- Les bôitiers BGA - Technologie BGA dans les équipements AIRBUS

Transcription

1 CCT BGA - CNES Toulouse 11 septembre Les bôitiers BGA - Technologie BGA dans les équipements AIRBUS Laëtitia TONNELIER - Méthode et Technologie de fabrication

2 Technologie BGA dans les équipements AIRBUS SOMMAIRE Présentation d Avionics and Simulation Products Technologie BGA dans les équipements Airbus Industrialisation de la technologie BGA Conception du circuit imprimé Assemblage Qualification assemblage BGA Conclusion 11 septembre 2003 Page 2

3 Missions Présentation d Avionics and Simulation Products Pôles de Compétence Logiciels Services aux Clients Ventes - Embarqués - Temps réel - Forte criticité - Airlines - Équipementiers - Embarqués - Fiabilité élevée AVIONIQUE (63%) SIMULATION (37%) Électronique RÉPARATIONS ET RECHANGES AVIONIQUE SIMULATION D'ENTRAÎNEMENT Support Clients 275 Clients dans le monde 11 septembre 2003 Page 3

4 Présentation d Avionics and Simulation Products Equipements électroniques pour les avions AIRBUS et ATR Produits / Jeux avions DOMAINES Commandes de vol Alarmes Maintenance Communication 11 septembre 2003 Page 4

5 Technologie BGA dans les équipements AIRBUS Intérêt de la technologie BGA Orientation du marché «grande diffusion» Intégration des fonctions électroniques (nombre d interconnexions > 200) Robustesse mécanique par rapport aux pas fins Technologie BGA qualifiée chez Airbus - Matériau boîtier BGA : Plastique PBGA ; Céramique CCGA (colonne) => compatibilité avec les substrats utilisés (FR4) - Pas/nombre d interconnexions : pas 1.27mm : PBGA456, CCGA360 pas 1mm : PBGA484, PBGA septembre 2003 Page 5

6 Industrialisation de la technologie BGA Impact de l industrialisation - Conception circuit imprimé Piste/isolement : 150µm couches internes/externes (BGA/CCGA pas 1.27mm) 120µm couches internes - 150µm couches externes (BGA pas 1mm) Perçage - Utilisation d une technologie traditionnelle de PCB (trous traversants) pour des épaisseurs de CI de 1.6mm à 1.8mm avec 12, 14 et 16 couches Diamètre de perçage => vias de 0.3mm - Routage du PBGA1mm : pour une matrice supérieure à 6*8, le routage est effectué par des trous traversants positionnés en «dogbone» 11 septembre 2003 Page 6

7 Industrialisation de la technologie BGA Impact de l industrialisation (suite) - Conception du circuit imprimé Connexion dogbone entre la plage de report et le trou traversant BGA PAD DIAMETER SOLDER MASK OPENING VIA HOLE DIAMETER PAD DIAMETER Définition des plages : NSMD (Non Solder Mask Defined) Vias partiellement recouverts de masque de soudure Exigence de réparation : 3mm sur le contour 11 septembre 2003 Page 7

8 Industrialisation de la technologie BGA Impact de l industrialisation (suite) - Assemblage Dépôt de crème en sérigraphie : pochoir 150µm => PBGA pochoir 200µm => CCGA Refusion : Profils spécifiques en fonction de la nature des boîtiers Nettoyage : Eau + saponifiant Contrôle carte : Moyen RX AGILENT 5DX (laminographie) Réparation : Forte criticité de l opération de nettoyage des plages (dégradation plages mécaniques et masque de soudure) Qualification de l opérateur 11 septembre 2003 Page 8

9 Qualification assemblage BGA CARACTERISTIQUES DES VEHICULES DE TEST PCB : FR4 haut Tg 150 C ; épaisseur : 1.6mm ; finitions NiAu et Sn chimique; masque de soudure TAIYO et Probimer Composants : PBGA256 (pas 1mm) et CI-CGA360 (pas 1.27mm) ; daisy-chained Empreinte physique: Différentes dimensions et type de plages de report * Non Solder Mask Defined (NSMD) * Solder Mask Defined (SMD) 11 septembre 2003 Page 9

10 Qualification assemblage BGA PLAN D ESSAI 1 - Inspection des véhicules des test (T0) : Inspection visuelle, RX, mesures de la continuité électrique, coupes micro, MEB 2 - Evaluation de la fiabilité des interconnexions en environnement avionique: Inspection visuelle, RX, mesures de la continuité électrique, coupes micro à 500 et 1000 cycles et après vibration Cyclage thermique : -40 C / +100 C ; 10 C/min. ; palier : 15min Vibration : * test d endurance (random spectrum 2.7g RMS - 1h ( Hz); log sinus sweep 6g - 30min (10-30Hz); linear sinus sweep 3g - 15min (30-250Hz)) * Test dynamique (random spectrum 1.7g RMS - 5min ( Hz); linear sinus sweep 2.5g - 11min ( Hz)) 3 - Evaluation de la réparation Exigence du nombre de réparations : 3 Inspection visuelle (après nettoyage des plages), RX, coupes micro à T0 et après 200 cycles VRT Cyclage thermique : -40 C / +100 C ; 10 C/min. ; palier : 15min - 200cycles 11 septembre 2003 Page 10

11 Qualification assemblage BGA PBGA après 1000 VRT : - Initiation de fissures à l interface Nickel/Cuivre côté composant - Coalescence du plomb - Légère diffusion de Nickel dans le cuivre aux deux interfaces - Augmentation de la résistance des daisy-chained acceptable 11 septembre 2003 Page 11

12 Qualification assemblage BGA CI-CGA après 1000 VRT: Présence de fissures dans la colonne à l interface interposer/colonne Evolution de la résistance des daisy-chained : - Augmentation de 7% des résistances jusqu à 400 cycles - Augmentation de 0.1% des résistances au-delà de 400 cycles 11 septembre 2003 Page 12

13 CONCLUSION PROSPECTION SUR LES TECHNOLOGIES BGA: Axes de prospection: * BGA à interconnexions croissantes : PBGA896 pas 1mm; PBGA avec plus de 1000 I/O * Diminution du pas : PBGA au pas de 0.8mm Quelques problématiques majeures: Impact CI : - Passage à la Haute Densité d Interconnexions «HDI» pour pouvoir effectuer le routage. - Fiabilité des joints sur les via-in-pad avec la formation de voids Impact assemblage : - Effet pagode - Report de BGA sur les deux faces du PCB (double refusion...) 11 septembre 2003 Page 13

14 Ce document et son contenu sont la propriété d AIRBUS FRANCE S.A.S. Aucun droit de propriété intellectuelle n est accordé par la communication du présent document ou son contenu. Ce document ne doit pas être reproduit ou communiqué à un tiers sans l autorisation expresse et écrite d AIRBUS FRANCE S.A.S. Ce document et son contenu ne doivent pas être utilisés à d autres fins que celles qui sont autorisées. Les déclarations faites dans ce document ne constituent pas une offre commerciale. Elles sont basées sur les postulats indiqués et sont exprimées de bonne foi. Si les motifs de ces déclarations n étaient pas démontrés, AIRBUS FRANCE S.A.S serait prêt à en expliquer les fondements. 11 septembre 2003 Page 14