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.

Матричную структуру шариковых выводов формируют, используя паяльную пасту и трафаретную печать. Этот метод отличается высокой производительностью и снижением расходов на формирование выводов. Конструкция трафарета в этом процессе – один из важнейших моментов. Процесс формирования шариков припоя представлен на рис. 1.

 

Рис. 1.  Процесс формирования шариков припоя на печатной плате с использованием трафарета.

 

После нанесения пасты происходит ее оплавление по заданному температурному профилю (рис. 2).

 

Рис. 2. Термопрофиль формирования шариков: 1- индукционным нагревом, 2-термофеном, 3-ИК нагревом

 Анализ результатов исследований показал, что локальная зона нагрева термофеном оптимальна. Это связано с тем, что нагрев шарика припоя и контактной площадки платы происходит равномерно, что приводит к более раннему началу процесса плавления, чем другими способами. ИК   нагрев происходит с обеих сторон печатной платы, что может привести к перегреву шариков припоя, а это в свою очередь к отслоению печатных проводников и повышенному образованию интерметаллидов.  В случае индукционного нагрева область нагрева локальнее, чем в предыдущих двух методах; в связи с тем, что нагревается шарик припоя и контактная площадка, а сам процесс пайки происходит в течение 3–5 с. При несоблюдении данного временного режима может происходить перегрев контактной площадки, что приведёт к плохому качеству пайки. Результаты моделирования в COMSOL Multiphysics представлены на рис. 3.

 

Рис. 3. Тепловая модель шариков припоя при: а – термовоздушном нагреве, б – ИК нагреве

Результаты моделирования подтверждают практические исследования процессов пайки с погрешностью до 10%.

Авторы:

Хотькин В.Т.

Ланин В. Л. − д. т. н., профессор

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники