بال گرڈ اری (BGA) پیکجز کیا ہے؟

آج، ہم پی سی بی لے آؤٹ کے لحاظ سے کچھ پرلطف اور کچھ زیادہ جدید کے بارے میں بات کریں گے: BGA پیکج کا ایک فوری تعارف۔ اگر آپ ایک نئے ڈیزائنر ہیں تو، BGA کا آئیڈیا حد سے زیادہ پیچیدہ معلوم ہو سکتا ہے، لیکن یہ ایک پیکج میں انتہائی فعال اجزاء کو نصب کرنے کے لیے ضروری ہے۔

بہت سے طاقتور اجزاء کو BGAs کے طور پر نصب کیا جاتا ہے، لہذا آپ کے PCB لے آؤٹ میں ان کے ساتھ کام کرنے کا طریقہ جاننا ضروری ہے۔ آئیے اس میں داخل ہوں۔

پی سی بی بورڈ پر بی جی اے کیا ہے؟

BGA کا کیا مطلب ہے؟ لہذا، بال گرڈ سرنی عام طور پر ایک مربع شکل کا جزو ہوتا ہے، حالانکہ یہ مستطیل ہو سکتا ہے، مختلف گیندوں کو باقاعدہ پیٹرن میں ترتیب دیا جاتا ہے۔ یہ یا سولڈر گیندیں عنصر کے نیچے ہیں۔ اسمبلی کے دوران، آپ BGA کو پاؤں کے نشان پر رکھتے ہیں، اسے گرم کرتے ہیں، سولڈر پگھل جاتا ہے، اور یہ بورڈ سے چپک جاتا ہے۔

اسے زیادہ آسان بنانے سے گریز کریں؛ یہ ان اجزاء کے پیچھے بنیادی خیال ہے. کبھی کبھی، آپ پیٹرن میں غائب گیندوں کو دیکھیں گے، لہذا یاد رکھیں. BGAs کو آپ کے PCB لے آؤٹ میں مخصوص قدموں کے نشانات کی ضرورت ہوتی ہے، اور آپ کو یہ بھی طے کرنا ہوگا کہ ان میں نشانات کو کیسے روٹ کیا جائے۔

یہ پیڈ کے سائز اور پچ یا گیندوں کے درمیان فاصلے پر منحصر ہے۔ موٹے پچ BGAs میں بڑی پچ ہوتی ہے، عام طور پر 1mm سے 5mm تک، جبکہ فائن پچ BGA کی پچز 0.5mm سے کم ہوتی ہیں۔

BGA پیکجز کی اقسام کیا ہیں؟

بال گرڈ اری (BGA) پیکج انٹیگریٹڈ سرکٹس (IC) کے لیے سطحی ماؤنٹ ٹیکنالوجی کی ایک قسم ہے۔ روایتی پیکجوں کے برعکس جس میں پن سائیڈوں سے چپک جاتے ہیں، BGAs میں سولڈر بالز براہ راست اپنے نیچے سے منسلک ہوتے ہیں۔

یہ ایک چھوٹا فٹ پرنٹ، اعلی پن کاؤنٹ، اور بہتر برقی کارکردگی کو قابل بناتا ہے۔ بہر حال، مختلف قسم کے BGA پیکجز مختلف ضروریات کے لیے موزوں ہیں۔

پلاسٹک بال گرڈ اری (PBGA):

سبسٹریٹ: پی بی جی اے ایک اقتصادی ٹکڑے ٹکڑے کا مواد استعمال کرتا ہے، جو عام طور پر رال پر مشتمل ہوتا ہے جیسے بسمالیمائڈ ٹرائیزائن (BT)۔

اسمبلی: سبسٹریٹ وہ جگہ ہے جہاں ڈائی (یا بی جی اے چپ) چہرے کی طرف منسلک ہوتی ہے۔ یہ ڈائی سے سبسٹریٹ سے جڑی ہوئی تاروں سے برقی طور پر جڑا ہوا ہے۔ آخر میں، ایک پلاسٹک کا سانچہ اس کی حفاظت کے لیے کل اسمبلی کو باہر نکالتا ہے۔

ٹیپ بال گرڈ اری (TBGA):

سبسٹریٹ: سخت لیمینیٹ کی بجائے، TBGAs پتلی، لچکدار ٹیپ کو سبسٹریٹس کے طور پر استعمال کرتے ہیں۔ یہ ٹیپ اکثر پولیمائیڈ فلم پر مشتمل ہوتی ہے جس میں ایک اینچ شدہ کوندکٹو دھاتی پرت ہوتی ہے۔

اسمبلی: جیسا کہ PBGA کیس میں ہوتا ہے، یہ ڈائی ٹیپ سبسٹریٹ کے ساتھ چہرہ نیچے کے ساتھ جوڑتی ہے۔ کنکشن کے لئے، وہ conductive bumps یا سولڈر استعمال کرتے ہیں. آخر میں، ٹانکا لگانے والی گیندیں بے نقاب نیچے پیڈ کو آباد کرتی ہیں۔

سیرامک ​​بال گرڈ اری (CBGA):

سبسٹریٹ: سی بی جی اے سیرامک ​​سبسٹریٹ کا استعمال کرتے ہیں، جس میں پلاسٹک یا ٹیپ سے زیادہ تھرمل چالکتا ہوتا ہے۔ - یہ سیرامکس عام طور پر ایلومینا پر مبنی مادے جیسے ایلومینیم آکسائیڈ (Al2O3) ہو سکتے ہیں۔

اسمبلی: ڈائی کو سیرامک ​​سبسٹریٹ پر آمنے سامنے رکھا جاتا ہے۔ اس عمل میں PBGAs کی طرح کولپس بی جی اے چپ کنکشن (C4) شامل ہے۔ یہ تکنیک دباؤ سے متاثر کنڈکٹیو ستونوں کی تشکیل کو ملازمت دیتی ہے۔ اس تکنیک کو سبسٹریٹ پیڈ کے ساتھ ڈائی کو آپس میں جوڑنے کے لیے شامل کیا گیا ہے۔ آخر میں، ٹانکا لگانے والی گیندیں نچلے حصے میں بے نقاب دھاتی پیڈ سے منسلک ہوتی ہیں۔

فلپ چپ بال گرڈ اری (FCBGA):

سبسٹریٹ: FCBGAs CBGAs سے ملتے جلتے ہیں۔ تاہم، ان میں ایک نمایاں فرق ہے۔ ان میں ڈائی کو پلٹنا اور اسے براہ راست سبسٹریٹ پر چڑھانا، یعنی چہرہ نیچے اٹیچمنٹ شامل ہے۔ اس معاملے میں وائر بانڈنگ کا استعمال نہیں کیا گیا تھا، اس طرح برقی راستے کی لمبائی کم ہوتی ہے اور سگنل کی سالمیت میں بہتری آتی ہے۔

اسمبلی: انڈر فل میٹریل سبسٹریٹ پر ڈائی کی مکینیکل مدد اور نمی کے تحفظ دونوں کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ اس کے بعد سولڈر گیندوں کو ڈائی کے نیچے کی طرف بے نقاب دھاتی پیڈ سے منسلک کیا جاتا ہے۔

مائیکرو بال گرڈ سرنی (ایم بی جی اے):

سبسٹریٹ: MBGAs ایک نمایاں طور پر کم اور چھوٹے سبسٹریٹ کا استعمال کرتے ہیں، جو عام طور پر TBGAs کی طرح پولیمائیڈ فلم سے بنا ہوتا ہے۔ پیکج کا سائز ڈائی جیسا ہی ہے، جس میں انتہائی چھوٹے فٹ پرنٹ ہیں۔

اسمبلی: ڈائی فیس ڈاون کو ٹیپ سبسٹریٹ پر جوڑنے کے لیے کنڈکٹو بمپ یا سولڈر استعمال کیا جاتا ہے۔ نتیجے کے طور پر، اسمبلیوں میں سخت گیند کی پچیں ہوتی ہیں (سولڈر بال سپیسنگ)، عین اسمبلی کی تکنیک کی ضرورت ہوتی ہے۔

فوائد: MBGAs سب سے چھوٹا ممکنہ پیکیج سائز ہے اور اس وجہ سے، موبائل فونز اور پہننے کے قابل گیجٹس جیسے انتہائی چھوٹے آلات میں لاگو کیا جا سکتا ہے۔

خرابیاں: گیندوں کے درمیان مائنیچرائزیشن اور سخت پچ ان BGAs کو سنبھالنے یا جمع کرنا مشکل بنا دیتے ہیں۔

فائن پچ بال گرڈ اری (FBGA)

FBGAs کے سبسٹریٹ، جو عام طور پر PBGAs اور CBGAs جیسے مواد سے بنائے جاتے ہیں، جو کہ ٹکڑے ٹکڑے یا سرامک سبسٹریٹس ہوتے ہیں، ان کی سولڈر بال پچ میں فرق کرنے والا عنصر ہوتا ہے۔

اسمبلی: FBGA اسمبلی بالکل دوسری BGA اقسام کی طرح ہے، لیکن ان میں گیندوں کے درمیان فاصلہ بہت کم ہوتا ہے، یعنی سولڈر بال پچز۔ لہذا آپ ایک محدود علاقے میں بہت سے پن رکھ سکتے ہیں۔

فوائد: FBGAs ڈیزائنرز کے لیے ایک بہترین انتخاب ہیں جو چھوٹے پیکج کے سائز اور پن کی زیادہ تعداد میں توازن رکھتے ہیں۔ وہ ایپلی کیشنز میں اچھی طرح سے کام کرتے ہیں جن کو ایک محدود جگہ کے اندر بہت سے کنکشن کی ضرورت ہوتی ہے۔

نقصانات: ایسی عمدہ پچ حاصل کرنے کے لیے، ان اجزاء کی تیاری اور اسمبلنگ کے طریقے بالکل درست ہونے چاہئیں۔ اس طرح، باقاعدگی سے BGA پیکجوں کے مقابلے میں لاگت میں اضافہ ہوتا ہے، جس میں سخت وقفہ کاری کی وجہ سے معائنہ یا دوبارہ کام کو پریشانی کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔

تھرمل طور پر بڑھا ہوا بال گرڈ اری (TEBGA):

سبسٹریٹ: TEBGAs میں استعمال ہونے والے مواد میں لیمینیٹ سے لے کر سیرامکس تک ملاوٹ ہوتی ہے۔ ایک قابل ذکر فرق گرمی کی کھپت کے اضافی ڈھانچے کو شامل کرنا ہے۔

اسمبلی: TEBGA قسم کے لحاظ سے مینوفیکچرنگ کے عمل مختلف ہو سکتے ہیں۔ تاہم، زیادہ تر ڈیزائنوں میں بہتر گرمی پھیلانے یا پیکجوں کے اوپر ہیٹ اسپریڈر پلیٹیں رکھنے کے لیے سبسٹریٹس پر تانبے کی موٹی تہوں کا استعمال شامل ہوتا ہے۔

BGA کے فوائد اور نقصانات

BGA پیکجز کے فوائد:

چھوٹے پاؤں کا نشان: BGA پیکیج روایتی لیڈڈ پیکجوں کے مقابلے میں پھیلا ہوا پنوں کی ضرورت کو ختم کرتا ہے۔ یہ چھوٹے BGA الیکٹرانکس جیسے اسمارٹ فونز اور لیپ ٹاپس کے لیے زیادہ کمپیکٹ ڈیزائن کی اجازت دیتا ہے۔

زیادہ پن کاؤنٹ: BGAs میں سولڈر گیندیں پیکیج کے پورے نچلے حصے میں پھیلی ہوئی ہیں۔ لہذا، وہ بہت سے کنکشن کو ایڈجسٹ کر سکتے ہیں. ایسی BGA چپس کا ہونا ضروری ہے کیونکہ ان میں متعدد ان پٹ اور آؤٹ پٹس ہوتے ہیں، اس لیے بہت سے ان پٹ آؤٹ پٹ کنکشنز کی ضرورت ہوتی ہے۔

بہتر برقی کارکردگی: بہتر سگنل کی سالمیت اور اعلی آپریٹنگ رفتار کا نتیجہ برقی راستے کی مختصر لمبائی سے ہوتا ہے۔ یہ ڈائی (بی جی اے چپ) اور پی سی بی (پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ) کے درمیان براہ راست جڑنے والی سولڈر بالز کی وجہ سے ہوتا ہے۔ یہ خاص طور پر اعلی تعدد ایپلی کیشنز میں مفید ہے۔

بہتر گرمی کی کھپت: ان کی قسم پر منحصر ہے، کچھ BGAs نے تھرمل کارکردگی کو بہتر بنایا ہے۔ مثال کے طور پر، مواد سیرامک ​​BGAs (CBGAs) اور Thermally Enhanced BGAs (TEBGAs) استعمال کرتے ہیں۔ یہ ڈائی سے پی سی بی میں گرمی کی منتقلی کی اجازت دیتا ہے، جس کے نتیجے میں زیادہ گرمی کی روک تھام ہوتی ہے۔

لوئر انڈکٹنس: BGA سولڈر بال لے آؤٹ لیڈڈ پیکجوں کے مقابلے میں مجموعی طور پر کم انڈکٹنس رکھتا ہے۔ ہائی فریکوئنسی سرکٹس کے لیے، یہ سگنل کی تحریف کو کم کرتا ہے، اس طرح سسٹم کی کارکردگی بہتر ہوتی ہے۔

BGA پیکجز کے نقصانات:

مینوفیکچرنگ پیچیدگی: روایتی لیڈڈ پیکجوں کے برعکس، BGA پیکیجنگ کا عمل، خاص طور پر جب فائن پچ بالز یا پیچیدہ تھرمل مینجمنٹ فیچرز شامل ہوں، زیادہ کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس سے مدد ملے گی اگر آپ کے پاس اسمبلی کے دوران جدید ترین سامان ہو۔ اس سے مینوفیکچرنگ لاگت بھی بڑھ جاتی ہے۔

معائنہ اور دوبارہ کام کے چیلنجز: BGA پیکج سولڈر جوڑوں کا بصری معائنہ پیچیدہ ہے کیونکہ وہ پیکیج کے نیچے ہیں۔ اس میں دوبارہ کام یا مرمت بھی شامل ہے، یہ دیکھتے ہوئے کہ ناقص BGA اجزاء کو ڈی سولڈر کرنا سیسہ والے حصوں کو تبدیل کرنے سے زیادہ پیچیدہ ہے۔

تناؤ کی حساسیت: تھرمل توسیع اور کمپن کے نتیجے میں BGAs پر مکینیکل تناؤ ہوتا ہے۔ اگر مناسب طریقے سے ڈیزائن اور جمع نہیں کیا گیا ہے، تو یہ بالآخر سولڈر جوڑوں میں ناکام ہوسکتا ہے.  

دوبارہ استعمال کی محدود صلاحیت: عام طور پر، ایک بار جب BGAs کو پی سی بی پر سولڈر کیا جاتا ہے، تو ان کا مقصد آسانی سے ہٹانے اور دوبارہ استعمال کرنے کا نہیں ہوتا ہے۔ یہ ایک نقصان ہے جب بار بار اجزاء کی تبدیلی، مثال کے طور پر، پروٹو ٹائپنگ کے عمل کے دوران، ضرورت پڑ سکتی ہے۔

ماحولیاتی وجہ: کچھ BGA پیکجز، خاص طور پر پرانی اقسام، سولڈر بالز میں سیسہ رکھتے ہیں۔ دوسری طرف، ماحولیاتی خدشات نے لیڈ فری سولڈرز کی ترقی کا باعث بنی ہے، جو کہ زیادہ پگھلنے والے درجہ حرارت اور سولڈر جوائنٹ کے ٹوٹنے کی صلاحیت جیسے چیلنجوں کے ساتھ آتے ہیں، جو ان مواد کے مکینیکل رویے کے لحاظ سے اثرات کا باعث بنتے ہیں۔

PCBasic کا BGA کے معیار کا معائنہ

PCBasic ایک مکمل PCB اسمبلی سروس پیش کرتا ہے جس میں BGA حصے شامل ہیں۔ ایکس رے معائنہ کا استعمال ان کے QC اقدامات کے حصے کے طور پر بھی کیا جاتا ہے تاکہ BGA سولڈر جوائنٹ کی درست تشکیل کی تصدیق کی جا سکے۔

ایکس رے معائنہ BGA انٹرکنکشنز میں نقائص کو ظاہر کرتا ہے، جیسے voids، دراڑیں، یا ناکافی سولڈر۔ ایسا کرنے سے، اس طرح کے مسائل سے جلد بچا جا سکتا ہے، جس سے بجلی کے کنکشن خراب ہو سکتے ہیں اور حتمی اسمبلی کا کام نہیں ہو سکتا۔

بال گرڈ اری (BGA) پیکجز استعمال کرنے کے لیے PCB ڈیزائن کی تجاویز

فوٹ پرنٹ ڈیزائن:

درستگی: یقینی بنائیں کہ آپ کے پی سی بی لے آؤٹ پر بی جی اے پیکیج فٹ پرنٹ کو درست طریقے سے ٹھیک کریں۔ آپ کو مینوفیکچرر کی ڈیٹا شیٹ کی تفصیلات پر عمل کرنا ہوگا۔ اس میں سولڈر بال پچ (گیندوں کے درمیان فاصلہ)، پیڈ کا قطر، اور سٹینسل یپرچر کا سائز شامل ہوگا۔

سولڈر ماسک: ایک سولڈر ماسک کی وضاحت کریں جو سولڈر بال پیڈ سے تھوڑا چھوٹا ہو۔ سولڈر اسمبلی کے دوران ٹانکا لگانا بند کر دیتا ہے۔

سٹینسل ڈیزائن: مناسب سٹینسل موٹائی کا تعین کرنے کے لیے اپنے PCB مینوفیکچرر کے ساتھ تعاون کریں۔ اس کے بعد، سولڈر پیسٹ کی درست جمع کے لیے یپرچر کا سائز۔

تھرمل ریلیف ویاس: BGA پیڈ کے ارد گرد تھرمل ریلیف ویاس استعمال کرنے پر غور کریں۔ یہ پیکج سے گرمی کی کھپت میں اضافہ کرے گا.

پرت اسٹیک اپ:

سگنل کی سالمیت: سگنل کی سالمیت کو برقرار رکھنے کے لیے تیز رفتار سگنلز کے لیے کافی سگنل لیئرز اور کنٹرولڈ امپیڈینس پروفائلز کے ساتھ ایک مناسب پرت کا اسٹیک اپ چنیں۔ BGAs کو روٹ کرتے وقت، سگنل کراسسٹالکس اور عکاسی سے بچنے کے لیے اکثر محتاط منصوبہ بندی ضروری ہوتی ہے۔

پاور اور گراؤنڈ ہوائی جہاز: بجلی کی مستحکم ترسیل اور شور کو کم کرنے کے لیے الگ الگ پاور اور زمینی طیارے فراہم کریں، خاص طور پر جب ہائی پاور BGAs سے نمٹ رہے ہوں۔

انتظام کے ذریعے: BGA کے نیچے بھیڑ سے بچتے ہوئے سگنل پاتھ کی لمبائی کو کم سے کم کرنے کے لیے حکمت عملی سے ویاس رکھیں۔ ویا ان پیڈ ٹیکنالوجی BGA سے اندرونی تہوں تک موثر روٹنگ کے لیے ایک مناسب غور ہے۔

روٹنگ کی حکمت عملی:

فین آؤٹ پیٹرن: پی سی بی کی سطح کی تہہ پر فائن پچ BGA گیندوں سے وسیع تر نشانات پر منتقلی کے وقت ایک کنٹرول شدہ فین آؤٹ پیٹرن استعمال کیا جانا چاہیے۔ مثالوں میں کتے کی ہڈی یا آنسو کے قطرے کی شکلیں شامل ہیں جو عام طور پر استعمال ہوتی ہیں۔

Escape Routing: BGA پیکیج سگنلز کے لیے Escape Routing کے راستوں کو مؤثر طریقے سے پلان کریں۔ اس میں عام طور پر اہم سگنلز کو ترجیح دینا اور روٹنگ چینلز کو ان کے فنکشن اور پرت اسائنمنٹ کی بنیاد پر مختص کرنا شامل ہے۔

تیز رفتاری کے تحفظات: تیز رفتار سگنلز کے لیے، اس بات کو یقینی بنائیں کہ روٹنگ کے راستے میں کوئی رکاوٹ نہیں ہے، اس کے پار مستقل رکاوٹ برقرار رکھتے ہوئے، تیز موڑ یا لمبائی کی مماثلت کو کم سے کم کرتے ہوئے؛ اہم تفریق جوڑوں کے لیے تفریق روٹنگ تکنیکوں کے استعمال پر غور کریں۔

تیاری کے لیے ڈیزائن (DFM):

اجزاء کی جگہ کا تعین: ایکسرے معائنہ میں رکاوٹ سے بچنے اور BGA کے ارد گرد کافی روٹنگ کلیئرنس کی اجازت دینے کے لیے اجزاء کو حکمت عملی کے ساتھ بورڈ پر رکھا جانا چاہیے۔

سٹینسل ڈیزائن: اس بات کو یقینی بنائیں کہ آپ کا پی سی بی مینوفیکچرر آپ کے سٹینسل ڈیزائن کو چیک کرتا ہے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ یہ تمام BGA پیڈز کے لیے سولڈر پیسٹ کو مناسب طریقے سے جمع کرتا ہے۔

اسمبلی: پی سی بی کو خودکار اسمبلی کے عمل کے لیے ڈیزائن کرتے وقت BGA پیکیج کا سائز اور پچ ایک عنصر ہونا چاہیے۔ پک اینڈ پلیس آلات اور اجزاء کی مناسب ہینڈلنگ کے لیے بھی کافی جگہ ہونی چاہیے۔

ٹیسٹ ایبلٹی کے لیے ڈیزائن (DFT):

ٹیسٹ پوائنٹس: BGA سگنلز کے لیے مخصوص ٹیسٹ پوائنٹس کو جمع کرنے کے بعد برقی جانچ کے لیے شامل کیا جانا چاہیے۔

باؤنڈری اسکین (JTAG): اگر BGA میں دستیاب ہو تو، باؤنڈری اسکین (JTAG) کی صلاحیتوں کو استعمال کریں، جس سے سرکٹ میں ٹیسٹ اور غلطی کا پتہ لگائیں۔

نتیجہ

BGA پیکج میں روٹ کرتے وقت، ضروری سگنل کی تہوں کی تعداد کو گننا اور کنٹرول شدہ رکاوٹ کے لیے جہاز کی تہوں کے ساتھ ان کو آپس میں ملانا ضروری ہے۔ جوں جوں پچز بہتر ہوتی جاتی ہیں، پیڈ اور ویاس سائز کو سکڑنے کی ضرورت ہوتی ہے، اور آخر کار، مائیکرو ویاس یا وائی ان پیڈ تکنیک کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہمیشہ ڈیٹا شیٹس کا حوالہ دیں اور پیڈ کے سائز اور سولڈر ماسک کھولنے کے بارے میں سفارشات کے لیے اپنے فیبریکیٹر سے مشورہ کریں۔