BGA stroj za reflow

Automatski BGA stroj za preradu DH-A2 za popravak raznih čipova

1. C4 (Controlled Collapse Chip Connection Controlled Collapse Chip Connection)

C4 je oblik sličan ultrafinom BGA (vidi sliku 1). Opći korak niza lemnih kuglica spojenih na silikonsku pločicu je 0.203-0.254 mm, promjer lemne kuglice je 0.102-0.127 mm, i sastav lemne kuglice je 97Pb/3Sn. Ove kuglice za lemljenje mogu se potpuno ili djelomično rasporediti po silikonskoj pločici. Budući da keramika može podnijeti više temperature reflowa, keramika se koristi kao podloga za C4 spojeve. Obično se spojne pločice presvučene Au ili Sn prethodno rasporede na površinu keramike, a zatim se izvode flip-chip veze u obliku C4. C4 veza se ne može koristiti, a postojeća oprema za montažu i proces mogu se koristiti za montažu jer je temperatura taljenja 97Pb/3Sn kuglice za lemljenje 320 stupnjeva, a nema drugog sastava lema u strukturi međusobnog povezivanja koja koristi C4 vezu . U spoju C4, umjesto istjecanja paste za lemljenje, koristi se ispisni visokotemperaturni tok. Prvo se visokotemperaturni tok ispisuje na jastučiće podloge ili kuglice za lemljenje silicijske pločice, a zatim se kuglice za lemljenje na silicijskoj pločici i Odgovarajući jastučići na podlozi precizno poravnaju, a dovoljna adhezija je osigurana fluks za održavanje relativnog položaja dok se ne dovrši reflow lemljenje. Temperatura ponovnog točenja koja se koristi za spoj C4 je 360 ​​stupnjeva. Na ovoj temperaturi lemne kuglice se rastale, a silicijska pločica je u "obušenom" stanju. Zbog površinske napetosti lema, silicijska pločica će automatski ispraviti relativni položaj lemne kuglice i podloge, i na kraju će se lem srušiti. do određene visine kako bi se formirala spojna točka. Metoda spajanja C4 uglavnom se koristi u CBGA i CCGA paketima. Osim toga, neki proizvođači također koriste ovu tehnologiju u aplikacijama keramičkih modula s više čipova (MCM-C). Broj I/O-a koji koriste C4 veze danas je manji od 1500, a neke tvrtke očekuju da će razviti I/Os preko 3000. Prednosti C4 veze su: (1) Ima izvrsna električna i toplinska svojstva. (2) U slučaju srednjeg nagiba lopte, I/O broj može biti vrlo visok. (3) Nije ograničeno veličinom jastučića. (4) Može biti pogodan za masovnu proizvodnju. (5) Veličina i težina mogu se znatno smanjiti. Osim toga, C4 veza ima samo jedno međusobno sučelje između silicijske pločice i supstrata, koje može pružiti najkraći put prijenosa signala s najmanje smetnji, a smanjeni broj sučelja čini strukturu jednostavnijom i pouzdanijom. Još uvijek postoji mnogo tehničkih izazova u vezi C4 i još uvijek ju je teško stvarno primijeniti na elektroničke proizvode. C4 veze mogu se primijeniti samo na keramičke podloge i naširoko će se koristiti u proizvodima visokih performansi s velikim I/O brojem, kao što su CBGA, CCGA i MCM-C.

Slika 1

2 DCA (izravno spajanje na čip)

Slično C4, DCA je spoj ultra-finog koraka (vidi sliku 2). Silicijska pločica DCA i silicijska pločica u C4 spoju imaju istu strukturu. Razlika između ova dva leži u izboru podloge. Supstrat koji se koristi u DCA tipičan je materijal za ispis. Sastav lemne kuglice DCA je 97Pb/3Sn, a lem na spojnoj ploči je eutektički lem (37Pb/63Sn). Za DCA, budući da je razmak samo 0.203-0.254 mm, eutektičkom lemu je prilično teško procuriti na spojne jastučiće, pa se umjesto ispisa paste za lemljenje nanosi olovno-kositreni lem gornji dio spojnih jastučića prije montaže. Količina lema na pločici je vrlo stroga, obično više lema od drugih komponenti s ultra finim korakom. Lem debljine 0.051-0.102 mm na priključnoj podlozi općenito je blago kupolastog oblika jer je prethodno presvučen. Mora se izravnati prije zakrpe, inače će utjecati na pouzdano poravnanje lemne kuglice i podloge.

Slika 2

Ova vrsta veze može se postići s postojećom opremom i procesima za površinsku montažu. Najprije se fluks nanosi na silicijske pločice tiskanjem, zatim se pločice montiraju i na kraju ponovno toče. Temperatura ponovnog točenja koja se koristi u DCA sklopu je oko 220 stupnjeva, što je niže od tališta lemnih kuglica, ali više od tališta eutektičkog lema na spojnim jastučićima. Kuglice za lemljenje na silikonskom čipu djeluju kao kruti nosači. Između kuglice i jastučića stvara se spoj za lemljenje. Za lemljeni spoj formiran s dva različita sastava Pb/Sn, sučelje između dva lemljena spoja zapravo nije vidljivo u lemljenom spoju, ali formira se područje glatkog prijelaza iz 97Pb/3Sn u 37Pb/63Sn. Zbog krutog oslonca lemnih kuglica, lemne kuglice se ne "srušavaju" u DCA sklopu, već imaju i svojstva samoispravljanja. DCA se počeo primjenjivati, broj I/O-a uglavnom je ispod 350, a neke tvrtke planiraju razviti više od 500 I/O-a. Poticaj za razvoj ove tehnologije nije veći I/O broj, već prvenstveno smanjenje veličine, težine i cijene. Karakteristike DCA su vrlo slične C4. Budući da DCA može koristiti postojeću tehnologiju površinske montaže za ostvarivanje veze s PCB-om, postoje mnoge aplikacije koje mogu koristiti ovu tehnologiju, posebno u primjeni prijenosnih elektroničkih proizvoda. Međutim, prednosti DCA tehnologije ne mogu se precijeniti. Još uvijek postoje mnogi tehnički izazovi u razvoju DCA tehnologije. Malo je asemblera koji koriste ovu tehnologiju u stvarnoj proizvodnji i svi oni pokušavaju poboljšati razinu tehnologije kako bi proširili primjenu DCA. Budući da DCA veza prenosi te složenosti povezane s visokom gustoćom na PCB, to povećava poteškoće u proizvodnji PCB-a. Osim toga, postoji nekoliko proizvođača specijaliziranih za proizvodnju silikonskih pločica s kuglicama za lemljenje. Postoji još mnogo problema na koje vrijedi obratiti pozornost, a tek kada se ti problemi riješe, može se poticati razvoj DCA tehnologije.

3. FCAA (Flip Chip Adhesive Attachment) Postoje mnogi oblici FCAA povezivanja i još uvijek je u ranoj fazi razvoja. Veza između silicijske pločice i supstrata ne koristi lem, već ljepilo. Dno silikonskog čipa u ovoj vezi može imati kuglice za lemljenje ili strukture kao što su izbočine za lemljenje. Ljepila koja se koriste u FCAA uključuju izotropne i anizotropne tipove, ovisno o uvjetima spajanja u stvarnoj primjeni. Osim toga, izbor podloga obično uključuje keramiku, materijale za tiskane ploče i savitljive ploče. Ova tehnologija još nije zrela i ovdje se neće dalje razrađivati.