Startseite > Messen + Testen > Testsysteme > BGA-Bauteile bis 20 GHz testen

Ironwood/EMC electro mechanical components

BGA-Bauteile bis 20 GHz testen

22. Oktober 2014, 11:26 Uhr | Ralf Higgelke

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Anatomie des Sockelpins

Die Buchsenstifte mit integriertem Federkontakt im unteren Modul bestehen aus einem einzigen Stück wärmebehandelter Beryllium-Kupfer-Legierung 172 mit 30 Mikrozoll Gold- und 100 Mikrozoll Nickeloberfläche. Sie sind direkt in den Polyimidträger eingepresst. Demgegenüber sind die Rundstifte im oberen Modul aus der Messing-legierung 360 gefräst und ebenfalls mit 30 Mikrozoll Gold und 100 Mikrozoll Nickel überzogen. Auch die Rundstifte sind direkt in das FR4-Substrat eingepresst. Bild 1 zeigt einen Querschnitt durch das Design.

Die Hauptaufgabe des Buchsenstifts ist es, die erforderliche Kontaktkraft für die Signalübertragung möglichst verlustarm bereitzustellen. Materialeigenschaften und Kontaktgeometrie spielen eine wichtige Rolle beim Bestimmen der Kontaktkraft. Der Federkontakt hat zwei Finger, die diagonal einander gegenüber im Bohrloch angeordnet sind. Jeder Finger ist wie ein einseitig eingespannter Balken, und Gleichung (1) beschreibt das Verhältnis von Biegeweg und Kraft für einen einseitig eingespannten Balken.

(1) $F space equals space D over 4 space times space E space times space b space times space open parentheses d over l close parentheses cubed$

Dabei steht F für die Kraft, D für den Biegeweg, E für den Elastizitätsmodul, b für die Breite des Balkens beziehungsweise der Feder, d für deren Breite und l für deren Länge.

Durch Optimieren der Kontaktgeometrie und des Elastizitätsmoduls lässt sich eine angemessene Kontaktkraft über den ganzen Bereich der Einsatzbedingungen zur Verfügung stellen. Eine weitere wichtige Materialeigenschaft in diesem Zusammenhang ist die Relaxation, denn dadurch verringert sich die Kontaktkraft unter Last in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur. Dies bewirkt, dass es mit der Zeit zu einem Systemausfall kommt. Wärmebehandeltes Beryllium-Kupfer ist jedoch sehr beständig gegen Relaxation.

Beim Steckprozess gibt es zwei Phasen: das anfängliche Auseinanderbiegen der Feder und das Gleiten der Kontakte in die Endposition. Somit hängt die Gesamtkraft pro Kontakt von der Kontaktkraft (siehe Gleichung (1)) und dem Reibungskoeffizienten bei der Gleitbewegung ab, die Gesamteinsteckkraft zwischen den beiden Modulen (oben und unten) also von der Summe der Kontaktkräfte, dem Reibungskoeffizienten und einer zusätzlichen Kraft, um die Fehlausrichtung der Pins und Maßabweichungen des Substrats zu überwinden. Es ist sehr wichtig, die gesamte Steckkraft der gesteckten Hälften zu betrachten, nicht die einzelnen Kontaktkräfte.