BGA’nın açılımı

Ball grid array 

Intel Embedded Pentium MMX (alttan görünüş) BGA, yüzey montaj entegre devrelerde kullanılan bir kılıf  türüdür.

BGA Nedir?

 
Plakete montaji yapılmıs BGA entegre devreler

 

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. BGA'da ise, bu iğne şeklindeki bacakların yerini, entegre devrenin bacaklarının bulunması gereken yere tutturulmuş minik lehim topları alır. 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 (düzgün şekilde üst üste yerlestirilmiş entegre devre ve elektronik plaket) 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.

 

BGA’nın Avantajları

 

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 cok ciddi lehimleme sorunlarina sebep olmaya baslamıstır. BGA devre elemanları, uygun şartlarda montajı yapıldığı sürece bu riski ortadan kaldırır.

 

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.

 

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.

 

Dezavantajları   

 

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. Uygulanabilirlik ve ısı transfer özelliklerine bağlı olarak under fill (altını doldurma) işlemi için birden fazla  çeşitte malzeme halen kullanılmaktadır. 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.

 

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. 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. 
Bu işlemle BGA chip yenisi ile değiştirilebilir ya da chip yeniden kullanılmak üzere hazırlanabilir. 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? 

BGA’ yukarıdaki gibi tanımlanmaktadır. Bir notebook onarım servisinin jargonunda ‘BGA’ ne anlama gelmektedir?

Yukarıda tanımladığımız türden devre elemanlarının, gine yukarıda tanımladığımız yada benzeri türden arızalar oluşturmasına kısaca BGA denmektedir (Hatta arıza kelimesini bile kullanmadan, yalnızca BGA denir). Şu sıralarda yoğun olarak iki yada 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 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.

 

BGA Sorunları olan notebooklarda sıklıkla görülen arızalar 

1- Ekrandaki görüntünün, belli bir süre çalıştıktan sonra gitmesi
2- Notebook da donmalar olması. 
3- Wirelles, USB, Mouse, Klavye, Harddisk, Ethernet gibi aksamların çalışmaması yada kilitlenmesi 
4- Ekrandaki görüntü problemleri; Dikey çizgi, karelenmeler, yazı karekterlerinin farklılıkları, görüntünün parçalı gelmesi

BGA Onarımı nasıl yapılır 
                                    

       BGA Rework İstasyonu                                            Chip Kalıbı                          Chip'e Ayak Yapma Kiti 

BGA arızalarınıngiderilmesinde 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. 

Üfleme cihazıyla chip’e ısı verilme şeklidir. Bu yanlış bir uygulamadır. 
Burada Bga sorunları ile karşılaşan kullancıları bilgilendirmek amacıyla ve kullanıcıların anlayabileceği dilde, BGA  sorunlarını ve onarım aşamalarını anlatmaya çalıştık. Umarım bu bilgiler BGA sorunuyla karşılaşan kullancılara faydalı olur.