Aplikasi Teknologi Pemasangan Permukaan (SMT) pada Pakej Susunan Grid Bebola (BGA)

Teknologi Pemasangan Permukaan (SMT) memainkan peranan penting dalam mendorong produk elektronik ke arah pengecilan saiz dan pengurangan berat. Bidang pakej elektronik pin tinggi pernah menyaksikan peranan utama QFP (quad flat packages) iaitu sejenis pakej litar bersepadu (IC) pemasangan permukaan dengan kaki berbentuk "sayap camar" yang memanjang dari setiap satu daripada empat sisi. Namun, dengan perkembangan pesat teknologi bersepadu semikonduktor dan teknologi mikro-fabrikasi, kiraan gerbang IC dan bilangan hujung I/O menjadi semakin banyak seiring dengan peningkatan fungsi produk elektronik dan pengecilan volum secara berterusan. Oleh itu, aplikasi QFP tidak lagi dapat memenuhi keperluan pembangunan produk elektronik. Walaupun teknologi QFP juga terus berkembang dan mampu menangani komponen dengan padang (pitch) serendah 0.3mm, pengurangan padang menyebabkan kadar lulus pemasangan berkurang pada tahap tertentu. Untuk berjaya menyelesaikan isu ini, teknologi BGA (ball grid array) muncul dan menerima tumpuan yang meluas daripada industri.

Apakah itu BGA?

Sebagai sejenis peranti pemasangan permukaan (SMD) yang agak baharu, BGA mempunyai kaki berbentuk bebola yang diedarkan dalam susunan di bahagian bawah pakej. Komponen BGA boleh mempunyai jarak pin yang besar dan bilangan pin yang tinggi. Selain itu, komponen BGA boleh dipasang pada PCB (papan litar bercetak) melalui penggunaan SMT.

Struktur dan Sifat BGA

Sebagai sejenis SMD baharu, BGA berkembang daripada PGA (pin grid array), lazimnya terdiri daripada rongga teras, tapak, kaki, penutup dan pin berbentuk bebola. Sifat-sifat BGA termasuk:
• Bilangan Pin yang Lebih Tinggi. Dalam saiz pakej SMD yang sama, BGA boleh mempunyai lebih banyak pin. Secara amnya, komponen BGA mempunyai lebih daripada 400 pin berbentuk bebola. Sebagai contoh, BGA dengan keluasan 32mm*32mm boleh membawa sehingga 576 pin manakala QFP dengan keluasan yang sama hanya boleh menampung 184 pin.
• Kawasan Perhimpunan yang Lebih Kecil. Dengan bilangan pin, BGA memerlukan kawasan pemasangan yang lebih kecil. Sebagai contoh, apabila QFP dengan 304 pin dibandingkan dengan BGA dengan 313 pin, walaupun yang kedua mempunyai lebih banyak pin, ia hanya mengambil kawasan yang lebih kecil sebanyak satu pertiga.
• Ketinggian Pemasangan Lebih Rendah. Ketinggian pemasangan BGA adalah lebih rendah daripada jumlah ketebalan pakej dan ketinggian bebola pateri. Sebagai contoh, ketinggian QFP dengan 208 pin atau 304 pin ialah 3.78mm manakala ketinggian BGA dengan 225 atau 313 pin hanyalah 2.13mm. Selain itu, ketinggian pemasangan BGA akan berkurang selepas pematerian kerana bebola paterinya akan cair semasa proses pematerian.
• Padang Pin Lebih Besar. Berdasarkan piawaian fizikal untuk BGA yang dikeluarkan oleh JEDEC, jarak pin antara bebola pateri dalam BGA hendaklah: 1.5mm, 1.27mm atau 1.0mm. Dengan saiz pakej dan bilangan pin yang sama, jarak pin untuk QFP ialah 0.5mm manakala bagi BGA ialah 1.5mm.
• Pelesapan Haba yang Cemerlang. Suhu litar pakej BGA lebih hampir kepada suhu persekitaran dan suhu operasi cip adalah lebih rendah berbanding mana-mana SMD yang lain.
• Keserasian dengan SMTPakej BGA serasi dengan SMT standard. Selain itu, kerana komponen BGA mempunyai jarak pin yang lebih besar dan koplanariti yang sangat baik, pin tidak akan mengalami masalah lenturan dan teknologi pemasangannya adalah lebih mudah berbanding pemasangan SMD lain yang menggunakan kaki.
• Prestasi Elektrik yang Lebih Baik. Oleh kerana komponen BGA mempunyai pin yang lebih pendek dan integriti pemasangan yang lebih tinggi, ia memberikan prestasi elektrik yang lebih baik, yang terutamanya benar apabila ia digunakan dalam julat frekuensi yang lebih tinggi.
• Kos Pengeluaran Pembuatan yang Lebih Rendah. Oleh kerana pakej BGA mengambil ruang pemasangan yang lebih kecil dan mempunyai ketumpatan pemasangan yang lebih tinggi, kos pembuatan akan berkurangan. Terutamanya apabila output pakej BGA meningkat dan digunakan secara lebih meluas, pengurangan kos pembuatan akan menjadi lebih ketara.
• Kebolehpercayaan Lebih Tinggi dan Kurang Kecacatan Kualiti. Memandangkan bebola pateri pada pakej BGA sedang menjalankan proses pematerian, bebola pateri yang mencair akan diselaraskan secara automatik disebabkan oleh tegangan permukaan. Walaupun ralat sebanyak 50% berlaku antara bebola pateri dan pad, kesan pematerian yang sangat baik masih boleh diperoleh.

Walaupun terdapat beberapa kelebihan jelas bagi pakej BGA, beberapa kelemahan akan menjadi ketara semasa pemasangan SMT, termasuk:
• Sambungan pateri sukar untuk diperiksa. Pemeriksaan sambungan pateri memerlukan peralatan pemeriksaan sinar-X yang membawa kepada kos yang lebih tinggi.
• Lebih banyak kesukaran perlu diatasi dalam kerja pembaikan BGA. Oleh kerana komponen BGA dipasang pada papan litar melalui bebola pateri yang diedarkan dalam bentuk susunan, kerja pembaikan semula akan menjadi lebih sukar.
• Pakej BGA separa adalah begitu sensitif terhadap kelembapan sehingga penyahkelembapan diperlukan sebelum penggunaannya.

Perbandingan antara QFP dan BGA

Dalam bahagian ini, QFP dan BGA akan dibandingkan melalui beberapa jadual dari segi ketumpatan antara sambungan, jarak pin, bilangan pin dan kadar kecacatan pemasangan.

Jadual 1 Perbandingan Ketumpatan Antarsambungan antara QFP dan BGA

Jadual 2 Perbandingan Padang Pin dan Kiraan Pin antara QFP dan BGA

Jadual 3 Perbandingan Kadar Kecacatan Pemasangan antara QFP dan BGA

Jadual 4 Perbandingan Struktur Pincang antara QFP dan BGA (Nota: √ - Cemerlang; Ο - Baik; Δ - Biasa)

Perbandingan antara QFP dan BGA

Berbanding denganpemasangan SMT tradisional, BGA mempunyai teknologi pemasangan yang lebih ringkas hasil daripada jarak pin yang besar dan koplanariti pin yang sangat baik. Keperluan pemasangan BGA akan dibincangkan di bawah dalam bahagian ini.

• Prinsip kalis lembapan untuk BGA

Sesetengah komponen BGA sangat sensitif terhadap kelembapan disebabkan oleh resin epoksi dalam pelekat di dalam ruang teras BGA yang cenderung menyerap kelembapan dalam kehidupan seharian, yang kemudiannya akan tersejat dengan tekanan besar yang terhasil di dalam resin epoksi. Wap air akan menyebabkan pembentukan gelembung di bahagian dasar bawah, membawa kepada keretakan antara ruang teras dan dasar. Oleh itu, adalah perlu untuk menjalankan penyahkelembapan sebelum penggunaan komponen BGA. Disebabkan kemajuan teknologi yang berterusan dan peningkatan keprihatinan orang ramai terhadap penyahkelembapan, sesetengah pakej BGA telah mencapai tahap kepekaan lembapan yang layak dan ia boleh diletakkan selama 48 jam dalam persekitaran 30°C dan 60% RH tanpa keretakan yang terhasil semasa pematerian. Sesetengah komponen BGA, sebagai contoh CBGA (ceramic ball grid array), tidak lagi sensitif terhadap kelembapan. Oleh itu, prosedur penyahkelembapan hendaklah dilaksanakan pada BGA berdasarkan pengelasan, suhu persekitaran dan kelembapan. Selain itu, penyahkelembapan perlu dijalankan mengikut arahan pakej dan jangka hayat simpanan.

• Salutan dan Pencetakan Bebola Pateri BGA

Bola pateri BGA biasanya setinggi 25mm*0.0254mm dengan diameter 30mm*0.0254mm. Jenis komponen BGA yang berbeza mempunyai komposisi aloi yang berbeza. Secara umumnya, TBGA, CBGA dan CGA bergantung pada pateri dengan takat lebur tinggi manakala kebanyakan BGA menggunakan pateri dengan takat lebur rendah. Bola pateri suhu tinggi digunakan terutamanya untuk mengelakkan bola pateri daripada runtuh secara berlebihan. Salutan dan percetakan bola pateri BGA merujuk kepada proses di mana fluks atau pes pateri disalut pada bola pateri yang kemudian akan dilekatkan pada PCB, dengan tujuan menghapuskan oksida pada pad dan menghasilkan sambungan yang baik antara bola pateri dan PCB melalui proses pencairan pateri.

• Pemasangan BGA

Terima kasih kepada jarak pin yang lebih besar, komponen BGA lebih mudah dipasang pada papan PCB. Sehingga kini, beberapa mesin pemasang canggih sudah boleh memasang komponen BGA. Selain itu, kerana komponen BGA boleh melaraskan kedudukan sendiri dan walaupun terdapat ralat sehingga 50% ia masih boleh dipasang dengan baik, ketepatan pemasangan tidak akan dikawal dengan terlalu ketat.

• Penyolderan Aliran Semula BGA

Dalam ketuhar pematerian aliran semula, BGA dipanaskan dengan bebola pateri atau pes pateri yang dicairkan untuk membentuk sambungan. Untuk mendapatkan sambungan yang cemerlang, adalah perlu untuk mengoptimumkan lengkung suhu di dalam ketuhar dan kaedah pengoptimuman adalah sama seperti bagi SMD lain. Perlu diberi perhatian bahawa ramuan bebola pateri harus diketahui untuk menentukan lengkung suhu pematerian aliran semula.

• Pemeriksaan BGA

Pemeriksaan BGA merangkumi pemeriksaan kualiti pematerian dan pemeriksaan fungsi. Yang pertama merujuk kepada pemeriksaan kualiti pematerian pada bebola pateri dan pad PCB. Susunan BGA menambah kesukaran kepada pemeriksaan visual dan pemeriksaan sinar-X adalah diperlukan. Pemeriksaan fungsi perlu dilaksanakan pada peranti dalam talian, yang bersamaan dengan ujian SMD dengan jenis pakej yang lain.

• Kerja semula BGA

Serupa dengan pemeriksaan BGA, kerja pembaikan semula pada BGA adalah sama sukarnya dan memerlukan peralatan serta alat pembaikan profesional. Dalam proses pembaikan semula, BGA yang rosak perlu disingkirkan terlebih dahulu dan kemudian pengubahsuaian perlu dilakukan pada pad PCB dengan salutan fluks. BGA baharu memerlukan pra-pemprosesan dan pematerian segera perlu dijalankan.

Dapatkan Perkhidmatan Pemasangan SMT BGA Sehenti daripada PCBCart pada Harga Berdaya Saing

PCBCart menyediakan perkhidmatan pemasangan SMT BGA sehenti termasuk pengesahan BOM, perolehan BGA, pemeriksaan kualiti BGA, penyimpanan BGA, SMT BGA, AOI dan AXI. Pad jarak BGA terkecil yang boleh dikendalikan di kilang pembuatan PCBCart ialah 0.35mm. Untuk sebut harga pantas dan profesional bagi pemasangan SMT BGA, klik butang di bawah. Kami akan memberikan harga PCBA dalam masa 1-2 hari bekerja.

Permintaan Sebut Harga Pemasangan SMT BGA

Sumber yang Berguna
•Perkhidmatan Sumber Komponen BGA Berkualiti Terjamin daripada PCBCart
•Perkhidmatan Pembuatan PCB Ciri Penuh daripada PCBCart
•Perkhidmatan Pemasangan PCB Turnkey Lanjutan daripada PCBCart
•Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kualiti Pemasangan BGA
•Isu Bebola Pateri bagi Komponen BGA dan Cara Mengelakkannya