Тип корпуса и материал основания

Рис.1. Классификация BGA компонентов

Классификация BGA.

Преимущества

• Теплопроводность, ещё одно преимущество перед микросхемами с ножками является лучший тепловой контакт между микросхемой и платой, что в некоторых случаях избавляет от установки теплоотводов, поскольку тепло уходит от кристалла на плату более эффективно (также, в некоторых случаях, по центру корпуса создаётся одна большая контактная площадка-радиатор, которая припаивается к дорожке-теплоотводу).
• Малые наводки. У BGA длина проводника очень мала, и может определяться лишь расстоянием между платой и микросхемой, так что применение BGA позволяет увеличить диапазон рабочих частот, увеличить скорость обработки информации.

• Высокая плотность. BGA — это решение проблемы производства миниатюрного корпуса ИС с большим количеством выводов. Массивы выводов при использовании поверхностного монтажа «две линии по бокам» (SOIC) производятся всё с меньшим и меньшим расстоянием и шириной выводов для уменьшения места, занимаемого выводами, но это вызывает определённые сложности при монтаже данных компонентов. Выводы располагаются слишком близко, и растёт процент брака по причине спаивания припоем соседних контактов. BGA не имеет такой проблемы — припой наносится на заводе в нужном количестве и месте.

Недостатки

• Негибкие выводы, при тепловом расширении или вибрации некоторые выводы могут сломаться. Поэтому BGA не является популярным в военной технике или авиастроении. Отчасти эту проблему решает залитие микросхемы специальным полимерным веществом — компаундом. Он скрепляет всю поверхность микросхемы с платой. Одновременно компаунд препятствует проникновению влаги под корпус BGA-микросхемы
• Дорогое обслуживание. Другим недостатком является то, что после того как микросхема припаяна, очень тяжело определить дефекты пайки. В некоторых случаях из-за дороговизны микросхемы шарики восстанавливают с помощью паяльных паст и трафаретов; этот процесс называют реболлинг, от англ. reball.

В настоящее время производится широкая номенклатура микросхем в BGA корпусах. Основные типы выделяются по следующим признакам (согласно JEDEC JEP95,IPC7095):

· типу корпуса и материалу основания.

· размеру корпуса и высоте профиля;

· шагу выводов

При производстве BGA используется множество различных материалов для корпуса и подложки. Выбор конкретных материалов обусловлен многими факторами, такими как стоимость, требования по климатике и надежности, технологичность изготовления/пайки и т.д. Наибольшее распространение получили BGA в пластиковом корпусе – PBGA (Plastic Ball Grid Array). Основанием для PBGA служит многослойная печатная плата, на которую разваривается (распаивается или приклеивается) кристалл, и крепятся шариковые выводы. В качестве материала для основания в PBGA используют FR-4 с высокой температурой стеклования (Tg) и бисмалеимид-триазин (BT). Корпуса PBGA являются относительно дешевыми, отличаются хорошим согласованием коэффициента теплового расширения корпуса и платы, однако чувствительны к влажности, склонны к короблению (в особенности большие по размеру корпуса).

Также широко распространены BGA в керамическом корпусе – CBGA (Ceramic Ball Grid Array). CBGA выполнены на многослойной керамической подложке и имеют металлическую или керамическую крышку. В качестве выводов для CBGA обычно используют неоплавляемые шарики из высокотемпературного сплава Sn10/Pb90 с температурой ликвидуса 302°C. Шарики крепятся к корпусу микросхемы с помощью эвтектического сплава. Существуют бессвинцовые варианты исполнения CBGA. Корпуса CBGA герметичны и практически нечувствительны к влажности, кроме того, шарики из высокотемпературного сплава облегчают процесс ремонта изделия, так как в большинстве случаев не требуют реболлинга*. Тем не менее, относительная высокопрофильность, большая теплоемкость и различия в ТКР с материалом печатной платы ограничивают их применение.

Разновидностью корпусов CBGA являются корпуса CCGA (Ceramic Column Grid Array), в которых роль шариков выполняют столбиковые выводы. Выводы обычно имеют диаметр 0,5 мм и длину 1,25-2,0 мм. Надежность паяных соединений у CCGA с более длинными выводами выше, так как столбиковые выводы в этом случае эффективнее поглощают стресс, порождаемый несоответствием ТКР керамического корпуса и печатной платы. С другой стороны, более длинные выводы приводят к более высокому профилю микросхемы и требуют осторожности в обращении в процессе хранения и монтажа.

Корпуса TBGA (Tape Ball Grid Array) имеют гибкое полиимидное основание. Такие корпуса также имеют шарики из высокотемпературного припоя, прикрепленные к корпусу методом частичного оплавления. Для TBGA не так важно несовпадение ТКР, так как гибкое основание эффективно поглощает механические напряжения. Корпуса TBGA демонстрируют улучшенные тепловые характеристики без дополнительного

радиатора. Их чувствительность к влажности находится на том же уровне, что и у PBGA.

*Ребоулинг – выпаивание чипа, замена контактных шариков и установка этого же чипа обратно на материнскую плату.