ریبال آی سی BGA و مونتاژ آی سی BGA

در سالهای اخیر دانش الکترونیک به سمت فناوری نانو الکترونیک پیشرفت کرده و یکی از زیر مجموعه های این دانش استفاده از قطعات BGA در تولید مدارات الکترونیکی است.این قطعات مدارهای مجتمعی هستند که هریک شامل چندین قطعه در سایز های نانو متری هستند.در این مقاله میخواهیم ابتدا موضوعاتی از قبیل مفهوم ریبال و بیک،علل خرابی آی سی های BGA،علت استفاده از آی سی هایBGA،ابزار های مورد استفاده درریبال آی سی BGA و مونتاژ آی سی BGA را بررسی کنیم.

ریبال چیست ؟

ریبال چیست (Reballing) در الکترونیک به فرایندی گفته می‌شود که طی آن توپ‌های قلع (solder balls) را بر روی چیپ‌های BGA (Ball Grid Array) دوباره نصب می‌کنند. این فرایند معمولاً زمانی انجام می‌شود که اتصالات لحیم‌کاری در چیپ‌های BGA خراب یا ضعیف شده‌اند، که می‌تواند به دلیل حرارت زیاد، تنش‌های مکانیکی یا گذشت زمان باشد. در ریبال پیست، ابتدا چیپ از مدار چاپی جدا شده و توپ‌های قلع قدیمی از سطح چیپ پاک می‌شوند. سپس توپ‌های جدید قلع بر روی چیپ نصب شده و با استفاده از گرما به محل مورد نظر لحیم می‌شوند. این فرایند باعث می‌شود تا چیپ مجدداً با اتصالات الکتریکی قوی و پایدار به مدار چاپی متصل شود و کارایی و عملکرد دستگاه بهبود یابد.

ریبال آی سی BGA و مونتاژ آی سی BGA به چه معناست؟

   اصطلاح ریبال آی سی BGA در صنعت الکترونیک برای نوسازی و ترمیم قلع های آسیب دیده از نظر فیزیکی یا الکترواستاتیکی به کار میرود که بیشتر برای قطعات الکترونیکی با پکیج BGA(Ball Grid Array) مرسوم است.

برای استفاده ی مجدد از این آی سی ها لازم است تا تمام پدهای اتصال را با ابزار مخصوص تمیز کرده و سپس اتصالات جدید برقرار کنیم. برای انجام پروسه ی کامل و دقیق ریبال قطعات BGA میتوانید قطعات حساس خود را به شرکت راشا مکاترونیک پارت بسپارید.

  بیک کردن آی سی چیست و به چه منظور انجام میشود؟

  زمانیکه آی سی ای را که چند سال از تاریخ تولید آن میگذرد خریداری میکنیم،بعلت ماندن در انبار و قرار گرفتن در محیط مرطوب و نامناسب،نیاز مند آن است که بخارات جمع شده در آیسی از بین برود،زیرا اگر در همین شرایط آی سی را مونتاژ کنیم،احتمال اینکه آیسی روی برد مونتاژ شده کار کند،پایین خواهد بود.برای از بین بردن این بخارات،باید قبل از مونتاژ آی سی BGA را بمدت 8 تا 10 ساعت در معرض گرمای 100 درجه قرار دهیم تا کاملا خشک شود.

علل خرابی آی سی های BGA 

• دلایل متعددی برای نقص عملکرد آی سی های BGA وجود دارد.یکی ازین موارد به خاطر قرار گرفتن آی سی مورد نظر در محیط آلوده یا مرطوب است که بعد از مدت زمان مشخص نیازمند ریبال کردن آن می باشد.

•   مورد بعدی آی سی های مونتاژ نشده ای که تاریخ تولید آنها بیش از 2 سال گذشته است.این نوع آیسی بعلت ماندن در انبار و قرار گرفتن در شرایط محیطی نامناسب ، پس از مونتاژ عملکرد نادرستی داشته و ترجیح بر آن است که پیش از استفاده مجدد ریبال شود.

•  مورد دیگر، خرابی در برد مورد نظر که آی سی در آن تعبیه شده، ممکن است به آی سی نیز آسیب وارد کرده و در اینصورت باید آن را با نو جایگزین کرد که در صورت نداشتن بال ،باید قبل از مونتاژ چیپ مورد نظر را  بال گذاری کرد.

• اکثر خرابی ها میتواند به علت قلع سردی آی سی مورد نظر باشد،اما این بدان معنا نیست که با مونتاژ مجدد آن میتواند به اصطلاح قلع سردی آنرا کاملا از بین برد.این آی سی خاص نیازمند روشی است که در ادامه به قسمتی از آن اشاره خواهیم کرد.

 
  علت استفاده از آی سی های BGA
   علت استفاده از این آی سی مخصوص با پد های مخصوص میتواند به چند دلیل باشد.بخاطر کمبود فضا در روی برد مورد نظر برای قرار دادن چند آی سی متعدد میتواند یکی از دلایل مهم استفاده و مونتاژ آی سی های BGA  باشد.علت دیگر پیشرفت بردهای  الکترونیک و تبدیل پردازشگر ها به کوچکترین سایز ممکن که گاها با دانش نانو الکترونیک ساخته میشوند می باشد.

 ابزار های مورد نیاز برای  ریبال آی سی BGA

• هیتر مخصوص مونتاژ آی سی BGA

هیتر مخصوص همچون هیتر های دیگر است با این تفاوت که فشار و نحوه ی وزش باد آن با دستگاه های معمولی متفاوت است.باید به گونه ای باشد که در زمان گرما دادن فشار هوا متمرکز نباشد و در بال گذاری قطعه آی سی آسیب نبیند.در شرکت راشا مکاترونیک پارت از ابزار مخصوص مونتاژ برای مونتاژ آی سی های پردازشگر با پکیج  BGA استفاده میگردد.

• پری هیتر

دستگاهی است که برد مورد نظر روی آن قرار گرفته و با دادن گرما از زیر برد سبب گرم تر شدن آن میشود.برد هایی که شامل قطعات BGA میباشند،بعلت اینکه پایه های گراند خیلی زیادی دارند،از پری هیتر برای گرمتر نگهداشتن برد استفاده میکنند تا قطعه ی مورد نظر راحت تر مونتاژ و دمونتاژ گردد.

• پنس

پنس مورد استفاده برای مونتاز قطعات BGA باید از نوع پنسهای ظریف باشد و صرفا باید برای مونتاژ این قطعات استفاده شود و هرگونه ضایعه ای مثل روغن یا کثیفی نباید به آن باشد.پنس ها انواع مختلفی دارند که بهتر است از پنس نوک تیز یا سرکج برای مونتاژ آی سی های BGA استفاده کرد.

• ریبال آی سیهای bga با توپ قلع (بال) یا خمیر قلع

برای مونتاژ اینگونه قطعات میتوانیم هم از بال استفاده کنیم هم خمیر قلع.بال ها سایز های مختفی دارند که عمدتا بین 0.4 تا 0.7 میلیمتر میباشند.پس از تشخیص قطر پد قطعه میتوان سایز مورد نظر را انتخاب کرده و بال مناسب با آنرا انتخاب کنیم.در صورت استفاده از خمیر قلع و اسپاتول (کاردک مخصوص که در شکل بالا نشان داده شده)نیز میتوان قطعه ی مورد نظر را ریبال کرد.

انتخاب بال مناسب برای مونتاژ آی سی های BGA از مهمترین کارهایی است که باید پیش از مونتاژ به آن توجه خاصی داشته باشیم.چراکه در صورت استفاده از بال قلع نامناسب، امکان بوجود آمدن قلع سردی پس از مونتاژ بالا رفته و نتیجه ی زحمت شما را از بین ببرد.

شرکت راشا مکاترونیک پارت با واردات ابزار ها و مواد اولیه ی درجه یک به شما این اطمینان را میدهد که مونتاژقطعه ی شما با مرغوبترین مواد موجود در بازار جهانی انجام شده و هیچگونه مشکلی از نظر الکتریکال و رسانایی در بال مورد نظر رخ نخواهد داد.
   

• شابلون

شابلون ها سایز ها و شکل های مختلفی دارند که آنها را با توجه به سایز سوراخ و ساختار ظاهری شابلون دسته بندی کرد.هرشابلون یک نگهدارنده دارد که به آن فیکسچر گویند.

• خمیر یا روغن فلکس

نوعی روغن لحیم مخصوص است که برای مونتاژ قطعات BGA با هیتر استفاده میشود.تفاوت خمیر فلکس با روغن لحیم نقطه ی جوش بالاتر آن است.این مورد نیز جزو مواد اولیه ای است کرد مرغوب بودن آن برای استفاده بسیار هاۀز اهمیت است.

• قلع کش smd یا  solder remover

برای ریموو کردن قلع های بجا مانده هنگام دمونتاژ از روی آی سی و برد از این وسیله استفاده میکنیم.این قلع کش از جنس مس بوده و توانایی جذب قلع بالایی دارد.گاها قلع کش ها از مواد تقلبی یا از آلومینیوم با روکش مس ساخته میشوند که همین امر سبب میشود نتواند پد مورد نظر را کاملا از قلع های قبلی پاک کند.

• گیره نگهدارنده

یک گیره نگهدارنده برای نگهداشتن برد مورد نیاز است .که انواع مختلفی دارند

.
 

مایع شست و شو دهنده و قلمو

مایع شست و شو دهنده باید از نوع شست و شو دهنده های بدون روغن از خانواده ی  تینر 20000باشد.علت استفاده از قلمو بجای مسواک ظریف بودن است که از آسیب به بالها جلوگیری میکند. بهتر است پس از استفاده از مایع شستشو دهنده برای از بین بردن چربی های روی برد،از دستمال بدون کرک و تمیز برای خشک کردن آن استفاده کنیم.

• نوک هویه ماتیکی و سوزنی

برای تمیز کردن اضافات قلع روی برد و آی سی توسط قلع کش solder و این نوک هویه استفاده میشود.نوک هویه ی نامناسب برای دستگاه هویه ی شما میتواند پس از مدتی به اصطلاح سولفاته کرده و خورده شود یا اینکه به پدهای برد شما یا  پد های آی سی BGA  آسیب بزند.

مراحل ریبال آی سی BGA و مونتاژ قطعات BGA
   ابتدا دمای هیتر و پری هیتر را تنظیم میکنیم.هیتر معمول از دمای 250 تا 350 درجه و پری هیتر از دمای 150 تا 250 درجه باتوجه به ضخامت برد و لایه های گراند برد تنظیم میشوند.در نظر داشه باشید که فشار هوای هیتر باید روی حداقل مقدار خود باشد،زیرا فشار زیاد هوا باعث میشود قطعات دیگر از روی برد پرتاب شوند.
  مرحله ی بعدی قرار دادن برد مورد نظر در داخل فیکسچر یا گیره است.این کار باعث میشود هنگام برداشتن آی سی کل برد جابجا نشود.

  سپس هیتر را در فاصله ی مناسب از برد روی آی سی نگه میداریم،پس از گذشت 20 ثانیه هیتر را کمکم به برد نزدیک میکنیم تا به فاصله ی حدود 3 الی 5 سانتی آن برسیم.علت اینکار برای جلوگیری از گرم شدن ناگهانی آیسی و آسیب رسیدن به آن است.پس از کمتز ازیک دقیقه آی سی از برد جدا میشود.

  پس از برداشتن آیسی اضافات قلع بالهای قبلی روی برد و آی سی را توسط نوک هویه ی ماتیکی یا سرکج که به هویه وصل شده به همراه قلع کش اس ام دی تمیز میکنیم.توجه داشته باشید در صورت ماسیده شدن قلع قبلی روی سطح مورد نظر،قبل از استفاده از قلع کش،کمی آنرا به روغن قلع آغشته کنیم تا اضافات قلع راحت تر به قلع کش جب شود.باید در نظر داشته باشید  که درصورت قرار دادن بیش از حد نوک هویه بر روی پدها ممکن است آنها را جدا کرده و بلا استفاده شود.

  سپس محل پاکسازی شده را توسط محلول شست و شو دهنده و قلمو تمیز کرده و با دستمال بدون کرک خشک میکنیم.
  پس از تمیز کردن کامل برد و آی سی،ابتدا کمی روغن فلکس روی آی سی میزنیم به صورتی که فقط سطح آی سی چرب شود.سپس آی سی را زیر شابلون مناسب داخل فیکسچر قرار میدهیم و طبق قطر پد ها،سایز بال مورد نظر را انتخاب کرده و آنرا روی شابلون میریزیم.

بالها به داخل جایگاه خود در داخل شابلون و روی آی سی قرار میگیرند.اضافات بال های ریخته شده را جمع آوری و به دور از بالهای دیگر میریزیم.بهتر است بالهای مجدد ریخته شده را دیگر استفاده نکنیم.بال گذاری به دقت خاصی نیاز دارد،به این خاطر که ممکن اس پس از گرما دادن تعدادی از بالها از زیر شابلون به یکدیگر برخورد کرده و پد های آی سی را بهم متصل کند.

  سپس دمای هیتر را روی دمای مناسب قرار داده و روی شابلون میگیریم تا بال ها کاملا بر روی آیسی ذوب شوند.توجه داشته باشید که بالها از زیر شابلون به هم متصل نباشند.برای جلوگیری از آن نیاز است که هیچگونه گپ یا درزی بین صفحه ی شابلون و قطعه نباشد.

  پس از ذوب شدن کامل بالها،هیتر و پری هیتر را در بازه ی گفته شده  تنظیم میکنیم.مجددا مقداری روغن فلکس  بر روی قسمتی که میخواهیم آی سی را قرار دهیم میزنیم بطوری که قسمت مورد نظر روی برد کاملا چرب شود.
 
  

  سپس آی سی را در جایگاه خود روی برد قرار میدهیم.تنظیم کردن آی سی روی برد باید طبق فوت پرینت کشیده شده روی برد تنظیم میشود به گونه ای که آی سی دقیقا در مرکز چهار خط حاشیه ای فوت پرینت قرار میگیرد.در دستگاه های نیمه اتومات و اتومات این تنظیمات توسط یک لیزر که موقعیت را روی برد می سنجد،انجام میشود.
   
 

   پس از آن برد را بر روی پری هیتر قرار داده و مجددا هیتر را در فاصله ی مناسب از آی سی قرار میدهیم.پس از 1.5 الی 2 دقیقه آی سی کاملا روی برد مینشیند.توجه داشته باشید بهتر است سوراخ دهانه ی هیتر بزرگ بوده و فشار باد حد اقل میزان ممکن باشد.عاوه بر این زمانیکه هیتر را روی آی سی میگیرید ثابت باشد و آنرا بصورت چرخشی یا دورانی حرکت ندهید.

  این قسمت حساس ترین قسمت کار است.درصورتی که تبحر کافی نداشته باشید ممکن است آی سی از جایگاه خود جابجا شود و بال ها خراب شده و مجبور شوید تمامی مراحل را از اول انجام دهید.در شرکت راشا مکترونیک پارت متخصصان ما تونایی مونتاژ قطعات BGA در سایز های مختلف بدون هیچگونه خطایی را داشته و کار شما را بصورت حرفه ای انجام خواهند داد.

در آخر پس از سرد شدن برد آنرا با محلول شست و شو داده و با دستمال بدون کرک خشک میکنیم.سپس توسط ذره بین پایه های کناری آنرا بررسی میکنیم تا به اطمینان نسبی از درست مونتاژ شدن قطعه دست پیدا کنیم.

درصورت ریبال آی سی BGA  با خمیر قلع میتوانیم به جای بال قلع،با استفاده از اسپاتول و خمیر قلع،خمیر را بر روی شابلون که روی آی سی قرار گرفته بمالیم و سپس آنرا با هیتر حرارت دهیم.خمیر قلع حرارت داده شده همچون بال ها بر روی پد ها ذوب میشود اما ارتفاع پایه ها کمتر از بال قلع است.پیشنهاد میشود برای مونتاژ قطعات bga با پد های گرد،از بال قلع استفاده شود.مابقی مراحل مونتاژ در این روش همچون ریبال با بال قلع میباشد.

 شما میتوانید برای آشنایی بیشتر با مونتاژ قطعات الکترونیکی و تعمیرات برد الکترونیکی مقاله قرار گرفته در همین سایت با این موضوع مطالعه کنید. ضمن تشکر از توجه شما و آرزوی موفقیت در  در انتهای باید تشکر کنم ازآقای مهندس نظری مدیر واحد ریبال آی سی BGA و مونتاژ آی سی BGA  و همه ی دست اندر کارانی که مارا در  گرد آوری این مقاله یاری نمودند.