引言

每年，軍用和航天領域都會要求成本更低、準確度更高和速度更快的系統(tǒng)。日益嚴格的尺寸、重量和功耗限制條件，再加上大型 FPGA 嚴苛的電源要求，導致業(yè)界果斷地轉向 POL (負載點) 電源架構。

旨在滿足上述需求的一種解決方案，凌力爾特的 µModule® (微型模塊) 技術已經得到了市場的廣泛認可，其可提供完整的系統(tǒng)級封裝解決方案，不僅簡化了設計，同時也最大限度地減小了外部組件。

圖 1：µModule 產品構造

µModule 開關穩(wěn)壓器最初選用的封裝技術是 LGA (平面網格陣列)，這種封裝很好地適應在廣泛的市場。然而，有些需要面對非常嚴酷之環(huán)境的應用則傾向于使用 BGA (球柵陣列) 互連，凌力爾特為滿足此類要求開發(fā)了相應的封裝。

圖 2：LGA 和 BGA 封裝互連

在本文中，我們將更加細致地研究 LGA 和 BGA 封裝的比較性能，并討論金或錫鉛 (SnPb) 合金以及無鉛組件涂層的優(yōu)點。

組件端子涂層

在考慮組件涂層時，歐洲的軍用和航天市場需求呈現(xiàn)出“各自為政”的態(tài)勢，有些公司全部采用無鉛涂層，而其他一些公司卻采取完全避免使用無鉛涂層的策略，更常見的情況則是根據個別項目的特定需要采取兼用的方式。

造成這種狀況的一個重要因素是軍用和航天設備繼續(xù)被排除在必須執(zhí)行 RoHS II (有害物質限制) 指令的范圍之外，允許其使用 SnPb 組件涂層。人們最關心的是采用純錫電鍍所形成的錫須對可靠性產生的不利影響，其將導致由于細間距相鄰導體的短路而引發(fā)潛在的設備故障。在鍍錫時加入鉛 (Pb) 仍然是業(yè)界用于抑制晶須形成的標準方法。

對于SnPb 涂層的使用而言，需要權衡考慮的因素是組件供貨的可行性、分銷庫存的短缺和交付時間的延長。通過強制采用 SnPb 涂層，相關公司有時還會放棄使用更多僅限無鉛涂層的新型組件。雖然這可以由那些提供剝離和重新電鍍或植球工藝的第三方公司來克服，但是額外的熱循環(huán)和重新測試過程中面臨的困難，加之由此帶來的關聯(lián)成本等則使其成為不太理想的方法。

在采用無鉛組件的同時，另一種經常被業(yè)界所使用的錫須抑制形式是運用諸如 Parylene (聚對二甲苯) 或 Arathane® (敵螨普) 等聚合物保形涂層，多年來，它們已經表現(xiàn)出了阻止錫須侵入的作用。

互連的考慮

面對前一節(jié)所討論的多樣化需求，凌力爾特采用 LGA 封裝的 µModule 產品提供了一種通用的解決方案，這是因為鍍金焊盤在軍用和航天系統(tǒng)中得到了長期使用，而且它們同時還擁有符合 RoHS 標準的優(yōu)勢。

然而，采用鍍金組件時需要關注的一個問題是金的脆性，而且這一點對于那些承受嚴酷環(huán)境條件的大型 BTC (底部端子組件) 來說尤為突出。在回流焊過程中，金溶化到焊點中，并在結晶結構中產生弱界面，金錫 IMC (金屬間化合物) 薄片與周圍焊料之間的 CTE (熱膨脹系數(shù)) 差異會導致焊點的龜裂，并在組件反復進行溫度循環(huán)時最終出現(xiàn)開路。作為業(yè)界的一條長期的經驗法則，建議焊點中金的重量百分比不要超過約 3% 的門限值，而凌力爾特的 LGA µModule 產品則滿足了這項要求 (對于 SnPb 和 SAC305 焊膏均是如此)。為此，有些公司在具代表性的 PCB 和環(huán)境條件下使用特殊的菊鏈式互連樣本自行開展了針對 BTC 的試驗。