BGA TEKNOLOJİSİ. Hakan ESER - Bilişim Teknolojileri Öğretmeni

Transkript

1 BGA TEKNOLOJİSİ BGA Nedir? BGA nın açılımı: Ball Grid Array BGA, yüzey montaj entegre devrelerde kullanılan bir kılıf türüdür. BGA, PGA'dan geliştirilmiş bir yapıdır, PGA bir yüzü, tamamı ile ya da kısmen, düzenli sıralar halinde yerlestirilmis iğne seklindeki bacaklardan olusmus, entegre devrelerde kılıf şeklidir. Bu iğne seklindeki bacaklar, entegre devrelerde üretilen elektrik sinyallerinin, entegre devrenin üzerine monte edildiği elektronik devre plaketine aktarılmasını sağlar. Entegre devremizin elektronik devreye montajının yapılması gereken yerde, elektronik devre plaketi üzerinde, tam da bu lehim toplarına karsılık gelen yerlerde ve bu toplara hizalanmış olarak minik bakırdan lehimleme noktaları bulunur. Bu yapı kontrollü hava akımı ve/veya kızıl ötesi ışın ile gerektiği kadar ısıtıldığında lehim toplarının erimesi gerçekleşir. Sıvı hale gelmiş olan lehimin yüzey gerilimi, lehim topları soğutup katılaşana kadar, entegre devre ve elektronik plaketin önceden hizalanmış olduğu biçimde sabit kalmasını sağlar.

2 BGA NIN AVANTAJLARI 1. Yüksek yoğunluk BGA gittikce daha minyaturize olmuş, yüzlerce bacaktan oluşan entegre devrelerin üretimi ve kullanımı sırasında ortaya çıkan bir çok sorunun, efektif bir şekilde çözüm yoludur. Gelişmekte olan teknolojinin gereksinimleri sebebi ile Pin grid array (PGA) ve dual-in-line yüzey montaj (SOIC) kılıflar, gittikce artan sayıda bacak adedine sahip entegre devreler olarak üretilmeye baslamıstır. Sonuc olarak bu elektronik devre elemanlarının sahip olduğu bacaklar arasındaki alanlar gittikce daralmaya ve çok ciddi lehimleme sorunlarına sebep olmaya başlamıştır. BGA devre elemanları, uygun şartlarda montajı yapıldığı sürece bu riski ortadan kaldırır. 2. Isı transferi BGA kılıfın en büyük avantajlarından biri de, BGA kılıflı entegre devrenin, üzerine monte edildiği elektronik devre plaketiyle arasındaki kolay ısı transferidir. Bu yüksek ısı geçirgenliği, söz konusu entegre devre elemanının, ısısını çok daha kolayca elektronik devre plaketine transfer ederek, entegre devremizin fazla ısınmasını engeller. 3. Düşük manyetik alan BGA kılıf entegreler, özellikle PGA kılıflarla karşılaştırıldıgında daha kısa temas noktalarına (bacak uzunlukları) sahip olmalarından dolayı çok daha düşük manyetik alan yaratırlar. Bu sayede özellikle yüksek hızlarda calışan elektronik devrelerde tipik bir sorun olan, manyetik alanların yakınında bulunan bacaklarda oluşan istenmeyen elektrik yüklemelerine engel olarak, çok daha yüksek performanslara erişmelerine izin verir.

3 DEZAVANTAJLARI 1. Esnek olmayan lehim bağlantıları BGA kılıfların bir dezavantajı, bu kılıflarda kullanılan lehim toplarının doğası gereği uzun bacaklara sahip olan kuzenlerinin sahip olduğu mekanik esnekliğe sahip olmamalarıdır. Bütün yüzey montajlı ürünlerde olduğu gibi, BGA kılıfın, ısı ile genleşme miktarı ile elektronik devre plaketininin ısı ile genleşme miktarı farklıdı olmasından dolayı, mekanik bükülme gerilimine maruz kalır. Bu süreç, zaman içinde lehimlerde kırılma ve/veya çatlamalar oluşturur. Isı ile genleşme sorunu, elektronik devre plaketi ile entegre devre kılıfının genleşme katsayısı yakın olan maddelerden yapılmasi ile cözümlenebilir. Genellikle, plastik BGA kılıfların ısı ile genleşme oranları, elektronik devre kartının ısı ile genleşme oranları ile benzeşirler, seramik kılıflı entegre devrelerde bu fark oldukça yüksektir. Genleşme sonucu meydana gelen mekanik zorlamalar, BGA kılıf ile elektronik devre kartının arasında kalan boşluğa, lehimleme işleminden sonra epoxy reçine karışımı enjekte edilerek çözümlenebilir, bu işleme under fill (altını doldurma) adı verilir. Epoxy reçine BGA kılıf ile elektronik devre kartını sağlam bir şekilde birbirine yapıştırır. Esnek olmayan lehim toplarına bir diğer çare de, lehim topları ile BGA kılıfının arasına üretim esnasında esnek bir tabaka yerlestirmektir. Bu teknik BGA kılıflı DRAM chip üretiminde standart bir uygulama haline gelmiştir. 2. Pahalıya gelen kontrol mekanizması BGA montajdaki bir diğer dezavantaj ise, BGA entegre devre bir kez lehim ile montajı yapıldıktan sonra, hataların kontrolünün cok zor olmasıdır. Bu problem X-ışını cihazları ve özel mikroskoplar ile aşılabilir fakat çok pahalıya mal olur. Video Eğer hatalı montaj yapılmış bir BGA chip bulunursa, kızılötesi ve/veya kontrollu sıcak hava akımı kullanan ısı control cihazları ve vakum ile donatılmış BGA çalışma istasyonu ile chip yerinden çıkartılabilir. Lehim topları ile bacak yapılmamış, sökülüp yeniden kullanıma gönderilmiş BGA chiplere, lehim topları ile lehim bacağı yapmak için, ayrıca çeşitli aparatlar ve minik iş istasyonları gerekmektedir. X-ışını ile BGA kontrol cihazlarının yuksek maliyetleri ayrıca cok ciddi bir sorun oluşturmaktadır. Notebooklarda BGA nedir? Bir notebook onarım servisinin jargonunda BGA ne anlama gelmektedir? BGA cihiplerinden kaynaklı tüm arızalar için, BGA arızası tabiri kullanılır. (hatta yalnızca BGA denir). Şu sıralarda yoğun olarak iki ya da tek parçadan oluşan chip setleri, kimi zaman mikro işlemciler, ekran chipleri yada kartları ve bu ekran chiplerinin kullandığı RAM bellekler için bu kılıf yapısına sahip (BGA) chipler kullanılmaktadır. Bu chipler zaman içersinde, Sürekli ısınıp soğuma sonucu genleşme ve küçülme sebebinden, Bakımsızlıktan, Yanlış şartlarda kullanımından, Uzun süreli çok yüksek performans isteyen uygulamalar ile kullanımlardan (Yüksek performans gerektiren oyunlar, vs.) Veya daha farklı sebeplerden dolayı Ana kart ile BGA chip arasındaki iletkenliği sağlayan lehim ayakların çatlama, kopma nedeni ile temassızlık oluşturmasından kaynaklanan ve farklı şekillerde kendini gösteren arızalar oluşturur.

4 BGA Sorunları olan notebooklarda sıklıkla görülen arızalar : 1- Ekrandaki görüntünün, belli bir süre çalıştıktan sonra gitmesi (VGA çipset arızası) 2- Notebook da donmalar olması. (Kuzey Köprüsü Arızası) 3- Wirelles, USB, Mouse, Klavye, Harddisk, Ethernet gibi aksamların çalışmaması yada kilitlenmesi (Güney Köprüsü Arızası) 4- Ekrandaki görüntü problemleri; Dikey çizgi, karelenmeler, yazı karekterlerinin farklılıkları, görüntünün parçalı gelmesi (VGA çipset arızası) 5- Ayrıca kısa devre nedenli BGA arızalarında da ilgili BGA çipsetin aşırı derecede ısındığı gözlemlenir. BGA ONARIMI NASIL YAPILIR BGA arızalarının giderilmesinde iki yol izlenir. BGA Chiplerin yeniden kullanımı Chip BGA rework Makinesi yardımıyla, chipin ve plaketin özellikleri göz önünde bulundurularak (kurşunlu, kurşunsuz), önceden belirlenmiş sıcaklık değerlerinde, önceden belirlenmiş sürelerde ısıtılmak yöntemi ile sökülür (ısıtma ve soğutma ani yapılmamalıdır). Plaketin yüzeyi ve chipin üzerindeki lehim artıkları temizlenir, chipe lehim topları ile yeniden ayak yapılarak, BGA rework makinası ile plakete, olması gerektiği şekilde takılır. BGA Chiplerin değişimi Chipin BGA rework makinasıyla sökülerek, plaketin üzerine yeni chipin yukarıdaki yöntemleri izleyerek takılmasıdır. BGA onarımında yapılmaması gerekenler BGA sorunu çıktığında, yapılan yanlış uygulamaların başında; sıcak hava üflme cihazıyla chipe ısı verilerek onarımı yoluna gidilmesidir, bu yöntem ile başarıya ulaşılmış gibi görünülse bile, bu çözüm kısa süreli ve geçici bir çözümdür. Daha sonra doğru yöntemi izleyerek yapılacak olan BGA onarımının, büyük olasılıkla başarsız olmasına sebep olur. Bir notebook ana kartı üzerinde, doğru şekilde yapılan BGA onarımları bile, ana kart üzerinde artan oranda deformasyona yol açarken uygun ekipman ve deneyim ile yapılmayan onarımlar sıklıkla ürünün onarılamayacak derecede hasar görmesi ve kullanım dışı kalması ile sonuçlanır. Bir plaket üzerinde genellikle 3 defadan fazla BGA yapılırsa, anakart üzerindeki yollar ve diğer devre elemanları zarar görmeye başlar. Artık bu aşamada, anakartın değişmesi gerekmektedir. Sıcak hava üfleme cihazıyla chip e ısı verilmesi yanlış bir uygulamadır.

5 BGA DEĞİŞİMİ İÇİN GEREKLİ MALZEME VE ARAÇ GEREÇLER HAVYA İSTASYONU VE BALTA TİPİ HAVYA UCU FLUX SOLVENT (THİNNER) KREM PASTA

6 LEHİM EMME FİTİLİ VE BGA KALIBI BGA için Lehim topları BGA REBALL MAKİNESİ

7 LK-T6 BGA REWORK İSTASYONU

8 AĞIZLIKLAR

9 BİZE LK-T6 BGA REWORK İSTASYONU İLE BGA ÇİP SÖKME

10

11

12

13

14

15

16

17 Konu ile ilgili cevabı bilinmesi gereken sorular: 1. BGA çipler de meydana gelen sorunlar ve nedenleri nelerdir? (Bilgisayardaki hangi sorunlar hangi BGA çipten kaynaklanır). 2. BGA Nedir? BGA teknolojisinin sağladığı avantajlar nelerdir? 3. BGA Nedir? BGA teknolojisinin dezavantajlar nelerdir? 4. BGA değişimi sırasında meydana gelebilen Termal şok ne demektir? Termal şoku önlemek için neler yapılır. 5. Reball işlemi nedir? Hangi durumlarda yapılır? 6. Reball işleminin nasıl yapıldığını işlem sırasına göre yazınız. 7. En sık karşılaşılan BGA arızası hangisidir? Sebepleri nelerdir? 8. BGA çip değişimi yapılırken BGA makinasının üst ısıtma kafası ile BGA çip arasındaki mesafe ne kadar olmalıdır? 9. BGA çip değişiminde kullanılan araç gereçler nelerdir? 5 tanesini yazınız. 10. BGA çip değişimi için kullanılan malzemeler nelerdir? 5 tanesini yazınız.