SamsPcbGuide,第12部分:技术-BGA型外壳,塑料和空间II

在对先前出版物的评论中, hhba分享了一篇文章,该文章本身值得单独发表,因此在那里提供了精美的解决方案。 除了她的评论,我还将在“ i”上加点 y表示在太空应用中使用塑料盒的问题。 在第一部分及其注释中部分解决了此问题,但现在将对其进行更详细的研究。


因此,首先是关于陶瓷外壳,在包装技术发展的当下,就参数的组合而言,陶瓷外壳的可靠性要优于塑料外壳(稍后说明原因)。 如前一篇文章所示,它们的主要问题(特别是对于大型建筑物)是陶瓷和玻璃纤维的热膨胀系数(CTE)不匹配。 该问题的第一个解决方案是拒绝传统印刷电路板,并过渡到使用LTCC技术制造的陶瓷。 第二种方法是减少因热循环而导致的外壳引线负载的各种方法(表1,例如BGA型外壳)。


事实证明,除了表中提供的方法外,本文还提供了另外两种方法。 他们擅长展示精美的工程解决方案。 本文专门讨论的第一种方法是使用微弹簧(英制微线圈弹簧互连,MCS)(图1),第二种方法是比较效果,即使用带有聚合物芯的焊球(英式塑料芯焊球, PCSB)(图2)。




根据这些技术,没有太多信息,但是从我可以找到的数据中,可以看出PCSB比普通球要好,但比柱结论要差。 但是,根据同一篇文章,MCS在结论(在第一次失败之前的循环数,此参数对空间很重要)方面具有优越性。 结论MCS技术立即出现的主要问题是抗机械应力和寄生电感。 本文的作者进行了这些计算和实验,并与主要竞争对手CCGA型案例进行了比较:电感较低(4.84 nH对5.91 nH),抗振动性较高(无故障对30%的故障,图3)。 ) 在这种情况下,该技术意味着灵活性以及优化微弹簧设计以获得所需参数(电感,刚度等)的可能性。


我认为,对于陶瓷BGA型外壳,MCS可以说是最有前途的技术,需要进一步的研究。 当然,该技术意味着需要艰难地开发将其安装在印刷电路板上的能力,但是,这反过来对于CCGA外壳来说是正确的。 至于PCSB,我认为至少值得了解这项技术,它有自己的细分应用程序。 例如,NSC拥有微型SMDxt CSP型外壳的专利 ,他们在其中写道,由于使用PCSB,他们能够获得更大的芯片。

现在,关于塑料外壳和空间的“ i”承诺的要点。 首先,应在所有外部因素的影响下保证微电路的功能,同时保持电气参数的极限。 此外,不是一般因素,而是特定任务中特定于特定设备单元的因素。 符合太空条件的微芯片通常会根据标准要求(同样著名的“不少于100 krad”等)进行测试,这对于目标任务可能是多余的。 但是非常必要的保证。

塑料盒中是否有适合“开箱即用”空间的微芯片? 有,但到目前为止很少。 塑料盒中的微芯片是否成功用于太空计划? 是的 但是,它们并不是“开箱即用”的,而是根据测试结果(英语的向上筛选,升级等)经过认真选择之后使用的。 测试包括破坏性的目视检查,电热测试,热循环,辐射测试,机械,声学扫描显微镜,并在每个阶段之后在整个温度范围内监控电参数。 那些根据国内GOST进行资格测试的人都知道该程序要花多长时间和花费多少。 因此,节省“塑料”将行不通:在其中一篇文章中,价格涨幅仅为〜10%(具有可比的可靠性要求)。 这是在成功测试的情况下,如果没有一个芯片通过选择(图4)?


除了对辐射效应的纯概率抵抗性之外,塑料微电路还具有其自身的结构问题,并且最重要的是:

  1. 塑料从晶体上分层(图5),由于其自​​由相对运动,在热循环过程中会损坏拓扑结构的顶层和微导线。 关于此[2,3],有出色的实验作品。
  2. 塑料的吸湿性,导致在微腔中积聚的水膨胀期间人体破裂的可能性。

如果第二因素的影响可以通过适当的存储,热真空干燥和保护性涂层来限制,那么第一因素就是拒绝的主要原因[1]。 顺便提一下,同样的问题降低了“底部填充”技术的可靠性。


在先前的文章中已经引起人们的注意,领先的太空芯片制造商,例如AeroflexMSK ,仅使用陶瓷和金属玻璃外壳。 也许他们是保守的,只是遵循经过验证的决定,再加上他们不需要降低成本,因此不会在可靠的塑料领域进行认真的研究。 尽管有种种困难,但塑料中的微芯片还是成功地飞入了太空。 在严肃的项目中使用它们的主要原因:

  1. 缺乏可靠性能所需的功能。 制裁。
  2. 减轻航天器重量的需要(例如,与现代小型航天器有关的任务)。
  3. 对外部因素和/或设备寿命的要求降低。

再次说明,无论使用何种芯片,都应进行测试,测试结果仅适用于该批次。 选择过程本身并未标准化-这是对失败可能性以及时间和金钱优化的折衷。 西方同事的文章中给出了一些测试示例,其中包括取决于NASA任务的参数[1、4、5]。 基于此,我认为太空海洋中的“塑料”问题是开放的,封闭的。

文学作品


[1] Michael A. Sandor,“太空应用的塑料封装微电路(PEM)可靠性/使用指南”,2000年。
[2] Karel van Doorselaer,Kees de Zeeuw,“塑料包装设备中分层与温度循环引起的故障之间的关系”,1990年
[3] TM Moore,R。McKenna,SJ Kelsall,“表面安装塑料封装可靠性测试与通过扫描声显微镜的无损检测的相关性”,1991年
[4] R. David Gerke,Michael A. Sandor,Andrew A. Shapiro等。 “在太空应用中使用塑料商用现货(COTS)微电路”,2003年
[4] R. David Gerke,Michael A. Sandor,Shri Agawal等。 “在空间应用中确保塑料封装微电路(PEM)的性能可靠性的不同方法”,1999年

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN469889/


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