehimlemesini son derece güvenilir değil, aynı zamanda daha verimli hale getirmekle kalır, bu da BGA'yı modern devre kartı üretiminde tercih edilen bir seçenek haline getirmeye yardımcı olur.
Şekil 3: BGA lehim eklem denetimi
BGA lehim derzleri etkili bir şekilde nasıl denetlenir?
BGA lehim derzlerini incelemek, derzlerin BGA bileşeninin altında gizli olması nedeniyle komplike olan montaj işleminin ısrarlı bir parçasıdır.Geleneksel görsel inceleme bu gizli bağlantılara erişemediğinden, lehim derzlerinin net, invaziv olmayan bir görünümünü elde etmek için X-ışını ve otomatik X-ışını muayenesi (AXI) teknikleri kullanılır.
X-ışını muayenesi, her lehim eklemini iyice kontrol etmek için kullanışlıdır.Görüntüleme, teknisyenlerin tüm lehim toplarının doğru bir şekilde eridiğinden ve PCB ile güçlü bağlar oluşturduğundan emin olmasını sağlar.Bu adım, lehimin tam olarak eritilmediği soğuk eklemler veya zamanla eklemi zayıflatabilecek hava cepleri olan boşluklar gibi problemleri tanımlamak için kullanılır.
X-ışını teknolojisi aracılığıyla, müfettişler, geri dönme işlemi sırasında uygun miktarda ısı uygulandığını ve lehim derzlerinin kesin standartları karşıladığını doğrulayabilir.Bu inceleme seviyesi, nihai ürünün güvenilir olmasını ve karşılaşabileceği operasyonel streslere dayanabilmesini ve yüksek üretim kalitesinin korunmasına yardımcı olmasını sağlar.
Elektronikte BGA yeniden çalışması için etkili stratejiler
Bir BGA bileşeninin yeniden işlenmesi, ısıtma işlemi üzerinde dikkatli kontrol gerektiren son derece hassas bir görevdir.Bu çalışma genellikle iş için özel olarak tasarlanmış araçlarla donatılmış özel bir yeniden iş istasyonunda yapılır.Lokalize kızılötesi ısıtma, yakındaki parçaları aşırı ısınmadan BGA'yı hedeflemek için kullanılır.Bileşenin altındaki lehim eriydikten sonra, bir vakum aleti BGA'yı dikkatlice tahtadan kaldırır.Bu işlem boyunca, bitişik bileşenlere zarar vermekten kaçınmak için ısı tam olarak kontrol edilmeli ve gelişmiş yeniden çalışma ekipmanı ihtiyacını vurgulamaktadır.
Başarılı BGA yeniden çalışması, doğru sıcaklık ayarlarının korunmasına ve bileşenin etrafındaki çevreyi kontrol etmeye bağlıdır.Bu, hatalı bir BGA'nın çıkarılması ve değiştirilmesi sırasında çevredeki devrenin etkilenmesini önler.Görev, sürecin doğru bir şekilde yapılmasını sağlamak için BGA'ların nasıl işlev gördüğü ve yetenekli kullanımının derin bir anlaşılması gerektiriyor.Bu karmaşıklıklar nedeniyle, BGA yeniden çalışması, hem doğru ekipmanı hem de deneyimli teknisyenlerin tüm montajın bütünlüğünü korumasını gerektiren hassas bir operasyondur.
Şekil 4: BGA PCB arazi desenleri
BGA PCB arazi modelleri için tasarım stratejileri
BGA'lar için PCB arazi desenleri tasarlamak, montaj sırasında pürüzsüz ve güvenli bir bağlantı sağlamak için ayrıntılara hassas dikkat gerektirir.Arazi desenleri, BGA'nın ızgarasıyla mükemmel bir şekilde hizalanmalıdır, bu da her lehim topunun karşılık gelen ped ile doğru bir şekilde çizilmesini sağlar.Lehim maskesi kabartması ve bazı durumlarda, maske tarafından ortaya çıkan pedleri bırakarak, daha fazla lehimin akmasına ve daha güçlü bir bağ yaratmasına izin vermek için kullanılır.IPC standartlarına sıkı sıkıya bağlı kalma, başarılı BGA lehimleme için istenen doğruluk seviyesine ulaşmak için yararlıdır.
Arazi modelinin her yönü, BGA bileşeninin özel gereksinimlerini karşılamak için dikkatle planlanmalıdır.Bu, her bağlantının kusursuz olduğundan emin olmak için pedlerin boyutunun ayarlanmasını ve konumsal toleransları dikkatlice yönetmeyi içerir.Tasarım aşamasında düşünceli planlama, lehimleme işleminin hem verimli hem de güvenilir olmasını sağlar, bu da BGA'nın güvenli bir şekilde bağlanmasına ve PCB düzeneğinde düzgün çalışmasına yardımcı olur.
Şekil 5: BGA lehim macun baskısı
BGA lehim macun baskısında hassasiyet elde etmek
BGA tertibatı için lehim macunu uygulamak, her BGA topunun altına küçük, kesin miktarda macun bırakılmasını sağlamak için hassas stenciling teknikleri gerektirir.Bu işlem, PCB arazi desenleri ile mükemmel bir şekilde hizalanmış lazer kesim şablonlar kullanır.Doğruluğu daha da artırmak ve lehim topu gibi kusurları en aza indirmek için, bu şablonlar genellikle nanokoatinglerle tedavi edilir.Minyatür baskı kafaları daha sonra her bir ped'e uygulanan macun miktarını dikkatlice kontrol ederken, optik doğrulama sistemleri macunun yüksek hassasiyetle yerleştirildiğini kontrol eder.
Kullanılan lehim macun tipi - tipik olarak tip 3 veya tip 4 - spesifik montaj için aranan viskoziteye bağlıdır.Macun seçimi, geri dönme işlemi sırasında lehim derzlerinin ne kadar iyi oluştuğunu doğrudan etkiler.Bu adım, son bağlantıların mukavemeti ve güvenilirliği için zemin hazırladığından, lehim macun baskı işlemi BGA düzeneğinin tehlikeli bir parçasıdır ve yüksek kaliteli sonuçlar sağlamak için detaylara dikkat edilmesini gerektirir.
BGA lehimlemenin karmaşıklıkları
Lehim BGAS benzersiz zorluklar sunar çünkü lehim derzleri bileşenin altında gizlidir ve doğrudan görsel incelemeyi imkansız hale getirir.Bunu ele almak için, bağlantıları incelemek için X-ışını makineleri gibi özel araçlar kullanılırken, kızılötesi yeniden çalışma istasyonları gerektiğinde bileşenin kesin olarak yeniden düzenlenmesine izin verir.Lehimleme işlemini yönetmek, lehim derzlerini vurgulamaktan kaçınmak için çatlaklara yol açabilecek ısının dikkatli bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir.Benzer şekilde, tüm lehim topları, tutarlı performans ve uzun vadeli güvenilirlik sağlamak için aynı yüksekliği (koplanarlık) korumalıdır.
Yaşlanma ve nem hassasiyeti gibi çevresel faktörler süreci daha da karmaşıklaştırır.Lehim derzlerinin zaman içinde bozulmasını önlemek için bu sorunların sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.Bu zorluklarda başarılı bir şekilde gezinmek, BGA lehimleme tekniklerinin ve gelişmiş ekipmanların kullanımının kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını gerektirir.
Çeşitli bilyalı ızgara dizileri
Bilyalı Izgara Dizi (BGA) teknolojisi, elektrik bağlantısını ve ısı dağılmasını iyileştiren baskılı devre kartlarına (PCB'ler) entegre devreleri (ICS) monte etmenin bir yöntemidir.Güvenli bağlantılar oluşturmak için bileşenin altında bir dizi lehim topu kullanır.
Şekil 6: Plastik bilyalı ızgara dizileri (PBGA)
Plastik BGA'lar yaygın olarak kullanılmaktadır, çünkü çoğu standart uygulama için uygun fiyatlı ve güvenilir performans sunarlar.Altına bağlı lehim topları olan plastik bir substrattan oluşurlar.Bunlar genellikle tüketici elektroniği, otomotiv sistemleri ve aşırı koşullar altında çalışmayan diğer cihazlarda bulunur.Basit tasarımları, günlük kullanım için yeterli olan iyi elektrik bağlantısı ve ılımlı ısı yönetimi sunar.
Şekil 7: Seramik bilyalı ızgara dizileri (CBGA)
Seramik BGA'lar bir seramik substrat kullanır, bu da onları plastik BGA'lardan daha fazla ısı ve elektrik parazitine karşı daha dirençli hale getirir.Bu dayanıklılık onları telekomünikasyon, havacılık ve üst düzey sunucular gibi zorlu ortamlar için ideal hale getirir.Seramik mükemmel yalıtım sağlar ve hem yüksek sıcaklıkları hem de mekanik stresi işleyebilir ve cihazın uzun süreli güvenilirliğini sağlayabilir.
Şekil 8: Bant BGAS (TBGA)
Bant BGA'lar, PCB'nin yüzeyine uygun olabilen, hem mekanik bağlantıyı hem de ısı dağılmasını iyileştiren esnek bir substrat ile tasarlanmıştır.Bu BGA'lar, alanın sınırlı olduğu taşınabilir elektronik ve yüksek yoğunluklu cihazlar için idealdir.Substratın esnek doğası, kompakt boşluklarda daha iyi termal yönetime izin verir, bu da onları akıllı telefonlar ve diğer taşınabilir cihazlar için tercih edilen bir seçimdir.
Şekil 9: istiflenmiş kalıp bgas
Yığınlı kalıp BGA'lar, çok fazla işlem gücü küçük bir alana paketlemesi gereken cihazlarda kullanılır.Bu tip, tek bir paket içinde dikey olarak birden fazla entegre devreyi istifler ve cihazın boyutunu artırmadan daha fazla işlevsellik sağlar.Yığınlı kalıp BGA'lar genellikle akıllı telefonlarda, tabletlerde ve küçük bir form faktöründe yüksek performans gerektiren diğer kompakt elektroniklerde bulunur.
Çözüm
Ball Izgara Dizisi (BGA) teknolojisinin keşfi, modern elektronik üretim manzarasındaki kilit rolünün altını çiziyor.Bu makalede ayrıntılı olarak açıklandığı gibi, BGA ambalajı sadece eski ambalaj yöntemlerinin fiziksel sınırlamalarını ele almakla kalmaz, aynı zamanda gelişmiş ısı yönetimi ve elektrik verimliliği yoluyla performansı önemli ölçüde artırır.BGA lehimleme, muayene ve yeniden çalışmada yer alan teknik süreçler, elektronik cihazların günümüz teknolojik standartlarının katı gereksinimlerini karşılamasını sağlayarak hassasiyet ve güvenilirlik konusundaki bir taahhüdü yansıtır.
Buna ek olarak, plastik BGA'lardan yüksek termal iletkenlik metal üst BGA'larına kadar çeşitli BGA tipleri, BGA teknolojisinin çok yönlülüğünü ve uyarlanabilirliğini kanıtlayan geniş bir uygulama yelpazesine hitap eder.Nihayetinde, elektronik cihazlar karmaşıklık ve işlevsellik içinde gelişmeye devam ettikçe, BGA teknolojisi gerekli kalacak, yenilikleri yönlendirmeye ve yarı iletken ambalajında yüksek kalite standartlarını korumaya devam edecektir.
Sık sorulan sorular [SSS]
1. Bir BGA paketi nasıl lehimlenir?
Hazırlık: Kirleticileri veya kalıntıları çıkarmak için BGA paketini ve PCB'yi (basılı devre kartı) temizleyerek başlayın.
Hizalama: BGA paketini PCB'deki dikkatlice hizalayın, çipteki tüm pedlerin tahtadaki karşılık gelen pedlerle hizalanmasını sağlar.
Lehimleme: Bir geri akış lehimleme işlemi kullanın.PCB'yi BGA ile bir akış fırına yerleştirin.Pedlere zaten uygulanan lehim, ısıtma döngüsü sırasında eriyecek ve bağlantılar oluşturacaktır.
Soğutma: Herhangi bir termal stresten kaçınmak için PCB'nin yeniden akış işleminden sonra yavaşça soğumasına izin verin.
2. Lehimlemede BGA nedir?
BGA, top ızgara dizisini temsil eder.Entegre devreler için kullanılan bir tür yüzey montaj ambalajıdır.BGA paketleri, geleneksel kablolar yerine PCB ile elektrik bağlantıları kurmak için paketin alt kısmına sabitlenmiş küçük lehim topları kullanır.
3. Top lehimleme nasıl yapılır?
Top yerleştirme: BGA'nın yerleştirileceği PCB pedlerine lehim macunu uygulayın.BGA'yı, her lehim topunun PCB'deki karşılık gelen ped ile hizalanacak şekilde konumlandırın.
Geri Çekme Lehimleme: Montajı bir akış fırında ısıtın.Lehim macunu eriyecek, lehim toplarını pedlere bağlayacak ve sağlam bir elektrik ve mekanik bağlantı oluşturacak.
Denetleme: Lehimleme işleminden sonra, tipik olarak BGA'nın altında görmek için X-ışını muayenesini kullanarak herhangi bir köprü veya zayıf eklem bağlantılarını inceleyin.
4. BGA lehimleme nasıl kontrol edilir?
Görsel inceleme: Başlangıçta, BGA paketinin etrafındaki görünür yanlış hizalama veya kusurları kontrol edin.
X-ışını muayenesi: BGA lehimleme, bağlantıların gizli doğası nedeniyle görsel olarak tam olarak doğrulanamadığından, BGA'nın altındaki lehim derzlerini incelemek için X-ışını muayenesini kullanın.
Fonksiyonel Test: Son olarak, tüm bağlantıların doğru çalıştığından emin olmak için elektrik testi yapın.
5. BGA lehim hangi sıcaklık olmalıdır?
Tipik sıcaklıklar: BGA'yı lehimleme için kesin sıcaklık, kullanılan lehim macuna bağlıdır.Tipik olarak, kurşunsuz lehim macunu 217 ° C ila 245 ° C civarında sıcaklıklar gerektirir.Tam sıcaklıklar için lehim macun üreticisinin özelliklerini kontrol edin.
Geri Çekme Profili: Montajı kademeli olarak gerekli geri dönme sıcaklığına ısıtan, uygun lehim erimesini sağlamak için yeterince uzun tutan ve daha sonra termal stresten kaçınmak için kademeli olarak soğutan belirli bir termal profil izleyin.