Die Anwendung einer thermischen CPU-Rückplatte
Die Verwendung einer Rückplatte mit Kühlkörper ist eine hervorragende Möglichkeit, die Belastung eines BGA-Chips zu reduzieren. Backplates werden manchmal auch als Backup Plate oder Bolster Plate bezeichnet. Ingenieure für thermische Systeme wissen, dass ihre Entwürfe nicht nur die Elektronik kühlen, sondern auch mechanisch zuverlässig sein müssen, um kostspielige Feldausfälle zu vermeiden. Heutige elektronische Hochleistungssysteme verwenden in der Regel sehr leistungsstarke elektronische Geräte, die anspruchsvolle thermische Lösungen mit hoher Leistung erfordern, wie z. B. die Hochleistungskühlkörper von Radian, die Wärmerohre oder Dampfkammern umfassen. Darüber hinaus müssen thermische Systemingenieure im Allgemeinen leistungsstarke thermische Schnittstellenmaterialien (TIMs) an der Schnittstelle zwischen dem Kühlkörper (oder der Kühlplatte) und dem Gerät einbauen, um die beste thermische Leistung zu erzielen.
Hohe Grenzflächendrücke erzeugen im Allgemeinen hohe mechanische Spannungen. Geräte wie BGAs neigen dazu, hohe örtliche Spannungen in den Lötkugeln zu entwickeln, die auf den Grenzflächendruck sowie auf Stöße, Vibrationen und Transportbelastungen zurückzuführen sind. Eine ordnungsgemäß konstruierte Rückplatte ist ein Schlüsselelement für ein solides Design, da sie das BGA-Gerät (oder ein anderes Gerät) versteift und stützt und die lokalen Spitzenspannungen in den Lötkugeln abmildert, die bei solchen Designs unvermeidlich sind.
Überbeanspruchte Lotkugeln verursachen zahlreiche Probleme wie Risse in den Lotkugeln, Abheben der Leiterplattenpads und ein Phänomen, das als „Lotkriechen“ bezeichnet wird. „Kriechen“ ist eine Materialverformung, die auftritt, wenn sich Materialien – in diesem Fall Lot – unter einer konstanten Belastung im Laufe der Zeit verformen. Dies unterscheidet sich stark von den normalen plastischen Verformungen, die auftreten, wenn Materialien über ihre Streckgrenze hinaus beansprucht werden. Beim Lot tritt Kriechen bei Spannungsniveaus auf, die weit unter der Fließgrenze des Lots liegen. In Anordnungen eng beieinander liegender Lotkugeln führt Kriechen zu einer starken Verformung der stark beanspruchten Lotkugeln, was im Laufe der Zeit zu Kurzschlüssen führen kann, da die verformte Kugel so weit abgeflacht ist, dass sie physischen Kontakt mit einer benachbarten Kugel hat. Dies wird als „kriechinduzierte Lötbrückenbildung“ bezeichnet. Da das Kriechen über lange Zeiträume auftreten kann, ist das Phänomen schwer zu erkennen und tritt häufig auf, wenn das System im Feldeinsatz war – manchmal fällt es Monate bis ein Jahr oder länger nach der Inbetriebnahme aus.
Eine ausgereifte Rückplatte erhöht auch die Widerstandsfähigkeit Ihrer Systeme gegen Schäden durch Stöße, Vibrationen und Transportlasten.
