Ironwood/EMC electro mechanical components BGA-Bauteile bis 20 GHz testen

Integrierte Schaltkreise haben immer mehr Pins, und die Schaltfrequenzen steigen. Durch diese und noch andere Faktoren wird es immer schwieriger, solche ICs beispielsweise im BGA-Gehäuse während der Entwicklung und in der Produktion zu testen. Ein neues Sockelsystem für BGA-Bauteile soll da helfen.

von Ila Pal, Vice President of Marketing bei Ironwood Electronics

Neben technologischen Faktoren wie Miniaturisierung sowie höhere Pinzahlen, Betriebsgeschwindigkeiten, Betriebstemperaturen und Stromtragfähigkeiten beeinflussen auch marktgetriebene Einflüsse wie längere Lebensdauer, kürzere Entwicklungszyklen und die Notwendigkeit von kostengünstigeren Lösungen die Trends bei IC-Sockeln. Für viele Produkte mit den heutigen leistungsfähigen integrierten Schaltungen sind BGA-Sockelsysteme (Ball Grid Array) eine wesentliche Option während Design, Test und/oder Produktionsphase eines neuen ICs.

Ein IC-Sockel bietet eine steckbare Schnittstelle zwischen einem Chipgehäuse und einer Systemleiterplatte oder Unterbaugruppe. Diese Schnittstelle muss eine maximale Wiederholbarkeit gewährleisten und darf sich nur minimal auf die Signalintegrität auswirken. Hauptgrund zur Verwendung eines Sockels ist die Bereitstellung einer entfernbaren Schnittstelle, aber dieser kann auch die Montage, die Nachrüstbarkeit und die Wartbarkeit erleichtern und so Kosten einsparen. Das IC lässt sich austauschen, ohne den alten Baustein auf der Leiterplatte auslöten und den neuen einlöten zu müssen. Dadurch kann der Chip, ohne zu löten, durch einen oder mehrere andere Bausteine ersetzt werden.

Sockel helfen auch beim Testen und Evaluieren des Gesamtsystems. Im Feld bietet ein Sockel erweiterte Möglichkeiten für Wartung, Tests, Austausch oder Upgrades, die ein entscheidender Faktor im Produktlebenszyklus aufgrund technologischer Entwicklung und IC-Verfügbarkeit werden können.

Bei modernen, sehr leistungsfähigen Endsystemen ist die Forderung, ein Bauteil direkt auf der Platine zu befestigen, häufig kritisch. Ein steckbarer Sockel mit kleiner Stellfläche kann eine Option bieten, um im Feld Bauteile leicht austauschen, upzugraden oder zu reparieren. Die Forderung nach direktem Komponententausch führt dazu, dass ein solches Sockelsystem direkt auf die Zielplatine gelötet wird. Lötbarkeit im Sinne von Koplanarität und dass kein Lötzinn durch den Kapillareffekt an die Kontaktflächen kommt, ist besonders wichtig. Der Schlüssel zum Erfolg besteht darin, mehrere Reflow-Zyklen zu überstehen, ohne dass die sichere Kontaktierung aufgrund sich verziehenden Substrats und Zinn an den Kontakten verloren geht.

Sehr leistungsfähige ICs im Pinabstand (Pitch) bis hinunter zu 0,5 mm werden immer häufiger. Aufgrund der hohen Kontaktdichte ist eine niedrige Steckkraft (Kraft pro Fläche) ein wichtiges Kriterium für die Benutzerfreundlichkeit. Im Folgenden wird daher ein BGA-Sockelsystem im Raster von 0,5 mm mit seinen mechanischen und elektrischen Eigenschaften vorgestellt.

Das BGA-Sockelsystem namens »Giga-snaP« von Ironwood Electronics (Vertrieb: EMC) besteht aus zwei Teilen (großes Bild). Der untere Teil besteht aus einem Träger aus Polyimid mit Sockelstiften, dessen Unterseite Lötanschlüsse hat, um in die Zielleiterplatte eingelötet zu werden (Bild 1). Demgegenüber besteht der obere Teil aus einem FR4-Substrat mit Rundstiften, die bündig zur Oberseite des Substrats eingepresst sind. Darauf schließlich wird das eigentliche BGA-Bauteil aufgelötet (DUT in Bild 1). Nun wird das obere Teil mit dem BGA-Bauteil auf das Basismodul gesteckt.

Die Anforderungen an eine lösbare Schnittstelle beziehen sich in der Regel auf die Steckkräfte beim Einstecken und Rausziehen oder auch die Zahl der Steckzyklen, die ohne Verschlechterung der mechanischen oder elektrischen Parameter durchgeführt werden können.