پکیج BGA چیست و چه انواع و مزیت‌هایی دارد‌؟

با پیشرفت صنعت الکترونیک و محصولات الکترونیکی نیاز به تراکم بیشتر برد‌ها هر روز بیشتر احساس می‌شد‌. دانشمندان و متخصصان این صنعت با اختراع IC‌ها توانستند بسیاری از قطعات الکترونیکی را در مدارات مجتمع جایگذاری کنند‌. مدار‌های مجتمع با وجود آنکه توانستند تراکم برد‌ها را بالا ببرند اما همچنان مشکلاتی داشتند و دانشمندان این مشکلات را با اختراع قطعه‌ی جدیدی به نام پکیج BGA حل کردند‌. در این مقاله قصد داریم با BGA‌، مزیت‌ها و انواع آن به طور کامل آشنا شویم و این قطعات مدرن و پیشرفته را بیشتر بشناسیم‌.

پکیج BGA چیست‌؟

BGA پکیجی از قطعات SMD با تراکم بالا است‌، پکیج BGA نوعی IC است که روش اتصال آن با IC‌های عادی متفاوت است‌. BGA مخفف عبارت ball grid array است‌، این عبارت به معنی اتصال با تکنولوژی شبکه‌ی توپی است‌. BGA‌ها به جای داشتن پایه‌های زیاد از تعداد زیادی شبکه‌ی اتصال دایره‌ای شکل در زیر قطعه استفاده می‌کنند این روش اتصال ویژگی‌ها و مزیت‌های بسیار زیادی دارد و توانسته بسیاری از مشکلاتی که IC‌های عادی ایجاد می‌کنند را برطرف کند‌.

قطعه‌ی BGA

ویژگی‌ها و مزیت‌های استفاده از پکیج BGA

پکیج BGA یکی از جدید‌ترین و پیشرفته‌ترین تکنولوژی‌های صنعت الکترونیک است که استفاده از آن مزیت‌های زیادی را به ارمغان آورده است‌. پکیج BGA به علت تراکم قطعات بالایی که دارد و هزینه‌ی نسبتا پایینی که دارد برای استفاده در برد‌های پیچیده و دقیق بسیار انتخاب خوبی است و نوع لحیم کاری منحصر به فرد آن باعث می‌شوذ تا کیفیت لحیم کاری و مونتاژ در بالا‌ترین  در ادامه به توضیح این مزیت‌ها می‌پردازیم‌.

1. بالا رفتن طول عمر و عملکرد برد الکترونیکی‌: پکیج BGA به علت آنکه از قطعات به صورت فشرده و با حداکثر کارآیی استفاده می‌کند‌، طول عمر بالایی دارد و این طول عمر و در کنار عملکرد بالای این پکیج انتخابی بسیار خوب برای برد‌های الکترونیکی‌ای است که انتظار کارآیی طولانی مدت از آن‌ها داریم‌.
2. ضخامت کم‌: پکیج BGA معمولا قطعه‌ای نازک است و ضخامت کمی دارد‌. نداشتن پایه و نحوه‌ی اتصال منحصر به فرد پکیج BGA نیز باعث کاهش ضخامت بیشتر این قطعه هنگام مونتاژ روی برد می‌شود‌. از این رو استفاده از پکیج‌های BGA در محصولات الکترونیکی‌ای که ضخامت در آن‌ها اهمیت دارد بسیار کاربردی است‌.
3. عملکرد حرارتی عالی پکیج BGA‌: پکیج‌های BGA عملکرد حرارتی خیلی خوبی دارند این عملکرد به علت نحوه‌ی اتصال آن‌ها به برد به راحتی به PCB منتقل می‌شود‌. برخی از BGA‌ها دارای یک لایه‌ی مسی در زیر قطعه هستند که باعث می‌شود حرارت به طور یکنواخت و عالی به برد منتقل شود‌. لایه‌ی مس باعث می‌شود‌، افزایش حرارت عملکرد قطعه را دچار مشکل نکند و قطعه با وجود استفاده‌ی زیاد به درستی کار کند‌.
4. بالا بردن تراکم قطعات در برد‌: استفاده از پکیج BGA در برد‌هایی که مشکل فضا دارند بسیار کمک کننده خواهد بود چرا که این پکیج‌ها از تعداد بالایی قطعه تشکیل شده‌اند و فضای کمی را اشغال می‌کنند‌.
5. لحیم کاری مطمئن‌: پکیج‌های BGA به علت استفاده از فناوری شبکه‌ی توپی برای اتصال لحیم کاری مطمئن‌تری دارند و به سختی بعد از لحیم کاری دچار مشکل می‌شوند‌. امکان شکست و خم خوردن پایه‌ها در پکیج‌های BGA به علت استفاده از همین تکنولوژی وجود ندارد‌.

شماتیک یک پکیج BGA

مونتاژ BGA

نوع اتصال BGA‌ها با بقیه قطعات الکترونیکی متفاوت است‌. قطعات BGA دارای پایه برای اتصال به برد ندارند‌، زیر پکیج BGA شبکه‌ای از توپ‌های دایره‌ای شکل قرار دارد که از جنس مواد لحیم هستند‌. این شبکه‌ی توپ‌های لحیم همان تکنولوژی اتصال شبکه‌ی توپی است‌. فرآیند مونتاژ BGA همانند مونتاژ برد SMD انجام می‌شود و پکیج به سطح برد مدار چاپی لحیم می‌شود اما به علت استفاده از شبکه‌ی توپی نوع لحیم کاری و اتصال این پکیج‌ها به برد بسیار حساس است‌. حساسیت بالای پکیج‌های BGA باعث می‌شود تا کوچک‌ترین ضربه و جابجایی قبل از ذوب شدن ماده‌ی لحیم عملکرد قطعه را دچار اختلال کند‌.

مونتاژ BGA به صورت دستی به علت این حساسیت این قطعات قابل انجام نیست و جاگذاری پکیج BGA باید به صورت اتوماتیک و به وسیله‌ی دستگاه pick and place انجام شود‌. برای اتصال این قطعات همانند مونتاژ بقیه قطعات SMD‌، محل قرار گیری دایره‌های زیر BGA باید به خمیر قلع آغشته شود که این کار توسط شابلون مونتاژ SMD انجام می‌شود‌. پکیج‌های BGA دارای نمودار‌های دمایی برای ذوب توپ‌های لحیمی هستند‌، این نمودار دمایی باید هنگام حرارت دهی به BGA‌ها در دستگاه oven flow تنظیم شود تا لحیم کاری به صورت صحیح و با کیفیت انجام شود.

مقایسه IC پایه‌دار یا پکیج BGA

مونتاژ IC‌های پایه‌دار معمولا مشکلاتی را ایجاد می‌کند که این مشکلات در پکیج BGA وجود ندارد‌. در ادامه به مقایسه‌ی IC‌های پایه دار با پکیج BGA می‌پردازیم‌.

با توجه به استاندارد‌های IPC پایه‌ی قطعات باید از یکدیگر یک فاصله‌ی استاندارد داشته باشند و در IC‌های با تراکم بالا رعایت این فاصله کمی سخت است‌. پایه‌ی IC‌ها ممکن است در صورت ضربه یا مشکل در لحیم کاری دچار مشکل شود و عملکرد این قطعات را کاهش دهد یا به کلی مختل کند‌، این مشکل در پکیج BGA به علت استفاده از شبکه‌ی اتصال توپی پیش نمی‌آید‌. یکی دیگر از مشکلات رایج IC‌های پایه‌دار انتقال گرما به PCB است‌، به علت آنکه پایه‌ها در اطراف قطعه قرار دارند گرمای قطعات مرکز IC به درستی به PCB منتقل نمی‌شود و این موضوع طول عمر IC را کاهش می‌دهد‌.

انواع پکیج BGA

BGA‌ها بسته به کاربرد برد الکترونیکی انواع مختلفی دارند که بهتر است با آن‌ها آشنا شویم‌.

انواع پکیج‌های BGA

MAPBGA

MAPBGA مخفف عبارت Moulded Array Process Ball Grid Array است‌. این نوع پکیج BGA اندوکتانس پایینی دارد و برای محصولات الکترونی که عملکرد‌های پایین تا متوسط دارند استفاده می‌شود‌. MAPBGA در کنار قیمت پایین عملکردی مطمئن دارد و از نظر قیمتی نیز بسیار به صرفه است‌.

PBGA

PBGA مخفف عبارت Plastic Ball Grid Array است‌. این BGA نیز همانند نوع قبلی اندوکتانس کمی دارد و نصب آن راحت است همچنین یک لایه‌ی مسی پایین BGA وجود دارد که باعث می‌شود تا گرمای قطعه به برد منتقل شود و برای همین از سطح اطمینان بالاتری برخوردار است‌.

TEPBGA

TEPBGA مخفف عبارت Thermally Enhanced Plastic Ball Grid Array است و عملکردی مشابه با PBGA دارد‌. ویژگی TEPBGA داشتن لایه‌ی مسی ضخیم‌تر است که باعث می‌شود در محصولاتی با عملکرد بالا گرما را بهتر به PCB منتقل کند و طول عمر بهتری داشته باشد‌.

TBGA

TBGA مخفف عبارت Tape Ball Grid Array است و این پکیج BGA یک راه حل مناسب برای برد‌های الکترونیکی است که به یک قطعه با توان حرارتی بالایی نیاز دارند بدون آنکه این حرارت به برد مدار چاپی منتقل شود‌.

MICROBGA

این نوع پکیج BGA یک پکیج BGA است که اندازه‌ی آن از BGA‌ها عادی کوچک‌تر است و معمولا در ابعاد ۰.۶۵‌، ۰.۷۵ و ۰.۸ میلی‌متر تولید می‌شوند‌.

نکات استفاده از پکیج BGA در برد الکترونیکی

در ادامه نکاتی را بیان می‌کنیم که به برای استفاده از BGA در برد الکترونیکی بهتر است این نکات را بدانید‌.

• طراحی برد را از قطعات ثابتی مثل سوییچ‌ها‌، مقاومت‌ها و‌… شروع کنید و سپس به سراغ طراحی BGA روی برد بروید‌.
• برای استفاده از پکیج BGA در برد الکترونیکی بهتر است حواستان به خنک شدن BGA باشد چرا بالا رفتن دمای BGA و خنک نشدن آن می‌تواند به BGA و کل برد الکترونیکی آسیب بزند‌.
• سعی کنید تا جای ممکن IC‌ها و BGA‌ها را به کانکتور‌ها نزدیک طراحی کنید‌. چرا که اگر ترک‌هایی که اطلاعات را به BGA وارد می‌کنند طولانی باشند باعث به وجود آمدن سیگنال ناخواسته و نویز در برد الکترونیکی می‌شوند‌.
• قبل از آنکه محل قرار گیری پکیج BGA را مشخص کنید بهتر است درباره‌ی محل آن به خوبی فکر کنید‌ و ترک‌کشی‌های برد را مطابق با محل BGA طراحی کنید‌.
• پکیج‌های BGA مختلف معمولا راهنمای استفاده و ملاحظاتی برای استفاده دارند که بهتر است قبل از استفاده از آن‌ها این ملاحظات را مطالعه کنید و آن‌ها را در طراحی خود رعایت کنید‌. به طور مثال ترک‌کشی پکیج BGA ارتباط خاصی با ضخامت ترک‌ها ندارد و تنها تعداد ترک‌ها مهم است که با تعداد پپاده‌های BGA برابر باشد‌.
• اگر تعداد پایه‌های پکیج BGA زیاد است بهتر است از تکنولوژی via in pad استفاده کنید‌. در این تکنولوژی via‌های برد که برای ایجاد ارتباط و انتقال گرما به لایه‌های دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند را می‌توان در زیر پکیج BGA طراحی کرد‌.

پکیج BGA‌؛ انقلابی در زمینه‌ی نصب و تراکم قطعات برد الکترونیکی

پکیج‌های BGA با ویژگی‌هایی که دارند یک اتقلاب در زمینه‌ی قطعات برد‌های الکترونیکی محسوب می‌شوند‌. این قطعات با تراکم بالا‌، کارآیی مطمئن‌، توان حرارتی بالا و روش نصب منحصر به فرد کمبود‌ها و مشکلات IC‌های پایه دار را برطرف کردند‌. واحد تامین قطعات الکترونیک شرکت آوند الکترونیک با داشتن سابقه‌ی ۱۲ ساله در صنعت الکترونیک مفتخر است که می‌تواند انواع BGA‌ها را برای شما عزیزان تامین کند‌. برای تامین قطعات خود به صفحه‌ی تامین قطعات الکترونیکی سر بزنید. از اینکه تا انتهای این مقاله همراه ما بودید از شما سپاسگزاریم‌.