Notebook Teknolojileri ve BGA

Yazdır



Laptop teknolojilerindeki gelişmeleri takip edenler artık hergün laptop üreticilerinin yeni bir ürünü piyasaya sürdüğünü görmeye alıştı.  Bu takibe boyut-işlev açısından bakınca yenilerin daha küçük olmasına rağmen performans olarak büyüklerini aratmayacak yapıda üretilmiş olduklarını görüyoruz.
Bunun altında şüphesiz ki laptoplarda kullanılan elektronik komponentlerin gittikçe daha gelişmiş kılıflandırma teknikleri kullanılarak üretilip montajlanmaları yatıyor.  (Anakartlarda, ramlerde ve ekran kartlarında kullanılan chipsetler hatta işlmeciler (CPU)  BGA yapıdadır.)
Bu kılıflandırma teknikleri içinde laptoplarda en yaygın kullanıma sahip olmaları nedeniyle BGA’ları mercek altına aldık.

BGA NEDİR ?

İngilizce “Ball Grid Array” kelimelerinin baş harfleri kullanılarak kısaltılmış olan bir smd (surface mount device – yüzeye montaj entegre devre) komponent kılıflandırma türüdür.  
Diğer bir deyişle BGA, PGA'dan geliştirilmiş bir yapıdır. Peki PGA Nedir?

PGA bir yüzü, tamamı ile ya da kısmen, düzenli sıralar halinde yerleştirilmiş iğne seklindeki pinlerden (bacaklardan) olusmus, yüzeye monte entegre devrelerde (smd) kullanılan kılıf şeklidir. Bu iğne seklindeki pinler, entegre devrelerde üretilen elektriksel sinyallerin, entegre devrenin üzerine monte edildiği elektronik devre plaketine aktarılmasını sağlar. BGA' da ise, bu iğne şeklindeki pinlerin yerini, minik lehim topları alır. Entegre devremizin elektronik devreye montajının yapılması gereken yerde, elektronik devre plaketi üzerinde, tam da bu lehim toplarına karşılık gelen yerlerde ve bu toplara hizalanmış olarak minik bakırdan lehimleme noktaları bulunur. Bu yapının montajı (düzgün şekilde üst üste yerleştirilmiş entegre devre ve elektronik plaket) kontrollü hava akımı ve/veya kızıl ötesi ışın ile gerektiği kadar ısıtıldığında lehim toplarının erimesi ile gerçekleşir. Sıvı hale gelmiş olan lehimin yüzey gerilimi, lehim topları soğuyup katılaşana kadar, entegre devre ve elektronik plaketin önceden hizalanmış olduğu biçimde sabit kalmasını sağlar.

BGA’NIN AVANTAJLARI
Yüksek yoğunluk
BGA, yüzlerce pinden 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, gittikçe artan sayıda pin adedine sahip entegre devreler olarak üretilmeye başlamıştır, sonuç olarak bu elektronik devre elemanlarının sahip olduğu bacaklar arasındaki alanlar gittikçe daralmaya ve çok ciddi lehimleme sorunlarına sebep olmaya başlamıştır. 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 devre elemanının, ısısını çok daha kolayca elektronik devre plaketine transfer ederek, entegre devremizin aşırı ısınmasını engeller.
Düşük manyetik alan
BGA kılıf entegreler, özellikle PGA kılıflarla karşılaştırıldığında daha kısa temas noktalarına (pin uzunlukları) sahip olmalarından dolayı çok daha düşük manyetik alan yaratırlar. Bu sayede özellikle yüksek hızlarda çalışan elektronik devrelerde tipik bir sorun olan, manyetik alanların yakınında bulunan bacaklarda oluşan istenmeyen elektrik yüklemelerine engel olarak, çok daha yüksek performanslara erişmelerine izin verir.

BGA’NIN DEZAVANTAJLARI
Esnek olmayan lehim bağlantıları
BGA kılıfların bir dezavantajı, bu kılıflarda kullanılan lehim toplarının doğası gereği uzun bacaklara sahip olan PGA’ların sahip olduğu mekanik esnekliğe sahip olmamalarıdır. Bütün yüzey montajlı ürünlerde olduğu gibi, BGA kılıfın ısı ile genleşme miktarı ile elektronik devre plaketinin ısı ile genleşme miktarının farklı 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 yapılması ile çözümlenebilir. 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 yerleştirmektir. Bu teknik BGA kılıflı DRAM chip üretiminde standart bir uygulama haline gelmiştir.

Pahalıya gelen kontrol mekanizması
BGA montajdaki bir diğer dezavantaj ise, BGA entegre devrenin bir kez lehim ile montajı yapıldıktan sonra, hata 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 kontrollü sıcak hava akımı kullanan ısı kontrol 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 yüksek maliyetleri ayrıca çok ciddi bir sorun oluşturmaktadır.

LAPTOPLARDA BGA (Chipset) ARIZALARI

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

BGA TAMİRİ NASIL YAPILIR

BGA arızalarının giderilmesinde iki yöntem uygulanır:

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 değişimi yapılırken sıcak hava üfleme metodunun kullanımıyla ilgili görüş ayrılıkları mevcuttur. Sıcak hava üflemeli havya istasyonuyla BGA sökme işleminin nasıl yapılabileceğini aşağıdaki linkte bulabilirsiniz.

http://320volt.com/bga-smd-entegre-sokme-ve-lehimleme/

Diğer bir görüş ise;

BGA sorunu çıktığında, yapılan yanlış uygulamaların başında; sıcak hava üfleme 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 başarısız olmasına sebep olur. Bir laptop anakartı 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 anakart üzerinde genellikle 3 defadan fazla BGA sökme işlemi yapılırsa, anakart üzerindeki yollar ve diğer devre elemanları zarar görmeye başlar. Artık bu aşamada, anakartın değişmesi gerekmektedir.

Konuyla ilgili diğer uygulamaların nasıl yapıldığını merak edenler var ise aşağıdaki linkleri verilen sayfalara göz atabilirler.

BGA Entegrelerin IR Ampul ile Basit ve Ucuz Şekilde Sökülmesi Nasıl Yapılır ?
Link:
http://www.teknomerkez.net/makale.asp?b=460

BGA Sökme İstasyonu Nasıl Çalışır?
Link:
http://www.vidivodo.com/391973/quick-bga-2015-sokme-takma-istasyonu

Kaynakça:
www.erpamonitor.com
www.itusozluk.com
www.wikipedia.org