220703 Автоматизація технологічних процесів і виробництв

Чому BGA так популярні.

У міру збільшення складності сучасних мікросхем зростає число контактів введення / виведення, які доводиться розміщувати в усі менших за розміром корпусах для здешевлення вартості електронних виробів в цілому. Ці процеси мініатюризації і ускладнення і привели до появи корпусів типу BGA (від англійського Ball Grid Array - масив кулькових висновків).

Перш за все, слід відзначити технологічність корпусів BGA, так як вони дозволяють оптимальним чином розмістити задану кількість висновків на обмеженій площі зі збереженням достатнього зазору між висновками. Всі висновки знаходяться на одній площині з нижньої сторони корпусу, тому їх довжина виходить коротше, ніж у мікросхем, що мають інші конструктивні виконання. Це призводить до зниження паразитних випромінювань, а значить, позитивно відбивається на цілісності сигналів в електронному виробі. Проблема копланарності висновків у BGA стоїть не так гостро, як у корпусів QFP. Складність проектування і необхідна точність виготовлення трафаретів для нанесення паяльної пасти для QFP з кроком 0,5-0,25 мм значно вище, ніж для BGA корпусів з тією ж кількістю висновків. BGA менш чутливі до типу паяльної пасти і параметрам її нанесення. Під час оплавлення компоненти BGA фактично плавають і автоматично центруються завдяки силам поверхневого натягу розплавленого припою (корпус прекрасно трикулачні навіть при зміщенні на 50% розміру майданчика).

Так як корпусу BGA мають велике число висновків, больша я їх частина може бути використана під висновки харчування і заземлення. Розміщення їх в потрібному місці дозволяє знизити паразитне індуктивність виведення, ніж скорочується зворотний шлях високочастотних струмів в земля. Блокувальні конденсатори при цьому можуть бути вбудовані безпосередньо в підкладку або введені всередину корпусу, що дозволяє додатково поліпшити характеристики пристроїв. Корпуси BGA забезпечують мень шиї тепловий опір корпус / плата в порівнянні з похідними корпусами. За сукупністю характеристик корпусу BGA мають краще на сьогоднішній день співвідношенням ціна / щільність межсоединений.

Серед окремих недоліків можна виділити бо більшу механічну жорсткість з'єднання корпусу BGA-компонента платою через відсутність висновків, а також наявність різниці в коефіцієнті теплового розширення (ТКР) по осях x-y (Coefficient

of Thermal Expansion, CTE) між корпусом і матеріалом друкованої плати (ДП) для деяких BGA-компонентів (зокрема для керамічних BGA), що може викликати проблеми при підвищених теплових і механічних навантаженнях на виріб. Ремонт BGA утруднений, вимагає спеціальних навичок і пристосувань. Також слід наголосити на необхідності використання спеціального обладнання для контролю якості монтажу - рентгенівські установки і спеціальні мікроскопи.

Що тако BGA-мікросхеми?

BGA-мікросхема має плоскі контактні площадки одного певного діаметра розташовані в вигляді певної сітки, на які наносяться кульки припою відповідного діаметру. Для різних мікросхем діаметр кульок варіюється від сотих часток міліметра до декількох десятих. Відстань же між контактними майданчиками на мікросхемі в кілька разів більше діаметру самих кульок, але зазвичай не більше 0,5-0,7 мм. У свою чергу, на багатошарової платі під кожну таку мікросхему контактні площадки розташовуються у вигляді відповідної сітки. В цілому, такий монтаж сприяє зменшенню розмірів готового виробу. З точки зору виробничої практики, у BGA монтажу більшість переваг. Але є і мінуси, які виникають як у процесі виготовлення плат, так і в процесі експлуатації готових виробів.

• Висока щільність. BGA - це рішення проблеми виробництва мініатюрного корпусу ІС з великою кількістю висновків. Масиви висновків при іспользованііповерхностного монтажу «дві лінії з боків» (SOIC) виробляються все з меншим і меншим відстанню і шириною висновків для зменшення місця, займаного висновками, але це викликає певні складності при монтажі даних компонентів. Висновки розташовуються дуже близько, і росте відсоток браку через споювання припоєм сусідніх контактів. BGA не має такої проблеми - припій наноситься на заводі в потрібній кількості і місці.

• Негнучкі висновки, при тепловому розширенні або вібрації деякі висновки можуть зламатися. Тому BGA не є популярним у військовій техніці або авіабудуванні. Частково цю проблему вирішує залитие мікросхеми спеціальним полімерним речовиною - компаундом. Він скріплює всю поверхню мікросхеми з платою. Одночасно компаунд перешкоджає проникненню вологи під корпус BGA-мікросхеми • Дороге обслуговування. Іншим недоліком є ​​те, що після того як мікросхема припаяна, дуже важко визначити дефекти пайки. У деяких випадках через дороговізнмікросхеми кульки відновлюють за допомогою паяльних паст і трафаретів; цей процес називають реболлінг, від англ. reball.