在对
前一篇文章的讨论中，
proton17写道，传统的BGA不会飞入太空，以CCGA型外壳的链接为例。 我决定解决此问题，并发现了许多有趣的信息（在很大程度上感谢此↓人）。
尽管有其优点（相对于给定步骤的最大引线数，低端子电感，焊接时自流平），BGA型外壳对于可靠的应用仍存在严重的缺陷-无法对焊接接头进行可靠的视觉质量控制。
BGA组件在可靠应用中的适用性问题并不是一个新问题；早在1995年，JPL就其在各种条件下的可靠性进行了研究。 真正的专家R. Jafarian [1-5]在许多出版物中一致地介绍了这项工作的结果。 首先，使用激光扫描检查陶瓷和“普通”塑料外壳的表面平整度。 为了测量平整度，选择了最低和最高球之间的差异。 这种差异越小，焊接缺陷的机会就越小。 陶瓷体的平整度更高，结论也有所减少。 越多的高温焊料用于焊接，此参数就越关键。 第二阶段-安装在印刷电路板上（FR-4和聚酰亚胺）并进行热循环。 板上和测试BGA封装内部的电连接被组织成几组串行连接（英文菊花链）。 在这些组中的每组中，通过1 kOhm的过量电阻超过1μs的标准来监视连接干扰的存在。 该标准在IPC-SM-785中定义，但还不够，因为即使是完全破裂的连接也可能不会由于邻近端子[4]引起的接触夹挤而超出规定的阈值。
由于陶瓷的KTP与FR-4 /聚酰亚胺之间的较大差异，因此CBGA外壳的失效要早于塑料的。 此外，与外围填充的情况相比，较早的情况显示塑料外壳具有完整的端子阵列，因为在晶体下方，外壳和电路板之间的KTP不匹配局部增加，并且在那里第一次连接失败。
在这些结果中，注意到在扩展温度范围内印刷电路板材料的玻璃化转变温度对可靠性的影响。 FR-4的平均结果较聚酰胺弱。 该结果在文章[6]中得到了证实：FR-5印刷电路板（Tg〜170
o C和KTP〜13∙10
-6 K
-1 ）的使用，与SON情况下的普通FR-4相比，可靠性提高了四倍。类型。
值得注意的是，即使在电路板内部，印刷电路板的KTP也会有所不同，并且取决于其拓扑结构。 [6]中给出了从12到24∙10
-6 K
-1的宽范围值。 关于PBGA可靠性对焊球直径，电路板上的接触垫（KP）（NSMD类型）和芯片基座（SMD类型）的依赖性，还有有趣的数据（表1）。 他们的分析揭示了以下模式：
- 增大球体，塞比利斯短针的直径，会使热循环次数增加约20-30％。
- 仅在印刷电路板一侧增加齿轮箱的直径会降低可靠性，因为滚珠的高度会减小。 然而，随着基于PBGA的站点直径的同时增加，与高度减小相关的可靠性损失被通信区域的改善所补偿，并且总体效果变得积极。
- 当板上齿轮箱的直径略小于微电路时，可获得最大的可靠性。 作者引用了另一项工作中获得的类似结果。 不幸的是，没有比较大球直径的情况。
文章[7]实验表明，随着陶瓷主体厚度的减小，热循环次数增加。 我不熟悉其中一位作者对过程模型的描述，但是一般考虑如下：主体越薄，其抗拉强度越低，结论所承受的负载也越小。
温度变化的速度会影响连接处缺陷的主要发生位置-从印刷电路板的侧面快速（当出现局部应力时）是从壳体的侧面，而从壳体的侧面则是缓慢的（当系统设法达到热平衡时）。 在扩展的温度范围内，CBGA陶瓷外壳的故障最多的是外壳（63Sn37Pb）和焊球（90Pb10Sn）的连接。
因此，早在1995年就通过实验确认的BGA组件可靠性的主要明显模式取决于热膨胀，具体如下：
- 外壳和引线数越大，可靠性越低。
- 离中心最远的结论最容易受到破坏。 此外，对于塑料BGA盒，在晶体区域的结论很脆弱。
- PCB印刷电路板上的陶瓷盒可靠性低。 另外，它们在焊接过程中没有很好地对准（因为它们具有较大的质量），并且对焊膏的施加的数量和质量更敏感，这使可靠安装组件的配制过程复杂化。
抒情离题。 使用基于LTCC陶瓷的印刷电路板将消除KTP不匹配的问题。 也许这是发展空间REA的方向之一，这将导致这种印刷电路板成本的降低。
为什么要使用陶瓷表壳？
BarsMonster在其中
一篇文章中解决了此问题。 关于塑料跨接器在整个长度上都由复合材料支撑这一事实，这是合乎逻辑的，但另一方面，塑料外壳材料（化合物，硅，织物，金属跨接器）的KTP不匹配会在扩展的温度范围内产生大量问题。 支持使用陶瓷外壳的其他论点是：接近硅的KTE值，高导热率，宽温度范围（这对于组装过程很重要），更高的疏水性和更简单的密封过程。
在《精神与机遇》中，使用了陶瓷体，但没有使用CBGA类型，而是使用了
CCGA类型 （图1）：在其中，将球替换为可以承受重负荷的圆柱体（有时用铜螺旋加强）（
此处的数据高度增加2倍，机械应力和应变降低30％）。 尽管这些任务已经成功完成，甚至超出了他们的任务，但值得注意的是，CCGA外壳中的生产处理器位于温度控制单元中。 文章[8、9]对CCGA及其对应的PBGA在各种条件下的比较进行了比较。 在1075个热循环–50 / 75°C之后，CCGA-560首次破坏了外壳侧面的触点（安装了更多的焊膏，这提高了电路板侧面连接的可靠性，见图2和3），而未检测到PBGA-560中2000次故障循环。
考虑为什么极端的引脚偏向电路板一侧的中心很有趣。 印刷电路板的KTP大于陶瓷的KTP，这意味着在压缩时会在负温度范围内发生破坏。 这导致我做出以下推理：焊接和固定相对位置发生在焊膏的熔化温度附近，即63Sn37Pb约为183°C，因此整个工作温度范围都在印刷电路板相对于外壳陶瓷基座的压缩区域内。 然后中性点的温度不是25
o C，这是焊膏的熔点。
为了减轻BGA机箱端子上的负载（包括由于机械因素的影响），使用了几种方法：固定在角上（英制角码），在机箱和电路板之间增加空间（英式底部填充）。 然而，[9]中的测试结果表明，这种技术不仅不能解决问题，而且相反只能使结构稳定性受到温度变化的影响（图4）。
还对带有较小直径加强柱的CCGA-717外壳进行了测试[9]。 与未增强导线的CCGA-560相比，它显示出更高的耐热循环性：在-55/100
o C的950次循环后，没有电气故障，但是导线上的缺陷已经开始形成（图5）。 在公共领域，还有Aeroflex实验室根据NASA标准成功测试CCGA-472的
结果 。
文章[5]提供了对印刷电路板的面漆对BGA组件的可靠性的影响的研究结果。 注意到对于ENIG，与HASL和OSP相比，其特征是对发现的粘性破坏，但一些发现显示对发现的脆性破坏。 IPC-9701A标准描述了测试焊接接头可靠性的方法，该标准禁止使用除HASL，OSP和IAg以外的其他PCB涂层，以避免金属间化合物的影响（顺便说一句，该标准还建议使用带有凹口罩的NSMD型接触垫）。 在特殊研究的框架中[10，11]，使用ENIG作为面漆的问题无法检测到任何图案，因此，连接可靠性的下降是很难预测的事件。 显然由于这个原因，标准不建议使用这种表面处理剂。 顺便说一下，除其他外，还考虑了ENEPIG涂层，它显示出良好的效果（
最初的效果很好，需要更多测试）。
表2总结了有关BGA型组件可靠性的实验数据，对这些数据的分析表明存在一些规律性（例如，减小陶瓷基体的厚度可显着降低结论的负担）。 此数据只能用作设计指南，可靠性标准是针对特定设计和装配技术的实验。 在文章[9]的最后，根据自1995年以来一直致力于BGA组件可靠性的人员对NASA的经验总结，就BGA组件的使用提出了宝贵的建议。 这里有几点：
- 大多数PBGA机箱为温差有限的任务（例如，模块机箱中的受控温度）提供足够的可靠性。 如果执行任务很长，则必须测试得出大量结论（超过500个）的部队。
- 具有少量引线（少于400个）的陶瓷BGA外壳可以满足温度差有限的短期任务的可靠性要求，但是对于长期任务，即使对温度差的要求降低，也必须通过资格测试。 对于具有大量结论（超过500个）的案例，在所有情况下都需要进行测试。
- 由于外壳与印刷电路板之间的间隙较大，因此不建议在CCGA中使用“底部填充”化合物。 在使用的情况下，化合物的KTP应接近印刷电路板的KTP（平面上的载荷）和结论（Z轴方向上的载荷），此外，每种应用都必须进行单独测试。
- 如果需要提高对机械应力的抵抗力，则与底部填充技术相比，CCGA和CBGA外壳更优选角固定（英制角铆钉，边缘粘合）。 但是，即使在这种情况下，也会降低选择不当材料的可靠性。
还有其他
数据 ：在JAXA演示之一中，据说它在CBGA情况下的使用增加了故障发生之前平均发生1.7次的循环次数。 底部填充型化合物通常用于CSP型情况，其主要任务是确保低KTP硅和KTP印刷电路板之间的过渡，其尺寸尽可能接近晶体的尺寸。 如前所述，对于BGA组件，必须根据外部影响因素的模型在每种特定情况下进行测试（即使参数之一（包括工艺参数在内）发生变化，也无法传递结果）。
人体必须承受多少次热循环？ 当然，这取决于影响因素的模型。 通过优化的装配技术，许多类型的情况都可以满足-60/125500循环不出现故障的通用可靠性标准（参见表2）。 但是，“不是一个单一的热循环”，外壳不得积聚水分，必须提供低热阻，必须提供对机械因素的抵抗力等。 并且根据陶瓷外壳标准的完整清单，可靠性在统计上更高。 Aeroflex和MSK等太空设备电子组件的制造商发布了其在陶瓷和金属玻璃外壳中的微电路。 是的，对于执行BGA型而言，由于KTR不匹配，在PCB上安装会产生问题，因此您必须发明一些方法来提高连接的可靠性-减小底座的厚度，使用凸块，复合等。
重要的是要理解，这通常不是封装技术的问题，而是特定的微电路是否满足可靠性和对影响因素的抵抗力的要求。 如果通过了整个测试周期，则可以在塑料外壳中使用商用微电路。 同时，成功的测试并不意味着来自其他制造商或什至来自另一批的“相同”微电路将满足可靠性要求。 这是可靠的ECB之间的区别，而ECB是价格固有的-制造商承担测试费用。 相同的3D PLUS为其塑料组件的某些塑料组件选择了微芯片，但此类产品已经昂贵得多。 另一种方法是在用户端执行测试和选择。 如果不能以可靠的执行方式实现所需的功能，或者目标任务的外部影响模型和可靠性要求远低于市场上典型的可靠电子电池，则可以证明这一点是合理的。
减少航天器重量的要求（首先是小型航天器的发展）正在促使制造商生产塑料外壳中可靠的电子组件，市场
上已经有解决方案（此外，它们也被宣布为预算解决方案）。 也许在不久的将来，可以满足低地球轨道飞行任务的可靠，经过太空认证的塑料的数量将会增加，并且陶瓷箱将被转移到LTCC印刷电路板上以犁入深空。
文学作品
[1] Reza Ghaffarian，“用于高可靠性应用的BGA”，1998年。
[2] Reza Ghaffarian，“航空航天应用的球栅阵列可靠性评估”，1997年
[3] Reza Ghaffarian，“热循环球栅阵列组件的可靠性和失效分析”，1998年
[4] Reza Ghaffarian，“用于高度可靠的应用的BGA封装的可靠性和芯片级封装的板级可靠性”，1997年
[5] Reza Ghaffarian，“ BGA的组装可靠性和电路板完成效果”，1998年
[6] Jean-Paul Clech，“ CSP与BGA组件的焊点可靠性”，2000年
[7] Raj N. Master，Gregory B. Martin等。 “用于AMD K6微处理器应用的陶瓷球栅阵列”，1998年
[8] Reza Ghaffarian，“区域阵列封装类型对组件可靠性的影响以及对IPC-9701A的评论”，2005年
[9] Reza Ghaffarian，“空间应用的CCGA包装”，2006年
[10] FDBruce Houghton。 “工研院化学镍/浸金接头开裂项目”，2000年
[11] FDBruce Houghton。 “解决ENIG黑垫问题：工研院第二轮报告”，1999年