锡铅 BGA 封装 μModule 产品 适合军事和航天应用

增加至 PCB 的一个接合点和间隔柱中的焊膏量可通过使接合点更加柔顺而改善互连的可靠性。军工和航天业所做的测试得出了这样的结论:在很可能遇到严酷环境条件的场合 (特别是机载系统) 中,BGA 封装通常比 LGA 封装更受青睐。BGA 封装还有一个额外的优势是清洗工作变得更加容易,从而减少了对于污染的担心。

由于这些原因,目前 µModule 稳压器除了提供 LGA 封装之外也可提供 BGA 封装。 BGA 封装的缺点是热效率略有下降 (约 0.5ºC/W) 且组件高度总体增加了 0.6mm。凌力尔特的 BGA µModule 稳压器的标准级产品采用 SAC305 无铅配置,特定的产品则可根据需要提供锡铅 Sn63Pb37 焊球。

可靠性测试和特性

恰当地处理这些关注点是很重要的,凌力尔特对采用 LGA 和 BGA 配置的µModule 产品之互连可靠性均进行了大量的试验。

按照背景,我们应该把组件测试和互连测试区别开来,前者在初始鉴定及后续的可靠性监视中使用,而后者则是针对选定 PCB 配置、装配工艺和温度循环参数所做的实际性能特性分析。

大量的组件级 µModule 产品测试显示可靠性水平达到了异常高的 0.72 FIT (1 FIT = 10亿个器件操作小时中发生一个故障),然而由于篇幅的限制,本文将着重介绍互连级测试。

完成了以下三类互连测试;

1) 菊链测试:该测试中,µModule 稳压器中的每个焊盘连接至下一个焊盘以形成完整的电路,并在温度循环过程中依据 IPC-9701 和 JESD22-A104 标准进行实时监测。这种方法可确保每个焊盘都经过测试,而且由于许多焊盘在应用中是并联连接的,因此相比于功能测试,人们通常优先选择菊链测试。

表 1:LTM4601A 菊链测试结果 (LGA 和 BGA 封装)

表 1:LTM4601A 菊链测试结果 (LGA 和 BGA 封装)

注 (1):当采用韦伯 (Weibull) 分布曲线图对表 1 中的 5 个不合格产品进行分析时,其预计一个 1% 的故障点 (在 1780 个周期)。

注 (2):采用 SAC305 (无铅) 焊膏进行的更多后续 LGA 产品测试 (至 6000 个周期) 显示:在总共 240 个其他不同的 µModule 产品样本中故障率为零。

注 (3):所有的 BGA 封装均采用 SAC305 焊球。

2) 功能测试:该测试中,µModule 稳压器在一块评估板上进行温度循环和测试以验证其运作的正确性。很多测试是针对 LGA 封装 µModule 稳压器进行的,并比较了采用 SnAgCu 无铅焊膏与 SnPb 焊膏时的情况。不过,测试将最大周期数限制在 2000 次,因此使用任一焊膏都未产生任何故障。

3) 随机振动测试:按照 MIL-STD-202G 规范的 214A 方法在 50Hz 至 2000Hz 的频率范围内进行,这是一项非常严苛的测试。采用 LGA-133 封装的 LTM4610A 的测试通过了测试规格 “Letter C” (在 9.26g RMS),但对于测试规格 “Letter F” (在 20.71g RMS) 则未通过 Z 轴测试。对采用 BGA 封装的 LTM4601A 进行了试验,试验结果罗列在下面的表 2 中。在使用 SnPb 和 SAC305 (无铅) 焊膏时均获得了优良的结果,在 20.71g RMS 条件下通过了测试。

表 2:BGA-133 封装的随机振动测试

表 2:BGA-133 封装的随机振动测试

结论

在可以预见的未来,军事和航天应用很可能将继续要求使用各种组件涂层,而致力于服务此类市场的制造商则必须保持对于 SnPb 组件涂层的支持。

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