لحیم کاری BGA: تکنیک ها، بازرسی با اشعه ایکس و دوباره کاری

پیشرفت مداوم فناوری، الکترونیک را به سمت محصولات سبک و کوچک سوق داده است. برای پاسخگویی به این نیازهای مشتری، SMT معرفی شد. علاوه بر این، افزایش تقاضا برای این محصولات نیازمند توسعه فناوری‌های با چگالی بالا است که بتوانند به سرعت مونتاژ شوند. این فشار منجر به توسعه آرایه شبکه توپی شد. فن آوری است.

با این حال، در نگاه اول، لحیم کاری BGA ممکن است دشوار به نظر برسد زیرا توپ‌های لحیم بین برد مدار و بدنه BGA قرار گرفته‌اند. اما مونتاژ PCB با استفاده از BGAها موفقیت‌آمیز بوده است. مزایای استفاده از BGAها از نظر عملکرد و قابلیت اطمینان کاملاً قابل توجه است.

این مقاله تکنیک‌های کلیدی لحیم‌کاری BGA، تجهیزات، فرآیندها و بهترین شیوه‌ها برای مونتاژ، بازرسی و بازسازی بردهای مدار چاپی با استفاده از اجزای BGA را پوشش می‌دهد.

لحیم کاری BGA چیست؟

BGA یک بسته‌بندی بسیار متفاوت با بسته‌بندی‌هایی است که از پین استفاده می‌کنند، مانند یک بسته تخت چهارتایی. پین‌های بسته‌های BGA به صورت شبکه‌ای چیده شده‌اند که این نام را به وجود آورده است. به جای داشتن پین‌های سیمی سنتی‌تر برای اتصالات، از اضافه کردن پدهای بیشتر با توپ‌های لحیم استفاده می‌شود. روی برد مدار چاپی که قرار است اجزای BGA روی آن نصب شوند، مجموعه‌ای از پدهای مسی متناسب، اتصال مورد نیاز را ارائه می‌دهد.

مزیت BGA

بسته‌های BGA مزایای مختلفی نسبت به رقبای چهارتایی خود در بسته‌های تخت ارائه می‌دهند. در نتیجه، آنها به طور فزاینده‌ای برای ساخت مدارهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از این مزایا عبارتند از:

· لحیم کاری BGA قوی است: بسته‌های دیگر پین‌های بسیار ظریفی دارند و حتی با دقیق‌ترین جابجایی نیز به راحتی آسیب می‌بینند. و تعمیر آنها پس از خم شدن پین‌ها تقریباً غیرممکن است. با این حال، BGAها از این مشکل رنج نمی‌برند زیرا اتصالات توسط پدهایی با توپ‌های لحیم BGA روی آنها فراهم می‌شود که آسیب دیدن آنها بسیار دشوار است.

· عملکرد با سرعت بالا: در بسته‌بندی BGA، هادی‌ها در قسمت زیرین حامل تراشه قرار دارند. این بدان معناست که سیم‌های درون تراشه کوتاه‌تر هستند. بنابراین، سطح اندوکتانس سیم‌های ناخواسته کم است. به این ترتیب، دستگاه‌های BGA سطح عملکرد بالاتری نسبت به رقبای خود ارائه می‌دهند.

· طراحی PCB بهبود یافته: تراکم مسیرها در اطراف بسیاری از بسته‌ها به دلیل نزدیکی بسیار زیاد پین‌ها بسیار زیاد می‌شود. یک BGA کنتاکت‌ها را در کل ناحیه بسته پخش می‌کند و به طور بالقوه مشکل را کاهش می‌دهد.

· مقاومت حرارتی کم: BGAها مقاومت حرارتی کمتری بین تراشه سیلیکونی ارائه می‌دهند. این امر باعث می‌شود گرمای تولید شده توسط مدار مجتمع داخل بسته، سریع‌تر و مؤثرتر از دستگاه به PCB منتقل شود.

کاربردهای BGA

لحیم کاری آرایه شبکه توپی در بسیاری از صنایع، از جمله هوافضا، تعمیر کامپیوتر و تولید لوازم الکترونیکی استفاده می‌شود. همچنین برای بهبود عملکرد مدارهای پرسرعت نیز کاربرد دارد. برخی از کاربردهای دیگر آن عبارتند از:

· تعمیر دستگاه الکترونیکی: از این دستگاه برای تعمیر دستگاه‌هایی مانند لپ‌تاپ، تلفن‌های هوشمند، کنسول‌های بازی و تبلت‌ها استفاده می‌شود.

· مدیریت حرارتی: لحیم کاری BGA می تواند مدیریت حرارتی را در دستگاه های الکترونیکی بهبود بخشد.

· کاهش تداخل الکترومغناطیسی: می‌تواند تداخل الکترومغناطیسی را در دستگاه‌هایی که در فرکانس‌های بالاتر کار می‌کنند، کاهش دهد.

بسته‌های BGA

بسته‌های BGA نوعی مونتاژ SMT هستند که برای مدارهای مجتمع استفاده می‌شوند. آن‌ها مزایای متعددی نسبت به قطعات سنتی سوراخ‌دار دارند، مانند قابلیت اطمینان و توانایی ردیابی چگالی و اتلاف گرما.

انواع بسته‌بندی BGA

چگونه BGA به PCB لحیم می‌شود - فرآیند لحیم کاری BGA؟

فرآیند لحیم کاری BGA در تولید لوازم الکترونیکی مدرن بسیار مهم است زیرا اتصالات قابل اعتماد بین بسته BGA و PCB را تضمین می‌کند. با این حال، اگر به اجرای صحیح نیاز دارید، باید برای دستیابی به نتایج با کیفیت بالا، بهترین شیوه‌ها را رعایت کنید. در زیر، مراحل و تکنیک‌های ضروری مربوط به این فرآیند را بررسی می‌کنیم.

تکنیک‌های لحیم‌کاری BGA

لحیم کاری BGA در درجه اول از دو تکنیک استفاده می‌کند: لحیم کاری جریانی و لحیم کاری دستی. روش اول شامل استفاده از اجاق جریانی برای گرم کردن خمیر لحیم است که باعث ذوب شدن آن و ایجاد اتصالات الکتریکی و مکانیکی قوی می‌شود. روش دوم برای تعمیرات و نمونه‌های اولیه استفاده می‌شود و برای دستیابی به بهترین نتایج ممکن به ابزارهای تخصصی مانند ایستگاه‌های هوای گرم و اپراتورهای ماهر نیاز دارد.

همانطور که قبلاً اشاره کردم، انتخاب یک تکنیک لحیم کاری BGA بستگی به کاربرد، مقیاس تولید و پیچیدگی طراحی PCB دارد.

الگوهای زمینی PCB BGA

طراحی مناسب الگوی زمین روی PCB برای لحیم کاری موثر BGA بسیار مهم است. الگوهای لند باید با گام و قطر توپ BGA مطابقت داشته باشند. این الگوها دارای پدهای بدون پوشش لحیم (NSMD) برای قابلیت اطمینان بهتر اتصال لحیم هستند. علاوه بر این، این الگوها شامل طرح‌های via-in-pad برای بردهای با چگالی بالا نیز هستند. در نهایت، اگر به استانداردهای IPC پایبند باشید، به شما کمک می‌کند تا نتایج ثابتی را تضمین کرده و نقص‌های لحیم‌کاری را کاهش دهید.

چاپ خمیر لحیم BGA

مهمترین مرحله، اعمال دقیق خمیر لحیم به PCB است. برخی از ملاحظات عبارتند از:

· طراحی شابلون: شما باید از شابلونی با اندازه روزنه‌های مناسب که با الگوی زمین مطابقت دارد، استفاده کنید.

· غلظت خمیر: همچنین باید مطمئن شوید که خمیر لحیم ویسکوزیته یکنواختی دارد تا از ایجاد حفره و شکاف جلوگیری شود.

· هم ترازی: برای جلوگیری از چاپ اشتباه، باید مراقب باشید که بین شابلون و PCB هماهنگی دقیقی برقرار شود.

قرار دادن کامپوننت

قرار دادن صحیح قطعات در بسته BGA روی PCB نیاز به دقت در تراز کردن توپ‌های لحیم با پدهای مربوطه دارد. خوشبختانه، معمولاً از دستگاه‌های خودکار برداشتن و گذاشتن برای این مرحله استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها موقعیت‌یابی دقیق، جابجایی ملایم برای جلوگیری از آسیب به بسته BGA و تأیید با استفاده از سیستم‌های بازرسی نوری برای تأیید ترازبندی را تضمین می‌کنند.

فرآیند لحیم کاری مجدد

La لحیم کاری مجدد این فرآیند معمولاً برای سفت کردن اتصالات لحیم استفاده می‌شود و همچنین اتصال الکتریکی را برقرار می‌کند. این فرآیند شامل موارد زیر است:

1. پیش گرم کردن: این مرحله به تدریج دما را افزایش می‌دهد و در نتیجه، شوک حرارتی را به حداقل می‌رساند.

2. خیساندن: این ماده دمای PCB را تثبیت می‌کند و شار را برای تمیز کردن سطوح فعال می‌کند.

3. منطقه جریان مجدد: این مرحله برای گرم کردن خمیر لحیم تا بالاتر از نقطه ذوب آن طراحی شده است. در نتیجه، به آن اجازه می‌دهد تا جریان یابد و اتصالات را تشکیل دهد.

4. خنک کننده: همانطور که از نام این مرحله مشخص است، لحیم را سفت می‌کند و از تنش حرارتی روی مجموعه جلوگیری می‌کند.

از این رو، تعیین دقیق دمای لحیم کاری برای جلوگیری از نقص‌ها و اشتباهاتی مانند پل لحیم، سنگ قبر یا حفره‌ها مهم است. با پیروی از مراحل ذکر شده در بالا، تولیدکنندگان می‌توانند اتصالات قوی و مجموعه‌های با کارایی بالا را تضمین کنند، و این برای کاربردهایی است که نیاز دارند bتمام gخلاص شدن از شر aاجزای آرایه.

بازرسی اتصال لحیم BGA

بازرسی BGA یکی از حوزه‌های فرآیند مونتاژ PCB است که هنگام معرفی BGAها، توجه قابل توجهی را به خود جلب کرد.

تکنیک های بازرسی

بازرسی BGA را نمی‌توان به روش معمول و با استفاده از تکنیک‌های نوری ساده انجام داد. زیرا، کاملاً بدیهی است که اتصالات لحیم زیر اجزای BGA قرار دارند و قابل مشاهده نیستند. این موضوع در ابتدا نگرانی قابل توجهی در مورد این فناوری ایجاد کرد. بسیاری از تولیدکنندگان آزمایش‌هایی را انجام دادند تا مطمئن شوند که می‌توانند اجزای BGA را به طور رضایت‌بخشی لحیم کنند.

علاوه بر این، کیفیت اتصال لحیم BGA نیاز به تکنیک‌های بازرسی تخصصی مانند بازرسی بصری، بازرسی با اشعه ایکس، برش عرضی و میکروسکوپ صوتی دارد. این تکنیک‌های بازرسی به طور فعال هرگونه مشکل پنهان لحیم‌کاری BGA را قبل از خروج محصولات از خط تولید شناسایی می‌کنند.

بازرسی اشعه ایکس برای BGA

اتصالات لحیم را نمی‌توان با بررسی عملکرد الکتریکی به طور کامل آزمایش کرد. اگرچه این نوع آزمایش فرآیند لحیم کاری BGA در آن زمان رسانایی را نشان می‌دهد، اما تصویر دقیقی از چگونگی موفقیت فرآیند لحیم کاری BGA ارائه نمی‌دهد. برای این منظور، تنها آزمایش، نوعی بازرسی BGA با استفاده از اشعه ایکس است.

بازرسی با اشعه ایکس می‌تواند از طریق دستگاه، محل اتصال لحیم شده زیرین را بررسی کند. در نتیجه، بازرسی خودکار با اشعه ایکس به یک فناوری اصلی برای بررسی PCB هایی که شامل BGA هستند تبدیل شد. خوشبختانه، اشاره شده است که هنگامی که مشخصات حرارتی برای دستگاه لحیم کاری BGA به درستی تنظیم شود، قطعات BGA به خوبی لحیم می‌شوند و مشکلات کمی در فرآیند لحیم کاری BGA ایجاد می‌شود.

عیب یابی اتصالات ضعیف BGA

یافتن و پرداختن به علت اصلی، قبل از اقدام به بازسازی BGA، کلیدی است. علل ریشه‌ای احتمالی اتصالات لحیم‌کاری بد BGA عبارتند از:

· ترک‌های ناشی از تنش حرارتی

· نقص یا آسیب توپ لحیم

· عدم هم‌ترازی بین توپ‌ها و زمین‌ها

· جذب رطوبت زیر بسته بندی

· جلوگیری از خیس شدن ناشی از آلودگی

· ارتفاع یا حجم خمیر لحیم ناکافی

بازسازی و تعمیر BGA

همانطور که پیش‌بینی می‌شد، بازسازی قطعات مونتاژ شده با BGA آسان نیست، مگر اینکه تجهیزات صحیح در دسترس باشد.

مروری بر بازسازی BGA

مراحل یک فرآیند بازسازی قطعات BGA معمولی عبارتند از:

1) آمادگی: اول از همه، فرآیند مونتاژ اولیه را برای عوامل احتمالی بررسی کنید. همچنین، مطمئن شوید که ابزارها و قطعات جایگزین آماده هستند.

2) حذف: در این مرحله، پدها را کاملاً تمیز کنید و هیچ اثری از آنها باقی نگذارید. سپس، دوباره شار را بمالید تا برای توپ‌های جدید آماده شوید. حالا، پدها را تعمیر کنید و الگوی فرود PCB را تنظیم کنید.

3) توپ زدن مجدد: ابتدا از یک شابلون برای اعمال توپ‌های لحیم جدید به پکیج BGA استفاده کنید و سپس توپ‌های لحیم را به ترمینال‌های پکیج وصل کنید.

4) جایگزینی: حالا، باید از چسب برای محکم کردن موقت قطعه استفاده کنید، BGA جدید را با دقت در محل تنظیم کنید و برای ایجاد اتصالات، جریان را دوباره برقرار کنید.

5) بازرسی: در پایان، ترازبندی و اتصالات گوی‌ها باید تأیید شود و هرگونه آسیب جانبی به پدها یا تخته باید ارزیابی شود.

تجهیزات بازسازی

تجهیزات معمول بازسازی BGA شامل موارد زیر است:

· پیش گرمکن به تدریج تخته را گرم می‌کند تا از شوک حرارتی جلوگیری شود.

· نازل هوای گرم جریان هوای گرم را برای گرمایش موضعی هدایت می‌کند.

· میکروسکوپ بزرگنمایی بالایی را برای بررسی هم‌ترازی و اتصالات فراهم می‌کند.

· پایه نگهدارنده PCB برای جلوگیری از گرم شدن، برد را زیر قطعه محکم کنید.

· حلقه بسته کنترل دما تعداد نازل‌ها نیز یکی از تجهیزات بازسازی‌شده است.

· فر بازسازی همرفتی برای بردهای کوچک است که به مشخصات حرارتی کامل فر نیاز دارند.

· جعبه ابزار BGA راهنماهای تراز، روان‌سازها، توپ‌ها، شابلون‌ها و چسب‌ها را فراهم می‌کند.

این ابزارهای تخصصی بازسازی به حذف و جایگزینی صحیح BGAها با حداقل آسیب جانبی کمک می‌کنند.

فرآیند دوباره کاری

اگر یک قطعه BGA مشکوک به معیوب بودن باشد، می‌توان آن را جدا کرد. این کار با گرم کردن موضعی قطعه BGA برای ذوب شدن لحیم زیر آن انجام می‌شود. در بازسازی BGA در این فرآیند، گرمایش اغلب در یک ایستگاه بازسازی تخصصی انجام می‌شود. این ایستگاه شامل یک دستگاه مجهز به بخاری مادون قرمز، یک دستگاه خلاء برای بلند کردن بسته و یک ترموکوپل برای نظارت بر دما است.

دقت زیادی لازم است تا مطمئن شویم که فقط BGA گرم و جدا می‌شود. سایر دستگاه‌های مجاور باید تا حد امکان کمتر تحت تأثیر قرار گیرند؛ در غیر این صورت، ممکن است آسیب ببینند.

نتیجه

به طور خلاصه، فناوری BGA به طور کلی و لحیم کاری BGA به طور خاص، این فرآیندها از زمان معرفی بسیار موفق بوده‌اند. اکنون آنها بخش مهمی از فرآیند مونتاژ PCB هستند که در اکثر شرکت‌ها برای مونتاژ نمونه اولیه PCB و تولید انبوه استفاده می‌شوند.

PCBasic ما ایستگاه‌های بازسازی BGA را ارائه می‌دهیم تا به شما در تنظیم فرآیند بازسازی BGA داخلی‌تان کمک کنیم. اجازه دهید به شما در جلوگیری از بازسازی‌های رایج BGA کمک کنیم. اشتباهاتی که برای کسانی که روی این اجزای منحصر به فرد کار کرده‌اند، آشناست.

متناوبا می توانید با ما تماس بگیرید امروز برای بحث در مورد پیشنهادات خدمات ما، از جمله تمام جنبه‌های بازسازی BGA.