تُعد مصفوفة الشبكة الكروية (BGA) من أكثر تقنيات التغليف شيوعًا في الوقت الحالي. تتميز بعدد كبير من الدبابيس، وحجم صغير، وأداء كهربائي جيد. ومع ذلك، تُشكل هذه التقنية تحديًا كبيرًا: فحص جودة اللحام. عادةً، نطبق فحوصات الأشعة السينية للكشف عن مشاكل لحام BGA، تعرّفنا خلال هذه المقالة على بعض مشاكل لحام BGA الشائعة. سنناقشها في هذه المقالة واحدةً تلو الأخرى، مع توضيح أسبابها، والأهم من ذلك، كيفية تجنبها.
6 مشاكل شائعة في لحام BGA
جسر كرة اللحام
جسر كرة اللحام هي الحالة التي تتصل فيها كرات اللحام المتجاورة ببعضها، مما يُسبب قصرًا كهربائيًا غير مقصود. تُعد هذه المشكلة من المشاكل الشائعة التي تُسبب في الوقت نفسه صعوبات كبيرة أثناء تجميع BGA. تشمل الأسباب الرئيسية لتداخل كرات اللحام وفرة معجون اللحام، وطرق طباعة معجون اللحام الخاطئة، ووضع المكونات بشكل غير صحيح، والتشكيلات غير الصحيحة أثناء عملية إعادة الصهر.
كرات اللحام المفقودة
تشير كرات اللحام المفقودة إلى الغياب غير المقصود أو إزاحة كرات اللحام من حزمة BGA، مما يُسبب توصيلًا كهربائيًا غير صحيح، بل وحتى انقطاعًا للتيار الكهربائي. يسهل اكتشاف هذا العيب، ويزداد وضوحًا أثناء فحص مصفوفة BGA بالأشعة السينية. من الأسباب المحتملة لفقدان كرات اللحام: الإجهاد الحراري، أو رداءة جودة اللحام أو المواد الأخرى المستخدمة، أو وضع الكرات بشكل غير صحيح، أو تدفق كرات اللحام عبر فتحات لوحة الدائرة المطبوعة.
عيب وضع الرأس في الوسادة
يعد وضع الرأس في الوسادة نوعًا من مشكلات الاتصال الجزئي حيث لا تلتصق كرة اللحام بشكل كامل بالوسادة. لوحة PCB، تبدو كرأسٍ مُستريحٍ على وسادةٍ في مقطعٍ عرضي. يُعزى هذا العيب عادةً إلى انحناء غلاف BGA أو لوحة الدوائر المطبوعة، أو أكسدة كرات أو وسادات اللحام، أو درجة حرارة أو وقت إعادة التدفق، أو كليهما.
الفراغات في مفاصل اللحام
من مشاكل لحام BGA الشائعة الأخرى فراغات وصلات اللحام، وهي عبارة عن جيوب هوائية أو تجاويف داخل وصلة اللحام، والتي تُشكل، عند كبر حجمها، خطرًا على موثوقية الوصلة. على الرغم من أن وجود بعض الفراغات يُعتبر مسموحًا به، إلا أنه يُثير القلق عندما يتجاوز الحدود المسموح بها. تشمل أسباب هذه المشاكل انبعاث الغازات من لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) أو أجزاء أخرى، واحتباس التدفق، و/أو استخدام عملية إعادة التدفق بشكل غير صحيح.
انهيار كرة اللحام
انهيار كرات اللحام هو أحد مشاكل لحام BGA الشائعة، حيث تجعل المسافة بين BGA ولوحة الدوائر المطبوعة أصغر من اللازم. قد يؤدي هذا إلى حدوث قصر في الدائرة الكهربائية وارتفاع ميكانيكي. من أهم العوامل التي قد تؤدي إلى انهيار كرات اللحام ارتفاع درجة الحرارة أو تأخر إعادة التدفق، أو استخدام كمية غير مناسبة من معجون اللحام، أو عدم وجود دعم كافٍ أثناء عملية إعادة التدفق.
تحول كرة اللحام
انزياح كرة اللحام هو الحالة التي تميل فيها كرات لحام BGA في اتجاه محدد، مما يؤدي إلى عدم محاذاة الكرات بشكل كامل مع وسادات PCB. مع أن هذا الخلل لا يؤثر على الأداء الكهربائي، إلا أنه، على حد علمنا، قد يُضعف استقرار اللحام. قد يكون انزياح كرة اللحام ناتجًا عن سوء المحاذاة أثناء عملية التركيب، وحركتها بسبب الرطوبة؛ وعدم التحكم الكافي في حركة التمدد والانكماش الحراري؛ وجودة قطعة BGA؛ وتصميم وأبعاد الوسادة التي ربما لم تُصمم جيدًا ومتوافقة خلال مرحلة التصميم.
اقتراحات لتجنب عيوب لحام BGA
- تأكد من أن معجون اللحام الذي تستخدمه طازج، ويجب خلط المعجون بشكل صحيح، ويجب أن يكون التطبيق مناسبًا والمكونات موضوعة بشكل صحيح.
- للتغليف البلاستيكي ببجايوصى بالتجفيف عند 100 درجة مئوية لمدة 6-8 ساعات قبل اللحام؛ ويفضل أيضًا استخدام النيتروجين.
- يُعدّ نمط درجة حرارة إعادة التدفق أمرًا مهمًا أيضًا. عند تغيير درجة الحرارة، تأكد من زيادتها وانخفاضها تدريجيًا، مما يسمح للمكونات بالتسخين بشكل متساوٍ، خاصةً أثناء عملية اللحام. في منطقة اللحام، يجب أن تكون جميع وصلات اللحام منصهرة تمامًا. إذا لم تكن درجة الحرارة كافية، مفاصل اللحام الباردقد يحدث تآكل، مما قد يؤدي إلى خشونة أسطح المفصل أو عدم اكتمال الاندماج خلال مرحلة الانهيار الثانية. قد يُحدث هذا شقوقًا بين معجون اللحام المترسب على سطح لوحة الدوائر المطبوعة ولحام المكون، مما يُنتج وصلات لحام رديئة أو "باردة".
- ضع كمية مناسبة من معجون اللحام. تساعد لزوجة معجون اللحام على تثبيت المكونات مؤقتًا وتمنع تكوّن جسور اللحام أثناء مرحلة الذوبان. في حالة استنسلات BGA، يتراوح حجم فتحة وصلات اللحام عادةً بين 70-80% من حجم الوسادة، ويبلغ سمك الاستنسل عادةً حوالي 0.15 مم (6 مل).
- يجب تصميم جميع وسادات لوحة الدوائر المطبوعة بنفس الحجم. في حال وجود أي عمليات تتطلب تصميمًا أسفل الوسادات، يجب اختيار الشركة المصنعة المناسبة للوحة الدوائر المطبوعة. يجب حفر مواضع الوسادات بشكل صحيح، وعدم تكبيرها بأي شكل من الأشكال. ويرجع ذلك إلى عدم إمكانية حفر فتحات صغيرة جدًا، مما يؤدي إلى زيادة كمية وارتفاع اللحام بعد لحام الوسادات الكبيرة والصغيرة. ونتيجة لذلك، قد تحدث توصيلات ضعيفة أو مفتوحة.
- علاوة على ذلك، أثناء تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة، يجب مراعاة مشكلة قناع اللحام. قبل لحام BGA، تأكد من جودة قناع اللحام المحيط بالوسادات، ومن وضع غشاء عازل على الفتحات.
الخلاصة
في هذه المقالة، نسرد بعض مشاكل لحام BGA الشائعة ونقدم بعض الاقتراحات لتجنبها. بتطبيق هذه الإجراءات، يمكن للمصنعين تقليل عيوب لحام BGA بشكل كبير وتحسين موثوقية المنتج بشكل عام. مع استمرار تطور صناعة الإلكترونيات، تظل معالجة مشاكل لحام BGA هذه جانبًا أساسيًا من مراقبة الجودة وتطوير المنتجات.
