برای خیلی از افراد که بار اول نام BGA را می شنوند این سوال پیش می آید که BGA چیست ؟

آرایه شبکه توپیSMD، بسته‌های BGA اتصال‌های با تراکم بالا را برای ساخت آسان مدارهای مجتمع فراهم کرده‌اند،

به این ترتیب که آنها اجازه می‌دهند قسمت زیرین یک بسته تراشه برای اتصال استفاده شود.

تکنولوژی شبکه توپی نوعی از فناوری نصب سطحی یا بستهSMT است ، به طوری که امروزه در بسیاری از مدارهای مجتمع مورد استفاده قرار می‌گیرد.

BGA مزایای بسیاری دارد و درنتیجه به طور افزاینده در ساخت مدارهای الکتریکی مورد استفاده ‌قرار می‌گیرد.
آرایه شبکه توپی ، به دلیل نیاز به داشتن بسته قوی‌تر و مناسب‌تر برای ساخت مدارهای مجتمع با تعداد زیاد پین ،

بسته BGA ساخته شد. با افزایش سطوح ادغام، برخی مدارهای مجتمع بالغ بر 100 پین دارند.

بسته‌های نوع تخت چهار گوش متداول، پین‌های باریک و نزدیک بهم داشتند و به همین دلیل حتی در محیط کنترل شده ،

به آسانی در معرض آسیب قرار داشتند. علاوه براین ، این بسته‌ها در پروسه لحیم‌کاری نیاز به کنترل زیاد داشتند واگرنه کیفیت پل‌های لحیم واتصالات ضعیف می‌شد.

از دیدگاه طراحی ، تراکم پین به گونه‌ای بود کهمسیرها را از IC می‌گرفت و باعث بروز برخی مشکلات نظیر ایجاد

گرفتگی در برخی سطوح می‌شد. بسته BGA برای غلبه بر این مشکلات و بهبود قابلیت اطمینان از اتصالات لحیمی ، توسعه داده شد.

اهداف آرایه شبکه توپی چیست ؟

آرایه شبکه توپی به منظور ارائه شماری از مزایا به تولیدکنندگان IC و نیز ارائه مزایایی به

کاربران احتمالی تجهیزات، توسعه داده شد. برخی مزایای BGA نسبت به سایر تکنولوژیها عبارتند از:

• استفاده کارامد از فضای بُرد مدار چاپی ، امکان اتصال به بسته SMD را فراهم می کند.
• بهبود در عملکرد حرارتی و الکتریکی. بسته‌های BGA می‌توانند سطوح میدان و توان برای اندوکتانس کم و ردیابی امپدانس کنترل شده را برای سیگنال‌ها فراهم کنند ،
• همچنین می‌توانند حرارت را از لایه‌ها خارج کنند.
• بهبود در تولید در نتیجه‌ی بهبود در لحیمکاری. BGA امکان فاصله زیاد بین اتصالات و همچنین لحیم‌کاری بهتر را فراهم می‌کند.
• کاهش ضخامت بسته که یک مزیت بسیار بزرگ است، زیرا اغلب وسایل مونتاژی باید بسیار نازک شوند، مثل موبایل و غیره .
• بهبود کارایی مجدد در نتیجه بزرگتر شدن اندازه پدها و غیره. این مزایا نشان می‌دهدکه علی رغم شک و تردیدهای اولیه در مورد بسته ،
• این بسته‌ها پیشرفت‌های مفیدی را در موارد بسیاری فراهم می‌کنند.

پکیج BGA چیست ؟

آرایه شبکه توپی «BGA » از روشی متفاوت به جای روشی که در گذشته در بیشتر اتصالات نصب سطحی رایج استفاده می‌شد،

استفاده می‌کند. پکیج ‌های دیگر نظیر بسته تخت چهارگوش یاQFP از پیرامون بسته برای اتصالات استفاده می‌کنند.

این بدان معناست که فضای محدودی برای اینکه پین‌ها نزدیک قرار بگیرند وجود دارد و برای فراهم کردن سطح مورد انتظار از اتصال ،

باید بسیار کوچک باشد. آرایه شبکه توپی «BGA» از قسمت پایین بسته استفاده می‌کند، جایی که در آن فضای قابل توجهی برای اتصالات وجود دارد.

پین‌ها در یک الگوی شبکه‌ای در زیر سطح تراشه قرار گرفته‌اند (از این رو آرایه شبکه توپی نامیده می‌شود) ، همچنین بجای استفاده از پین‌ها برای اتصال،

از پدها با توپی‌های مسی به عنوان روش اتصال استفاده می‌شود. در بُرد مدار چاپی،PCB، که بر روی آن دستگاه BGAبه طور مناسب نصب می‌شود،

مجموعه‌ای هماهنگ از پدهای مسی برای فراهم کردن اتصال مورد نیاز وجود دارد.
بغیر از بهبود اتصال، BGAها مزایای دیگری نیز دارند. آنها مقاومت حرارتی کمتری در تراشه سیلیکونی نسبت به بسته تخت چهارگوش دارد.

این امر باعث می‌شود حرارت تولید شده در داخل مدار مجتمع سریع‌تر و موثرتر از دستگاه به PCB انتقال یابد.

به این ترتیب در BGAها امکان تولید حرارت بیشتر بدون نیاز به خنک‌کننده‌های خاص وجود دارد.

علاوه بر این، این حقیقت که هادی‌ها در قسمت زیرین تراشه حامل هستند به این معنی است که مسیرهای هادی در درون تراشه کوتاه‌تر می‌باشند.

به علاوه سطوح اندوکتانس پوشش ناخواسته ، پایینتر هستند و به همین ترتیب ،

دستگاه‌های آرایه شبکه توپی قادر به ارائه سطح عملکرد بالاتری نسبت به همتایان QFP خود هستند.

انواع بسته‌های BGA

به منظور رفع نیازها برای انواع مختلف مونتاژ و تجهیزات ، انواع متنوعی از BGAتوسعه یافته است.

• (MAPBAG (Moulded Array Process Ball Grid Array : آرایه شبکه توپی پردازش آرایه قالبی

هدف این بسته BGA دستگاه‌های با عملکرد پایین تا عملکرد متوسط که نیاز به بسته‌هایی با اندوکتانس پایین و سهولت نصب سطح دارند، می‌باشد.

این بسته یک گزینه با قیمت پایین به همراه اثر کوچک و سطح بالایی از اعتمادپذیری را فراهم می‌کند.

• (PBGA (Plastic Ball Grid Array : آرایه شبکه توپی پلاستیکی

این بسته BGA برای دستگاه‌های PCB با کارایی متوسط تا بالا که نیاز به کم بودن اندوکتانس ، سهولت نصب سطحی ،

هزینه نسبتا کم و در عین حال حفظ سطح بالایی از قابلیت اطمینان نیز دارد، طراحی شده است.

این بسته تعدادی لایه مسی اضافه در بستر دارد که آن را قادر می‌سازد تا کنترل سطوح اتلاف توان افزایش یابد.

• (TEPBGA (Thermally Enhanced Plastic Ball Grid Array:آرایه شبکه توپی پلاستیکی تقویت شده حرارتی

این بسته سطح اتلاف حرارت بیشتری را فراهم می‌کند.

این بسته از برخی صفحه‌های مسی ضخیم در بستر استفاده می‌کند که باعث می‌شود حرارت اتلافی به بُرد مشتری منتقل شود.

• (TBGA (Tape Ball Grid Array:آرایه شبکه توپی نواری

این بسته BGA یک راه حل متوسط تا بالا برای برنامه‌هایی است که بدون نیاز به یک منبع حرارت خارجی ، به عملکرد حرارتی بالایی نیاز دارند.

• (PoP (Package on Package: بسته در بسته

این بسته برای برنامه‌هایی بکار می‌رود که فضا در آن مهم است. این بسته اجازه می‌دهد که یک بسته حافظه در پشته در قسمت بالای دستگاه پایه قرار بگیرد.

MicroBGA: همانطور که از اسم این بسته BGA مشخص است ، اندازه آن از بسته BGA استاندارد کوچکتر است. در صنعت سه درجه متداول است: 65/0، 75/0 و 8/0 میلیمتر.

نحوه درست مونتاژ BGA چیست ؟

وقتی که BGA برای اولین بار معرفی شد، مونتاژ BGA یکی از کاربردهای اصلی بود.

با استفاده از پدهایی که به صورت عادی در دسترس نیستند مونتاژ BGA به استانداردی دلخواه رسید که بوسیله بسته‌های سنتی بیشتری قابل دستیابی است.

در حقیقت، در حین لحیم‌کاری اگر چه ممکن است در آرایه شبکه توپی مشکلی ظاهر شود،

به نظر می‌رسد که روش‌های فروکشی برای این دستگاه‌ها مناسب است و قابلیت اطمینان این اتصالات بسیار خوب است. از آن به بعد روش‌های مونتاژ توسعه یافتند،

و به طور کل مشخص شده است که لحیم‌کاری منحصرا قابل اعتماد است. در فرایند لحیم‌کاری کل مونتاژ گرم می‌شود.

توپ‌های لحیم بسیار با دقت باید کنترل شوند، و وقتی در فرایند لحیم‌کاری گرم می‌شوند، لحیم ذوب می‌شود.

کشش سطحی موجب می‌شود که در حین سرد شدن و جامد شدن لحیم ، لیحم ذوب شده بسته را در راستای صحیح از بسته مدار قرار دهد.

ترکیب آلیاژ لحیم و دمای لحیم‌کاری به گونه ای انتخاب می‌شود که لیحم کاملا ذوب نشود، اما به صورت نیمه مذاب باشد، که این کار باعث می‌شود که هر توپ جدا از همسایگانش باقی بماند.

همانطور که اکنون بسیاری از محصولات از بسته‌های BGA استاندارد استفاده می‌کنند،

روش‌های مونتاژ BGA به خوبی پابرجا هستند و می‌تواند توسط اکثر تولیدکنندگان به سهولت قابل قبول باشد.

بر این اساس هیچ نگرانی در مورد استفاده از دستگاه‌های BGA در طراحی وجود ندارد.

نحوه چک کردن

یکی از مشکلات در ارتباط با دستگاه‌های BGA این است که امکان مشاهده اتصالات لحیم‌کاری شده با روش‌های چشمی وجود ندارد.

در نتیجه وقتی BGA برای اولین بار معرفی شد در فناوری شک و تردید وجود داشت.

و بسیاری از سازندگان آزمون‌های زیادی انجام دادند تا مطمئن شوند که آنها می‌توانند دستگاه‌ها را با اطمینان لحیم‌کاری کنند. با بررسی عملکرد الکتریکی،

اتصالات نمی‌ توانند به طور کامل آزمایش شوند. تنها روش رضایت‌بخش برای بازرسی، استفاده از اشعه X است

به طوری که با این روش بازرسی می‌توان قسمت زیرین اتصالات لحیم‌کاری شده را در کل دستگاه مشاهده کرد.

مشخص شده است که اگر پروفایل گرمایی برای دستگاه لحیم به طرز صحیح تنظیم شده باشد،

دستگاه‌های BGA به خوبی لحیم می‌شوند و مشکلات کمی بوجود می‌آید، بنابراین مونتاژ BGA برای بسیاری از کاربردها امکان‌پذیر است.

تعمیر BGA

بعد از حذف، می‌توان از یک BGA جدید استفاده کرد. گاهی اوقات ممکن است بتوان BGA را مجددا نوسازی و یا تعمیر کرد.

تعمیر BGA در صورتی که تراشه گرا‌‌ن‌قیمت بوده و به عنوان یک دستگاه کاری مطرح باشد که ناگهانی حذف شده است ،

ممکن است یک کار جذاب باشد. برای تعمیر BGA لازم است توپ‌های لحیم در روند شناخته شده به عنوان توپ‌گذاری مجدد ، جایگزین شود.

این تعمیر BGA می‌تواند با استفاده از برخی توپ‌های لحیم آماده که برای این منظور تولید و لحیم شده‌اند

انجام شود. مراکز زیادی وجود دارند که با استفاده از تجهیزات تخصصی ، توپ‌گذاری مجدد BGA را انجام می‌دهند.