Классификация

Классификация

В настоящее время выпускается широкая номенклатура BGA-компонентов, классификация основных типов которых приведена на рис. 1.

Рис. 1. Классификация основных типов BGA-компонентов

Наибольшее распространение получили пластиковые ЭК (Plastic-Ball-Grid-Array, PBGA, рис. 2а), основой структуры которых является многослойная ПП, шарики выполнены из эвтектического припоя. Такие корпуса являются относительно дешевыми, отличаются хорошим согласованием ТКР корпуса и платы, однако чувствительны к влажности, склонны к короблению (в особенности, для больших корпусов). Также существуют керамические корпуса (Ceramic-Ball-Grid Array, CBGA), выполненные на керамической подложке, имеющие металлическую крышку и шарики, изготовленные из высокотемпературного сплава (90Pb/10Sn), крепящиеся к подложке при помощи эвтектического припоя. Такие шарики не оплавляются при пайке. Корпуса CBGA герметичны и практически нечувствительны к влажности, кроме того, шарики из высокотемпературного сплава облегчают процесс ремонта изделия. Тем не менее, относительная высокопрофильность, большая теплоемкость и различия в ТКР с материалом ПП ограничивают их применение. Разновидностью корпусов CBGA являются корпуса CCGA (Ceramic-Column-Grid-Array), в которых роль шариков выполняют столбиковые выводы. Корпуса TBGA (Tape Ball-Grid-Array) имеют в своей конструкции вместо многослойной подложки полиимидную пленку. Такие корпуса также имеют шарики из высокотемпературного припоя, прикрепленные к корпусу методом частичного оплавления. Корпуса демонстрируют улучшенные тепловые характеристики без дополнительного радиатора. Их чувствительность к влажности находится на том же уровне, что и у PBGA.

Рис. 2. Примеры BGA-корпусов: а) PBGA; б) μBGA

Также активно применяются корпуса с уменьшенным размером корпуса, высотой и шагом выводов. Эти корпуса объединены в большую группу CSP (Chip Scale Package), или, в терминологии JEDEC, DSBGA (Die-Size BGA) – корпусов, размеры которых приближаются к размеру кристалла. Широко распространенным представителем этой группы является корпус микроBGA (μBGA, micro-BGA, рис. 2б), разработанный компанией Tessera, Inc. [1]. Такой корпус имеет матрицу электроосажденных никелевых шариков (85-90 мкм) с золотым покрытием (0,3 мкм), либо шариков из эвтектического или бессвинцового припоя, на гибкой подложке. Упругий силиконовый слой снижает уровень механических напряжений. Уровень чувствительности к влажности данных корпусов – 1 и 2 [1, 5], что устраняет необходимость в специальной упаковке и методах обращения. Корпуса подходят для бессвинцовой технологии монтажа. Преимущественная область применения – SRAM, DSP для беспроводных приложений, высоконадежные приложения для медицины, автомобильной и военной промышленности. К этой же группе относятся Wafer Level Chip Size Package (WLCSP) – разновидность CSP, где все этапы процесса производства ИС проводятся на уровне подложки. Данные корпуса имеют чрезвычайно малые размеры, низкий профиль (0.82 мм max), обладают низкой чувствительностью к влажности и устойчивостью к высоким температурам (что особенно важно для бессвинцовой технологии). Шарики выполнены из сплава Sn/Ag/Cu.
Некоторые геометрические характеристики корпусов (шаг выводов и высота профиля) по стандартам JEDEC приведены в таблице 1. Понятие «малый шаг выводов» в данном случае означает, что он меньше 1,00 мм.

Таблица 1. Геометрические характеристики BGA-корпусов по стандартам JEDEC

Обозначение корпуса  Расшифровка обозначения  Шаг выводов, мм  Максимальная высота профиля, мм По типу и размерам корпуса  PBGA  Пластиковые  1,00; 1,27; 1,5  2,20; 3,50; 5,50  TBGA  С полиимидной пленкой в основании  1,00; 1,27; 1,5  3,40  CBGA, CCGA   Керамические шариковые и столбиковые  1,00; 1,27; 1,5  5,80 – 7,40  (L,T,V,W) F(R) XDSBGA   Близкие к размеру кристалла, с малым шагом выводов (Die-Size, fine-pitch)  0,40; 0,50; 0,65; 0,75; 0,80  1,0; 1,2; 1,7 По высоте профиля и шагу выводов  BFR-XBGA  Высокие и очень высокие, с малым шагом выводов (Thick and Very Thick, fine pitch)  0,8  2,45 – 3,25  LBGA  Низкопрофильные (Low profile)  1,00; 1,27; 1,5  1,7  T(F,R)-XBGA  Тонкие (Thin)  0,80; 1,0  1,2  TF(R)-XBGA  Тонкие, с малым шагом выводов (Thin, fine-pitch)  0,50; 0,65; 0,80  1,2  LF(R)-XBGA  Низкопрофильные, с малым шагом выводов (Low profile, fine-pitch)  0,8; 0,65; 0,50    VF-XBGA  Очень тонкие, с малым шагом выводов (Very Thin profile, fine-pitch)  0,50; 0,65  1,0  (U,W)F-XBGA  Ультратонкие и очень, очень тонкие, с малым шагом выводов (Ultra thin & very, very thin profile, fine-pitch)  0,8; 0,65; 0,50  0,65; 0,80  XF-XBGA  Сверхтонкие, с малым шагом выводов (Extremely thin profile, fine-pitch)  0,50  0,5

Форма корпусов может быть квадратной и прямоугольной. Существуют корпуса с различающимся по двум сторонам шагом (dual pitch).

Упаковка

Стандартная упаковка BGA-компонентов – лента (стандарты EIA 481 [15]) либо матричный поддон, удовлетворяющий стандарту JEDEC [16] по габаритным размерам, возможностям штабелирования и максимально допустимой температуре (необходимой для проведения сушки ЭК).