От PGA до UFBGA: Эволюция корпусов и вызовы для производства

Предпосылки к переходу на BGA-корпус

Основная причина – необходимость увеличения плотности монтажа компонентов на печатной плате. Традиционные DIP и SOIC-корпуса занимали значительное пространство, ограничивая возможности миниатюризации. BGA-корпуса, с их шариковыми выводами, расположенными на нижней стороне, позволили значительно увеличить количество выводов при сохранении компактных размеров. Это особенно важно для современных микросхем с большим количеством контактов, таких как микропроцессоры и ПЛИС.

Другим немаловажным фактором стало сокращение расстояния от вывода до кристалла, что прямо повлияло на быстродействие – как непосредственно за счет сокращения расстояния, так и вследствие упрощения тактирования. Кроме того, увеличенное количество выводов обеспечивает возможность подключения большего числа сигнальных линий, а сами шариковые выводы облегчают отвод тепла от кристалла.

Зоопарк

Различные модификации BGA-корпусов отличаются прежде всего геометрически и материалами:

• LFBGA (Low Profile BGA) – низкопрофильные BGA-корпуса.
• FBGA (Fine Pitch BGA) – корпуса с мелким шагом выводов.
• TFBGA (Thin Fine Pitch BGA) – тонкие BGA-корпуса с мелким шагом.

Различия в конструкциях могут быть связаны с технологией изготовления, материалами и особенностями применения.

Области применения

BGA-компоненты широко применяются в технике без климатических требований и в потребительской электронике, особенно в портативном сегменте. Однако их использование неприемлемо в ряде случаев:

• Устройства с жесткими требованиями к ремонтопригодности – замена BGA-компонента требует специального оборудования и навыков.
• Устройства, работающие в условиях сильной вибрации, знакопеременных нагрузок и тепловых переходов – смещение компонента приводит к нарушению контакта и сокращению срока службы.
• Устройства с ограниченным бюджетом проектирования – стоимость оборудования для работы с BGA-компонентами может быть высокой.

Требования к качеству печатной платы

• Точность изготовления – высокая точность расположения контактных площадок.
• Качество поверхности – отсутствие дефектов на поверхности платы.
• Материал платы – должен обеспечивать необходимую теплоотдачу, механическую прочность и жесткость.

Особенности технологического процесса

Техпроцесс также имеет свои особенности:

• Транспортировка и хранение – необходимо обеспечить защиту от механических повреждений и особенно влаги.
• Подготовка к монтажу – нужно обеспечить правильную ориентацию компонента и очистку контактных площадок.

Что же касается непосредственно монтажа, традиционное SMD-оборудование далеко не всегда позволяет провести его без танцев с бубном. Так, огромное количество микрух попросту не влезает в диапазон площадей распознавания бюджетных установщиков, а печи оплавления требуют кропотливой настройки, а в идеале – замены. Паяльные пасты в ряде случаев требуются специализированные и обязательно совместимые по припою с шарами.

А производственный контроль – настоящий ад. Визуальный, очевидно, невозможен, требует функциональный и рентгеноскопический. Иначе могут ждать сюрпризы в виде смещений, сколов, непропаев и СЕРЫХ контактов – которые то контакты, то не контакты. А уж вымыть флюс из-под узкого пространства под корпусом – та еще задача.

Заключение

Резюмируя сказанное: иногда без матричных корпусов обойтись не получится, иногда можно подобрать сопоставимое решение на менее требовательной компонентной базе. Но если вы решили их использовать – это серьезный шаг. Не менее серьезный, чем получение высшего образования после школы – в сравнении с обычным поверхностным монтажом это, фактически, переход к новому технологическому укладу. В ряде случаев имеется обратная совместимость со стандартным оборудованием, где-то проще старую линию дополнить специализированным монтажным участком. Что бы вы ни выбрали – наши специалисты помогут с подбором подходящей комбинации.

Источники

1. IPC/JEDEC J‑STD 020C. Moisture / Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices.
2. IPC 7095B. Design and Assembly Process Implementation for BGAs.
3. Фокусная инфракрасная пайка — ремонт BGA-микросхем с превосходным качеством. Антон Кантер 2015 Технологии в электронной промышленности, № 5'2015.
4. Памятка разработчику. BGA – это просто. [2016]. URL: http://www.pcb.by/files/memo_4.pdf
5. Лейтес И. Реболлинг и проблема обеспечения надежности паяных соединений // Производство электроники. 2008. № 12.
6. Device Package User Guide/Xilinx, Inc. – 2006. www.xilinx.com

Получайте эксклюзивную информацию первыми! Подписывайтесь на наш Telegram-канал ProSMD — новости отрасли, отчеты инженеров о проведенных ПНР, а также там есть возможность задать свои вопросы.