پکیج bga چیست؟

پکیج bga چیست

BGA مخفف "Ball Grid Array"  به معنای آرایه شبکه توپی است که نوعی بسته بندی مدار مجتمع (IC) است که در تولید قطعات و لوازم الکترونیکی استفاده می شود. این فناوری که برای نصب و اتصال مدارهای مجتمع بر روی بردهای مدار استفاده می شود و در مقایسه با روش های بسته بندی قدیمی، راه کارآمدتر و قابل اعتمادتری برای اتصال IC ها به برد ارائه می کند.

در یک بسته BGA، پایین تراشه مدار مجتمع یا ic با مجموعه ای از توپ های لحیم کاری کوچک یا برآمدگی ها مجهز شده است. این توپ های لحیم کاری برای ایجاد اتصالات الکتریکی بین تراشه و برد مدار استفاده می شود. چیدمان این توپ های لحیم کاری شبیه یک شبکه یا آرایه است که نام بسته بندی را می دهد.  این نحوه چیدمان یا شبکه در دیتاشیت ic قابل مشاهده است و از طریق سرچ با کلیدواژه pinout نیز قابل دسترسی است.

مزایای پکیج bga 

• تراکم پین بالاتر: بسته‌های BGA در مقایسه با روش‌های بسته‌بندی سنتی مانند بسته‌های دوگانه در خط (DIP) یا فناوری نصب سطحی (SMT)  تعداد بیشتری پین (اتصالات الکتریکی) را امکان‌پذیر می‌کنند.

• بهبود اتلاف گرما: توپ های لحیم کاری و نحوه اتصال تراشه به برد باعث اتلاف گرما بهتر می شود، که برای اجزای با کارایی بالا و پرقدرت مهم است.

• کاهش نویز سیگنال: طول ردیابی کوتاه تر و اتصالات سازگارتر در بسته های BGA می تواند منجر به کاهش نویز سیگنال و یکپارچگی سیگنال بهتر شود. طراحی این پکیج‌ها باتوجه به اتصالات داخلی آن‌ها اثرات نیوز‌ّای الکترومغناطیس را هم تا حد خوبی کاهش می‌دهد.

• طراحی فشرده: بسته‌های BGA امکان فرم‌های کوچک‌تر و طراحی‌های فشرده‌تر را فراهم می‌کنند، و آنها را برای دستگاه‌هایی که فضا در آنها بیشتر مورد توجه است، مناسب می‌سازد.

 معایب و چالش های بسته  BGA 

• تعمیر و کار مجدد: بسته های BGA به دلیل پنهان شدن توپ های لحیم در زیر تراشه، تعمیر یا کار مجدد دشوارتر است. تجهیزات و تکنیک های خاصی برای کار مجدد اجزای BGA مورد نیاز است.

• بازرسی: بازرسی بصری سنتی اتصالات لحیم کاری با BGA ها چالش برانگیز است، زیرا توپ های لحیم کاری به راحتی قابل مشاهده نیستند.

• تست: تست اتصالات BGAها به دلیل عدم دسترسی آسان به توپ های لحیم کاری می تواند پیچیده تر از سایر انواع بسته بندی باشد. در صورت بروز مواردی مانند قلع سردی یا آسیب‌های این‌چنینی بررسی ic های با پکیج bga کار دشواری است.

به طور کلی، بسته‌های BGA معمولاً در طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی، از جمله رایانه‌ها، تلفن‌های هوشمند، کنسول‌های بازی، تجهیزات شبکه و موارد دیگر به دلیل مزایایی که از نظر چگالی پین، اتلاف گرما و طراحی فشرده دارند، استفاده می‌شوند.

نحوه استفاده از بسته های BGA

استفاده از بسته های BGA (Ball Grid Array) شامل یک سری مراحل و ملاحظات در فرآیند تولید الکترونیک است. در اینجا یک نمای کلی از نحوه استفاده از بسته های BGA ارائه شده است:

• فاز طراحی:

مرحله اولیه شامل طراحی خود مدار مجتمع (IC) و تعیین پیکربندی و طرح پین آن است. نوع بسته، از جمله BGA، بر اساس عواملی مانند تعداد پین، نیازهای حرارتی و محدودیت‌های فضا انتخاب می‌شود.

• ساخت پکیج:

بسته های BGA جدا از آی سی ها تولید می شوند. این بسته ها شامل مواد بستر، ماسک لحیم کاری و مجموعه ای از توپ های لحیم کاری است. این بستر به گونه ای طراحی شده است که پشتیبانی مکانیکی و اتصال الکتریکی را برای آی سی فراهم کند. معمولاً از موادی با رسانایی حرارتی خوب ساخته می شود. ماسک لحیم کاری روی بستر اعمال می شود تا از ایجاد پل های لحیم کاری بین گلوله های لحیم کاری در طول فرآیند مونتاژ جلوگیری شود.

• مونتاژ آی سی BGA:

آی سی ها به طور جداگانه ساخته می شوند و سپس به تراشه های جداگانه تقسیم می شوند. سپس تک تک تراشه ها با استفاده از روش های مختلف مانند خمیر لحیم کاری و لحیم کاری مجدد به بستر BGA متصل می شوند.

خمیر لحیم کاری روی بستر اعمال می شود و تراشه ها به دقت روی آن قرار می گیرند. سپس مجموعه در یک کوره جریان مجدد حرارت داده می شود تا لحیم کاری ذوب شود و اتصالات ایجاد شود.

• اتصال توپ لحیم کاری:

توپ های لحیم کاری در قسمت زیرین بسته BGA در یک آرایه شبکه قرار گرفته اند. مجموعه دوباره گرم می شود و باعث ذوب شدن گلوله های لحیم کاری و ایجاد ارتباط بین بسته و برد مدار می شود.

• طراحی PCB:

طرح برد مدار چاپی (PCB) برای قرار دادن بسته های BGA طراحی شده است. طرح پد روی PCB با آرایش توپ های لحیم روی بسته BGA برای اطمینان از اتصالات مناسب مطابقت دارد.

• لحیم کاری مجدد:

آی سی های بسته بندی شده با BGA روی PCB در موقعیت های تعیین شده خود قرار می گیرند. سپس کل مجموعه در یک کوره جریان مجدد گرم می شود، که خمیر لحیم کاری روی PCB را ذوب می کند و اتصالات بین گلوله های لحیم کاری و پدهای PCB را برقرار می کند.

• بازرسی و آزمایش:

مونتاژ از طریق بازرسی های بصری، بازرسی اشعه ایکس یا سایر روش های آزمایش برای اطمینان از کیفیت اتصالات لحیم کاری و شناسایی هرگونه نقص انجام می شود. همچنین ممکن است آزمایش عملکردی برای تأیید عملکرد IC ها و مجموعه کلی انجام شود.

• تعمیر و بازسازی:

در صورت مشاهده هرگونه نقص، مانند پل های لحیم کاری یا اتصالات سرد، ممکن است از تجهیزات تخصصی برای کار مجدد یا تعمیر اتصالات BGA استفاده شود.

توجه به این نکته مهم است که بسته‌های BGA به دلیل چالش‌های مرتبط با اتصالات لحیم کاری پنهان به تجهیزات و تخصص ویژه برای مونتاژ، کار مجدد و بازرسی نیاز دارند. فناوری BGA برای تولید لوازم الکترونیکی مدرن یکپارچه شده است و تراکم پین بالاتر، اتلاف حرارت بهبود یافته و طراحی های فشرده تر را ممکن می سازد.

بیشتر بخوانید: نحوه مونتاژ برد dip

طیف گسترده ای از خانواده های مدار مجتمع (IC) از بسته های BGA (Ball Grid Array) استفاده می کنند. بسته بندی BGA معمولاً برای آی سی هایی استفاده می شود که به تراکم پین بالاتر، عملکرد حرارتی بهبود یافته و طرح های فشرده نیاز دارند.

 خانواده های آی سی که اغلب از بسته های BGA استفاده می کنند

• ریزپردازنده ها و میکروکنترلرها:

بسیاری از CPUهای مدرن (واحد پردازش مرکزی) و MCU  (میکروکنترلرها) برای رایانه ها، سرورها، سیستم های تعبیه شده و دستگاه های اینترنت اشیا به دلیل عملکرد بالا و الزامات طراحی فشرده از بسته بندی BGA استفاده می کنند. برای آشنایی با میکروکنترلر چیست مقاله قرار گرفته در سایت در همین رابطه را بخوانید.

• واحدهای پردازش گرافیکی (GPU):

پردازنده‌های گرافیکی با کارایی بالا که در بازی‌ها، طراحی گرافیک و محاسبات علمی استفاده می‌شوند، به دلیل معماری پیچیده و نیازهای حرارتی، اغلب در بسته‌های BGA عرضه می‌شوند.

• سیستم های روی تراشه (SoC): system on chip

SoCها که عملکردهای متعددی را روی یک تراشه ادغام می کنند، اغلب از بسته بندی BGA برای قرار دادن اجزای مختلف مانند پردازنده، حافظه و تجهیزات جانبی استفاده می کنند.

•  FPGA (آرایه های گیت‌‌های قابل برنامه ریزی):

برخی از FPGA ها که دستگاه های منطقی قابل تنظیم مجدد هستند، در بسته های BGA در دسترس هستند، به ویژه آنهایی که برنامه های کاربردی با کارایی بالا را هدف قرار می دهند. برای آشنایی بیشتر با FPGA چیست مقاله مرتبط با این موضوع را در همین سایت مطالعه فرمایید. 

• آی سی های حافظه:

تراشه های حافظه با ظرفیت و سرعت بالا، از جمله DDR (Double Data Rate) و انواع دیگر رم، را می توان در بسته های BGA یافت، به ویژه برای مدیریت یکپارچگی سیگنال و عملکرد حرارتی.

• ASIC (مدارهای مجتمع با کاربرد خاص)

ASIC های سفارشی طراحی شده برای کاربردهای خاص، مانند کنترل صنعتی، الکترونیک خودرو، و لوازم الکترونیکی مصرفی، می توانند از بسته بندی BGA برای بهینه سازی عملکرد استفاده کنند.

اینها تنها چند نمونه از خانواده های آی سی هستند که معمولاً از بسته بندی BGA استفاده می کنند. انتخاب بسته بندی به عواملی مانند کاربرد خاص، تعداد پین مورد نیاز، ملاحظات حرارتی و محدودیت فضا بستگی دارد. بسته های BGA به دلیل توانایی آنها در برآوردن نیازهای الکترونیک مدرن از نظر عملکرد، مدیریت حرارتی و طراحی فشرده، به طور فزاینده ای محبوب شده اند.

شرکت راشامکاترونیک پارت با بهره‌گیری از متخصصان کارآزموده و تجهیزات مدرن در زمینه‌ مهندسی معکوس برد‌ های الکترونیک، تونایی انجام مهندسی معکوس و تعمیر برد‌هایی که دارای ic با پکیج BGA آماده همکاری با صنایع و شرکت‌های مختلف در زمینه‌های کاری گسترده است.