لحام BGA: التقنيات، والفحص بالأشعة السينية، وإعادة العمل

أدى التقدم التكنولوجي المستمر إلى تحول الإلكترونيات نحو منتجات خفيفة الوزن وصغيرة الحجم. ولمواكبة احتياجات العملاء هذه، تم إدخال تقنية SMT. علاوة على ذلك، يتطلب الطلب المتزايد على هذه المنتجات تطوير تقنيات عالية الكثافة سهلة التجميع. وقد أدى هذا التطور إلى تطوير مصفوفة الشبكة الكروية. التكنولوجيا.

مع ذلك، قد يبدو لحام BGA صعبًا للوهلة الأولى، نظرًا لوجود كرات اللحام بين لوحة الدائرة وجسم BGA نفسه. مع ذلك، أثبت تجميع لوحات الدوائر المطبوعة باستخدام BGAs نجاحه. فوائد استخدام BGAs كبيرة من حيث الأداء والموثوقية.

تتناول هذه المقالة تقنيات لحام BGA الرئيسية والمعدات والعمليات وأفضل الممارسات لتجميع وفحص وإعادة تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة باستخدام مكونات BGA.

ما هو لحام BGA؟

تختلف عبوات BGA اختلافًا كبيرًا عن العبوات التي تستخدم دبابيس، مثل العبوات الرباعية المسطحة. تُرتب دبابيس عبوات BGA بشكل شبكي، ومن هنا جاء اسمها. تُستخدم إضافة المزيد من الوسادات باستخدام كرات اللحام بدلاً من استخدام دبابيس الأسلاك التقليدية للتوصيلات. على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، التي ستُركّب عليها مكونات BGA، توفر مجموعة متناسقة من الوسادات النحاسية التوصيل المطلوب.

ميزة BGA

تتميز حزم BGA بمزايا عديدة مقارنةً بحزمها الرباعية المسطحة. ونتيجةً لذلك، تُستخدم بشكل متزايد في تصنيع الدوائر الإلكترونية. من هذه المزايا:

· لحام BGA قوي: تحتوي العبوات الأخرى على دبابيس دقيقة جدًا، وهي عرضة للتلف بسهولة حتى مع التعامل الدقيق. ويكاد يكون من المستحيل إصلاحها بعد ثني الدبابيس. مع ذلك، لا تعاني بطاريات BGA من هذه المشكلة، حيث تُوصل الوصلات بواسطة وسادات مُثبت عليها كرات لحام BGA، وهي صعبة التلف.

· أداء عالي السرعة: في تغليف BGA، تكون الموصلات على الجانب السفلي من حامل الشريحة. هذا يعني أن أقطاب التوصيل داخل الشريحة أقصر، وبالتالي تكون مستويات محاثة الأسلاك غير المرغوب فيها منخفضة. بهذه الطريقة، تقدم أجهزة BGA مستوى أداء أعلى من منافسيها.

· تحسين تصميم PCB: تزداد كثافة المسارات حول العديد من الطرود بشكل كبير بسبب قرب الدبابيس. يوزع موصل BGA نقاط التلامس على كامل مساحة العبوة، مما قد يُخفف المشكلة.

· مقاومة حرارية منخفضة: توفر صفائح BGA مقاومة حرارية أقل بين شرائح السيليكون، مما يسمح بنقل الحرارة الناتجة عن الدائرة المتكاملة داخل العبوة من الجهاز إلى لوحة الدوائر المطبوعة بشكل أسرع وأكثر فعالية.

تطبيقات BGA

يُستخدم لحام مصفوفة الشبكة الكروية في العديد من الصناعات، بما في ذلك صناعة الطيران، وإصلاح الحواسيب، وتصنيع الإلكترونيات. كما يُستخدم لتحسين أداء الدوائر عالية السرعة. ومن استخداماته الأخرى:

· إصلاح الأجهزة الإلكترونية: يتم استخدامه لإصلاح الأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية وأجهزة الألعاب والأجهزة اللوحية.

· الإدارة الحرارية: يمكن أن يؤدي لحام BGA إلى تحسين الإدارة الحرارية في الأجهزة الإلكترونية.

· تقليل التداخل الكهرومغناطيسي: يمكنه تقليل التداخل الكهرومغناطيسي في الأجهزة التي تعمل بترددات أعلى.

حزم BGA

حزم BGA هي نوع من تجميعات SMT المستخدمة في الدوائر المتكاملة. تتميز هذه الحزم بمزايا متعددة مقارنةً بالمكونات التقليدية ذات الثقوب، مثل الموثوقية والقدرة على تتبع الكثافة وتبديد الحرارة.

أنواع حزم BGA

كيف يتم لحام BGA إلى PCB - عملية لحام BGA؟

تُعد عملية لحام BGA بالغة الأهمية في تصنيع الإلكترونيات الحديثة، إذ تضمن توصيلات موثوقة بين غلاف BGA ولوحة الدوائر المطبوعة. ومع ذلك، لضمان التنفيذ الأمثل، يجب اتباع أفضل الممارسات لتحقيق نتائج عالية الجودة. نستعرض أدناه الخطوات والتقنيات الأساسية لهذه العملية.

تقنيات لحام BGA

يعتمد لحام BGA بشكل أساسي على تقنيتين: لحام إعادة التدفق واللحام اليدوي. تتضمن التقنية الأولى استخدام فرن إعادة التدفق لتسخين معجون اللحام، مما يؤدي إلى ذوبانه وتكوين وصلات كهربائية وميكانيكية متينة. أما التقنية الثانية، فتُستخدم للإصلاحات والنماذج الأولية، وتتطلب أدوات متخصصة مثل محطات الهواء الساخن ومشغلين ماهرين لتحقيق أفضل النتائج الممكنة.

كما ذكرت سابقًا، فإن اختيار تقنية لحام BGA يعتمد ذلك على التطبيق وحجم الإنتاج وتعقيد تصميم PCB.

أنماط أرض PCB BGA

يعد تصميم نمط الأرض المناسب على PCB أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق لحام BGA الفعال. يجب أن تتوافق أنماط الأرضية مع قطر كرة BGA وقطرها. تتميز هذه الأنماط بألواح غير مُعرّفة بقناع اللحام (NSMD) لضمان موثوقية أفضل لوصلات اللحام. علاوة على ذلك، تتضمن هذه الأنماط أيضًا تصميمات مزودة بألواح مُدمجة للألواح عالية الكثافة. وأخيرًا، الالتزام بمعايير IPC سيساعدك على ضمان نتائج ثابتة وتقليل عيوب اللحام.

طباعة معجون لحام BGA

الخطوة الأهم هي وضع معجون اللحام بدقة على لوحة الدوائر المطبوعة. من بين الاعتبارات التي يجب مراعاتها:

· تصميم الاستنسل: يجب عليك استخدام استنسل بأحجام فتحات مناسبة تتناسب مع نمط الأرض.

· قوام المعجون: يجب عليك أيضًا التأكد من أن معجون اللحام يتمتع بلزوجة موحدة لمنع الفراغات والفجوات.

· انتقام: يجب عليك الحرص على تحقيق محاذاة دقيقة بين الاستنسل ولوحة الدوائر المطبوعة لتجنب الأخطاء المطبعية.

وضع المكون

يتطلب وضع مكونات عبوة BGA بشكل صحيح على لوحة الدوائر المطبوعة دقةً في محاذاة كرات اللحام مع الوسادات المقابلة. ولحسن الحظ، تُستخدم عادةً آلات التقاط ووضع آلية لهذه الخطوة. تضمن هذه الآلات دقة الوضع، والتعامل اللطيف لمنع تلف عبوة BGA، والتحقق باستخدام أنظمة الفحص البصري لتأكيد المحاذاة.

عملية لحام إنحسر

استخدم إنحسر لحام تُستخدم هذه العملية عادةً لتدعيم وصلات اللحام، كما تُنشئ اتصالًا كهربائيًا. وتشمل:

1. التسخين: تؤدي هذه الخطوة إلى رفع درجة الحرارة تدريجيًا، وبالتالي تقليل الصدمة الحرارية.

2. تمرغ: يعمل على تثبيت درجة حرارة PCB وتنشيط التدفق لتنظيف الأسطح.

3. منطقة إعادة التدفق: صُممت هذه الخطوة لتسخين معجون اللحام فوق درجة انصهاره، مما يسمح له بالتدفق وتشكيل الوصلات.

4. تبريد: كما هو واضح من اسم هذه الخطوة، فإنها تعمل على تقوية اللحام وتمنع الضغط الحراري على التجميع.

لذا، يُعدّ التحديد الدقيق لدرجة حرارة اللحام أمرًا بالغ الأهمية لتجنب العيوب والأخطاء، مثل تجسير اللحام، أو تآكل اللحام، أو الفراغات. باتباع الخطوات المذكورة أعلاه، يمكن للمصنعين ضمان توصيلات متينة وتجميعات عالية الأداء، وذلك للتطبيقات التي تتطلب bالكل gتخليص aمكونات المصفوفة.

فحص وصلة لحام BGA

يعد فحص BGA أحد مجالات عملية تجميع PCB التي أثارت قدرًا كبيرًا من الاهتمام عندما تم تقديم BGAs لأول مرة.

تقنيات التفتيش

لا يمكن إجراء فحص BGA بالطريقة المعتادة باستخدام تقنيات بصرية بسيطة. لأنه، من الواضح تمامًا، توجد وصلات اللحام أسفل مكونات BGA، وهي غير مرئية. وقد أثارت هذه التقنية قلقًا كبيرًا عند طرحها لأول مرة. وقد أجرى العديد من المصنّعين اختبارات للتأكد من قدرتهم على لحام مكونات BGA بكفاءة.

علاوة على ذلك، تتطلب جودة وصلات لحام BGA تقنيات فحص متخصصة، مثل الفحص البصري، والفحص بالأشعة السينية، والفحص المقطعي، والمجهر الصوتي. تُحدد هذه التقنيات بشكل استباقي أي مشاكل كامنة في لحام BGA قبل مغادرة المنتجات مرحلة التصنيع.

فحص الأشعة السينية لـ BGA

لا يمكن اختبار وصلات اللحام بشكل كامل عن طريق فحص الأداء الكهربائي. مع أن هذا النوع من اختبار عملية لحام BGA يكشف عن التوصيلية الكهربائية في ذلك الوقت، إلا أنه لا يعطي صورة مفصلة عن مدى نجاح عملية لحام BGA. لهذا الغرض، الاختبار الوحيد هو فحص BGA بالأشعة السينية.

يتيح فحص الأشعة السينية رؤية المفصل الملحوم أسفله من خلال الجهاز. ونتيجةً لذلك، أصبح فحص الأشعة السينية الآلي تقنيةً رئيسيةً لفحص لوحات الدوائر المطبوعة التي تحتوي على لحامات BGA. لحسن الحظ، يُلاحظ أنه بمجرد ضبط ملف الحرارة لآلة لحام BGA بشكل صحيح، تُلحم مكونات BGA بشكل ممتاز، وتُواجه مشاكل قليلة في عملية لحام BGA.

استكشاف أخطاء وصلات BGA الضعيفة وإصلاحها

يُعدّ تحديد السبب الجذري ومعالجته أمرًا بالغ الأهمية قبل محاولة إعادة لحام BGA. تشمل الأسباب الجذرية المحتملة لتلف وصلات لحام BGA ما يلي:

· شقوق الإجهاد الحراري

· عيوب أو تلف كرة اللحام

· عدم المحاذاة بين الكرات والأراضي

· امتصاص الرطوبة تحت العبوة

· التلوث يمنع البلل

· ارتفاع أو حجم معجون اللحام غير كافٍ

إعادة صياغة وإصلاح BGA

كما هو متوقع، ليس من السهل إعادة تجميعات BGA ما لم تكن المعدات الصحيحة متاحة.

نظرة عامة على إعادة عمل BGA

الخطوات المتبعة في عملية إعادة تصنيع مكونات BGA النموذجية هي:

1) طريقة التحضير: أولاً، راجع عملية التجميع الأصلية بحثاً عن العوامل المحتملة. وتأكد أيضاً من جاهزية الأدوات والمكونات البديلة.

2) إزالة: في هذه الخطوة، نظّف الوسادات جيدًا دون ترك أي بقايا. ثم أعد وضع مادة الصهر لتحضير الكرات الجديدة. الآن، أعد تركيب الوسادات وطبّق نمط لوحة الدوائر المطبوعة.

3) إعادة الكرة: أولاً، استخدم استنسلًا لتطبيق كرات اللحام الجديدة على عبوة BGA ثم كرات إعادة التدفق لتثبيتها على أطراف العبوة.

4) إستبدال: الآن، يجب استخدام مادة لاصقة لتأمين المكون مؤقتًا، وإعادة محاذاة BGA الجديدة بعناية في الموقع، وإعادة التدفق لتشكيل الاتصالات.

5) التفتيش: في النهاية، يجب التحقق من محاذاة وتوصيلات الكرة، وتقييم أي ضرر جانبي للوسادات أو اللوحة.

معدات إعادة العمل

تشتمل معدات إعادة عمل BGA النموذجية على ما يلي:

· المسخن المسبق يقوم بتسخين اللوحة تدريجيًا لتجنب الصدمات الحرارية.

· فوهة الهواء الساخن يوجه تيار الهواء الساخن للتدفئة الموضعية.

· المجهر يوفر تكبيرًا عاليًا لفحص المحاذاة والمفاصل.

· تركيبات دعم PCB قم بتثبيت اللوحة أسفل المكون لمنع التسخين.

· حلقة مغلقة التحكم في درجة الحرارة من الفوهات هي أيضًا واحدة من المعدات التي تمت إعادة صياغتها.

· فرن إعادة العمل بالحمل الحراري مخصص للألواح الصغيرة التي تتطلب ملفًا حراريًا كاملًا للفرن.

· مجموعة أدوات BGA يوفر أدلة المحاذاة، والمواد المضافة، والكرات، والستينسلات، والمواد اللاصقة.

تساعد أدوات إعادة العمل المتخصصة هذه على إزالة واستبدال BGAs بشكل صحيح مع الحد الأدنى من الأضرار الجانبية.

عملية إعادة العمل

إذا كان هناك اشتباه في عطل في أحد مكونات BGA، فمن الممكن إزالة الجهاز. ويتم ذلك بتسخين مكون BGA موضعيًا لإذابة اللحام الموجود تحته. في عملية إعادة تصنيع BGA، في هذه العملية، غالبًا ما تُجرى عملية التسخين في محطة إعادة تشكيل متخصصة. تتكون هذه المحطة من جهاز مُجهز بسخان يعمل بالأشعة تحت الحمراء، وجهاز تفريغ لرفع العبوة، ومزدوج حراري لمراقبة درجة الحرارة.

يجب توخي الحذر الشديد لضمان تسخين وإزالة BGA فقط. يجب تقليل تأثيرها على الأجهزة الأخرى المجاورة قدر الإمكان، وإلا فقد تتلف.

خاتمة

باختصار، تقنية BGA بشكل عام ولحام BGA أثبتت هذه العملية، على وجه الخصوص، نجاحًا باهرًا منذ طرحها. وهي الآن جزءٌ مهمٌّ من عملية تجميع لوحات الدوائر المطبوعة، التي تستخدمها معظم الشركات لتجميع النماذج الأولية للوحات الدوائر المطبوعة وللإنتاج الضخم.

PCBasic نقدم محطات إعادة تشكيل BGA لمساعدتك في إعداد عملية إعادة تشكيل BGA شاملة داخل مؤسستك. دعنا نساعدك في تجنب عمليات إعادة تشكيل BGA الشائعة. الأخطاء المألوفة لأولئك الذين عملوا على هذه المكونات الفريدة.

بدلا من ذلك، يمكنك اتصل بنا اليوم لمناقشة عروض خدماتنا، بما في ذلك جميع جوانب إعادة صياغة BGA.