Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»

Многопрофильный колледж

Политехнический колледж

BGA микросхемы. Виды. Свойства.

специальность

220703 Автоматизация технологических процессов и производств

группа № 12231

работу выполнила:

Постникова А.А.

работу проверил:

Чермошенцев Д. В. оценка: ________

Великий Новгород 2013 г

Содержание

Ведение. почему BGA так популярны…………………………………….3

Что такое микросхемы……………………………………………………...4

1. Классификация…………………………………………………………………

   1. Тип корпуса и материал основания………………………………………….

   2. Размер корпуса, высота профиля……………………………………………

   3. Шаг выводов, размеры и материал шариков, параметры контактных площадок для монтажа BGA…………………………………………………………………..

2. Копланарность……………………………………………………………………

3. Чувствительность к влажности……………………………………………….

4. Требования к печатным платам для монтажа BGA………………………….

   1. Материалы…………………………………………………………………………..

4.1.1 Неорганические материалы………………………………………………………….

4.1.2 Органические материалы………………………………………………………….

1. Связующие наполнители…………………………………………………………..

2. Основа………………………………………………………………………………

1. Характеристики базавых материалов……………………………………………………

2. Деформация печатных плат…………………………………………………………….

3. Финишные покрытия………………………………………………………………………

4. Проектирование печатных плат…………………………………………

   1. Размещение корпусов BGA на плате…………………………………………….

   2. Маркеры для совмещения…………………………………………………………………

   3. Размеры контактных площадок. Площадки, определяемые медью, и площадки, определяемые маской………………………………………………………………

   4. Заливка медью, ширина проводников, переходные отверстия………………………

   5. Оценка числа необходимых для трассировки слоев печатной платы……………..

   6. Шаблоны трассировки BGA…………………………………………………………

   7. Подвод питания………………………………………………………………….

   8. Рекомендации, которым нужно следовать при трассировке BGA……………….

5. Монтаж BGA корпусов на печатную плату……………………………..

   1. Нанесение паяльной пасты……………………………………………………………

   2. Требования к автоматам для монтажа BGA………………………………………….

   3. Пайка……………………………………………………………………………………

   4. Отмывание узлов с BGA……………………………………………………………….

   5. Нанесение влагозащитного покрытия и заполняющих компаундов………………..

Содержание…………………………………………………………………….

Введение.

Почему BGA так популярны.

По мере увеличения сложности современных микросхем растет число контактов ввода/вывода, которые приходится размещать во все меньших по размеру корпусах для удешевления стоимости электронных изделий в целом. Эти процессы миниатюризации и усложнения и привели к появлению корпусов типа BGA (от английского Ball Grid Array – массив шариковых выводов).

Прежде всего, следует отметить технологичность корпусов BGA, так как они позволяют оптимальным образом разместить заданное количество выводов на ограниченной площади с сохранением достаточного зазора между выводами. Все выводы находятся на одной плоскости с нижней стороны корпуса, поэтому их длина получается короче, чем у микросхем, имеющих другие конструктивные исполнения. Это приводит к снижению паразитных излучений, а значит, положительно отражается на целостности сигналов в электронном изделии. Проблема копланарности выводов у BGA стоит не так остро, как у корпусов QFP. Сложность проектирования и необходимая точность изготовления трафаретов для нанесения паяльной пасты для QFP с шагом 0,5-0,25 мм значительно выше, чем для BGA корпусов с тем же количеством выводов. BGA менее чувствительны к типу паяльной пасты и параметрам ее нанесения. Во время оплавления компоненты BGA фактически плавают и автоматически центрируются благодаря силам поверхностного натяжения расплавленного припоя (корпус прекрасно самоцентрируется даже при смещении на 50% размера площадки).

Так как корпуса BGA имеют большое число выводов, большая их часть может быть использована под выводы питания и заземления. Размещение их в нужном месте позволяет снизить паразитную индуктивность вывода, чем сокращается обратный путь высокочастотных токов в земля. Блокировочные конденсаторы при этом могут быть встроены непосредственно в подложку или введены внутрь корпуса, что позволяет дополнительно улучшить характеристики устройств. Корпуса BGA обеспечивают мень шее тепловое сопротивление корпус/плата по сравнению с выводными корпусами. По совокупности характеристик корпуса BGA обладают лучшим на сегодняшний день соотношением цена/плотность межсоединений.

Среди отдельных недостатков можно выделить большую механическую жесткость соединения корпуса BGA-компонента платой из-за отсутствия выводов, а также наличие разницы в коэффициенте теплового расширения (ТКР) по осям x-y (Coefficient

of Thermal Expansion, CTE) между корпусом и материалом печатной платы (ПП) для некоторых BGA-компонентов (в частности для керамических BGA), что может вызвать проблемы при повышенных тепловых и механических нагрузках на изделие. Ремонт BGA затруднен, требует специальных навыков и приспособлений. Также следует отметить необходимость использования специального оборудования для контроля качества монтажа – рентгеновские установки и специальные микроскопы.

Что тако BGA-микросхемы?

BGA (от английского Ball Grid Array – массив шариковых выводов) -  тип корпуса поверхностно-монтируемых интегральных микросхем. BGA выводы представляют собой шарики из припоя, нанесённые на контактные площадки с обратной стороны микросхемы. Данный тип корпусов позволяет увеличить плотность (число) компонентов в устройстве и сокращает срок  монтажа. BGA - корпус используется в таких сложных микросхемах, как видеочипы, и может иметь, например, 304 вывода в нижней части микросхемы в виде матрицы 16х19 выводов с шагом 1,27 мм.

BGA-микросхема имеет плоские контактные площадки одного определенного диаметра расположенные в виде определенной сетки, на которые наносятся шарики припоя соответствующего диаметра. Для разных микросхем диаметр шариков варьируется от сотых долей миллиметра до нескольких десятых. Расстояние же между контактными площадками на микросхеме в несколько раз больше диаметра самих шариков, но обычно не больше 0,5-0,7 мм. В свою очередь, на многослойной монтажной плате под каждую такую микросхему контактные площадки располагаются в виде ответной сетки.  В целом, такой монтаж способствует уменьшению размеров готового изделия. С точки зрения производственной практики, у BGA монтажа большинство преимуществ. Но есть и минусы, которые возникают как в процессе изготовления плат, так и в процессе эксплуатации готовых изделий.

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 использованииповерхностного 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 дороговизнмикросхемы шарики восстанавливают с помощью паяльных паст и трафаретов; этот процесс называют реболлинг, от англ. reball.