الجوانب الرئيسية لعملية تجميع SMT لمكونات BGA

الكلمات المفتاحية: تجميع BGA

مع النمو السريع للدوائر المتكاملة (ICs) واسعة النطاق للغاية، لم تعد أنواع التغليف الحالية تلبي متطلبات تجميع الإلكترونيات، ونتيجة لذلك ظهرت أنواع تغليف جديدة بسبب الطلب المتزايد على تكامل أعلى، ومساحة لوحة أصغر، وعدد أكبر من مداخل/مخارج الإدخال والإخراج. من بين جميع الأشكال الأحدث للحزم المذكورة أعلاه، فإن حزمة BGA (صفيف كروي شبكي) هي النوع الرئيسي ذو أوسع مجالات التطبيق بسبب تنوعها، الذي يتغلب على العديد من القيود الموجودة في الحزم الأقدم. من حيث تكنولوجيا اللحام، فإن حزمة BGA تشبه إلى حد كبير الحزم السابقة، مثل حزمة QFP (الحزمة المسطحة الرباعية). ومع ذلك، يتم استبدال المسامير بكريات اللحام، مما أدى إلى ثورة في تجميع الإلكترونيات وإدخال حزم مشتقة مثل CSP. تم دمج لحام تجميع BGA مع تقنية SMT التقليدية (تقنية التركيب السطحي) ويمكن تنفيذه باستخدام معدات تجميع SMT القياسية.

صفيف الكرة الشبكي (BGA) هو تغليف للتركيب السطحي مع وصلات كريات اللحام أسفل المكون. تمتلك حزم BGA كثافة موصل أعلى من طرق التغليف الأخرى، ومع ذلك، قد يكون من الصعب لحامها بنجاح في تجميع تقنية التركيب السطحي (SMT).

يقلل استخدام BGA (صفيف الكرة الشبكي) بشكل كبير من أخطاء التجميع عندما يجد ممارسو تقنية التركيب السطحي (SMT) / مكونات التركيب السطحي (SMD) أن حزمة QFP (الحزمة المسطحة الرباعية) ذات درجة تباعد 0.3 مم غير قادرة على تحقيق إنجاز جودة SMT. وفقًا لنظرية النظام، فإن تقليل مستوى صعوبة تكنولوجيا العمليات يؤدي إلى حل المشكلات في أسرع وقت ممكن وجعل جودة المنتج أكثر سهولة في التحكم، وهو ما يتوافق مع مفهوم التصنيع الحديث، على الرغم من أن فحص مكونات BGA يصعب تنفيذه. سوف يفحص هذا المدون ويحلل طريقة تجميع SMT لمكونات BGA من جميع الجوانب باستخدام التصنيع الحجمي الفعلي.

نظرة عامة على حزم BGA

المزايا

تقدم مكونات BGA مزايا متنوعة:

• وصلات مترابطة أكثر من المكونات ذات التوصيل المحيطي
• بصمة أصغر من المكونات ذات التوصيل المحيطي
• أطوال وصل قصيرة
• حماية للشريحة ووصلات الأسلاك.

التحديات

ومع ذلك، فإن لحام BGA يطرح مشاكل عملية

• تقاطعات اللحام مدفونة أسفل الحاوية.
• تقيّم البصمة الكثيفة للحزمة طباعة معجون اللحام
• تؤثر الكتلة الحرارية لحزم BGA الكبيرة على التشكيل الحراري.
• حساسية لتقوس اللوحة والتسطح المشترك
• تتطلب تقاطعات لحام BGA القوية تحكمًا دقيقًا في العملية.

الميزات الرئيسية لعملية تجميع SMT لمكونات BGA

المعالجة المسبقة

على الرغم من أن بعض مكونات BGA أقل حساسية للرطوبة، إلا أنه يجب خبز جميع المكونات عند 125 درجة مئوية حيث لم يثبت أن الخبز بدرجة حرارة منخفضة له أي آثار ضارة. هذا ينطبق أيضًا على لوحات الدوائر المطبوعة العارية الجاهزة لتجميع SMT. بعد كل شيء، يمكن معالجة الرطوبة أولاً، مما يؤدي إلى عيوب أقل في كريات اللحام وتحسين قابلية اللحام.

طباعة معجون اللحام

وفقًا لخبرتي في التجميع، عادةً ما يكون من السهل تنفيذ طباعة معجون اللحام على مكونات BGA ذات درجة تباعد أكبر من 0.8 مم ومكونات QFP ذات درجة تباعد 0.5 مم. ومع ذلك، قد تكون هناك حالات تحتاج فيها القصدير إلى التصحيح يدويًا لأن بعض كريات اللحام لم تحصل على طباعة كافية من معجون اللحام، مما يؤدي إلى إزاحة في اللحام أو دوائر قصيرة.

ومع ذلك، لا يُعتقد أن معجون اللحام أسهل في الطباعة على مكونات BGA ذات درجة 0.8 مم مقارنة بمكونات QFP ذات درجة 0.5 مم. يُعتقد أن العديد من المهندسين يدركون الفرق بين الطباعة الأفقية والرأسية على QFP ذات درجة 0.5 مم، وهو ما يمكن تفسيره ميكانيكيًا. وبالتالي، يمكن لبعض الطابعات الطباعة بزاوية 45 درجة. وفقًا لفكرة أن الطباعة تلعب دورًا مهمًا في تجميع SMT، يجب إيلاء الاهتمام الكافي.

الوضع والتركيب

وفقًا لتجربة التجميع الفعلية، نظرًا لأن الخصائص الفيزيائية تؤدي إلى قابلية تصنيع عالية، فإن مكونات BGA أسهل في التركيب من مكونات QFP ذات درجة 0.5 مم. ومع ذلك، فإن أكبر مشكلة نواجهها خلال عملية تجميع SMT هي الاهتزاز في المكونات عند استخدام فوهة كبيرة بحلقة مطاطية لوضع المكونات على لوحات الدوائر المطبوعة الأكبر من 30 مم. بناءً على الدراسات، يُعتقد أن ذلك يحدث نتيجة للضغط الزائد داخل الفوهة بسبب قوة التركيب المفرطة، ويمكن القضاء عليه بإجراء تغييرات مناسبة. لمكونات BGA تأثير واضح للتمركز الذاتي أثناء عملية اللحام بسبب التوتر السطحي للحام، لذلك يقوم بعض المصممين عمدًا بتكبير الوسادات في الزوايا الأربعة في تصميم وسادة BGA لجعل تأثير التمركز الذاتي أكثر وضوحًا، مما يضمن أن مكونات BGA يمكنها إعادة الضبط الذاتي عندما تتغير مواقع التركيب.

اللحام

لحام الريفلو باستخدام الهواء الساخن هو إجراء غير معتاد في عملية تجميع SMT، أو يمكن تصنيفه كتقنية فريدة. على الرغم من أن مكونات تجميع BGA لها منحنى زمني ودرجة حرارة مساوٍ للمنحنى القياسي، إلا أنها تختلف عن غالبية مكونات SMD التقليدية من حيث لحام الريفلو. تقع وصلات اللحام لمكونات BGA أسفل المكونات، بين جسم المكون ولوحة الدوائر المطبوعة، مما يعني أن مكونات BGA تتأثر بشكل أكبر بوصلات اللحام مقارنة بمكونات SMD النموذجية، التي تقع دبابيسها على محيط جسم المكون. على الأقل، تكون معرضة مباشرة للهواء الساخن. تظهر حسابات وممارسات المقاومة الحرارية أن كرات اللحام في الجزء الأوسط من جسم مكون BGA تشهد تأخيرًا حراريًا، وارتفاعًا معتدلًا في درجة الحرارة، ودرجة حرارة قصوى منخفضة.

التفتيش

بسبب الهياكل الفيزيائية لمكونات BGA، لا يمكن للتفتيش البصري أن يلبي احتياجات فحص وصلات اللحام المخفية، وبالتالي يلزم التفتيش بالأشعة السينية للكشف عن عيوب اللحام مثل الثقوب الهوائية، والفراغات، والدوائر القصيرة، وكرات اللحام المفقودة. العيب الوحيد لفحص الأشعة السينية هو تكلفته العالية.

الإصلاح

ازدادت أهمية إصلاح BGA بسبب الانتشار الواسع لمكونات BGA واعتماد السلع الإلكترونية للهاتفية الشخصية. ومع ذلك، على عكس مكونات QFP، لا يمكن إعادة استخدام مكونات BGA بمجرد تفكيكها من لوحة الدوائر المطبوعة.

الآن بعد أن أصبحت تقنية تغليف BGA هي القاعدة في تجميع SMT، لا يجب الاستهانة أبدًا بمستوى تعقيدها التكنولوجي، ويجب تقييم الجوانب الرئيسية التي تمت مناقشتها في هذه المقالة بدقة وشمولية، مع حل المخاوف بشكل منطقي. عند اختيار مصنع أو مجمع تعاقدي إلكتروني، ابحث عن خط إنتاج محترف بالإضافة إلى قدرات ومعدات تجميع على نطاق كامل.

في عملية تجميع BGA، تعتبر الحماية من الكهرباء الساكنة وتجفيف مكونات BGA عوامل إضافية يجب مراعاتها. تتطلب مكونات BGA عادةً حاويات خاصة توفر حماية من الكهرباء الساكنة. خلال عملية تجميع لوحة الدوائر المطبوعة، يجب تنفيذ إجراءات صارمة للحماية من الكهرباء الساكنة، بما في ذلك تأريض المعدات، وإدارة الموظفين، والإدارة البيئية.

الخلاصة

لتلخيص ذلك، تقدم منتجات مصفوفة الكرات الشبكية تحسينات كبيرة في كثافة التوصيل ولكنها تواجه مشاكل فريدة في عملية اللحام. يمكن الحصول على وصلات لحام عالية الجودة لمصفوفة الكرات الشبكية باتباع الخطوات السبع المحددة للطباعة الدقيقة، والتجميع الصحيح، وإعادة التدفق المثلى، وتصميم لوحات مرنة، وضوابط التعامل، والتفتيش الشامل. مع تطور التغليفات المتطورة، سيكون الابتكار الإضافي في العمليات ضرورياً لتحقيق عوائد مقبولة وموثوقية. بفضل سنوات عديدة من الخبرة في إدارة طلبات تجميع لوحة الدوائر المطبوعة من عملاء عالميين، تستطيع شركة EFPCB لحام أي نوع تقريباً من القطع على لوحات الدوائر، بما في ذلك مكونات تجميع مصفوفة الكرات الشبكية. بين جميع الأشكال الأحدث للتغليف، تُعد حزمة مصفوفة الكرات الشبكية النوع الرئيسي ذو أوسع مجالات التطبيق بسبب تنوعها، مما يتغلب على العديد من القيود الموجودة في الحزم القديمة.