Машина оплавлення BGA

Автоматичний BGA-ремонтний верстат DH-A2 для ремонту різних мікросхем

1. C4 (з’єднання мікросхеми з контрольованим згортанням)

C4 — це форма, подібна до BGA з ультратонким кроком (див. рис. 1). Загальний крок масиву кульок припою, з’єднаних із кремнієвою пластиною, становить 0.203-0.254 мм, діаметр кульки припою – 0.{102-0.127 мм, а кульковий склад припою 97Pb/3Sn. Ці кульки припою можуть бути повністю або частково розподілені на кремнієвій пластині. Оскільки кераміка може витримувати вищі температури оплавлення, кераміка використовується як підкладка для з’єднань C4. Зазвичай на поверхні кераміки попередньо розподіляють з'єднувальні площадки з Au або Sn, а потім виконують з'єднання фліп-чіп у формі C4. З’єднання C4 не можна використовувати, і для складання можна використовувати існуюче монтажне обладнання та процес, оскільки температура плавлення кульки припою 97Pb/3Sn становить 320 градусів, а в структурі з’єднання C4 немає іншого складу припою. . У з'єднанні С4 замість витоку паяльної пасти використовується друкуючий високотемпературний флюс. Спочатку високотемпературний флюс друкується на площадках підкладки або кульках припою кремнієвої пластини, а потім кульки припою на кремнієвій пластині та відповідні площадки на підкладці точно вирівнюються, і забезпечується достатня адгезія. флюс для підтримки відносного положення до завершення пайки оплавленням. Температура оплавлення, яка використовується для з'єднання C4, становить 360 градусів. При цій температурі кульки припою розплавляються і кремнієва пластина знаходиться в «підвішеному» стані. Завдяки поверхневому натягу припою кремнієва пластина автоматично виправляє відносне положення кульки припою та контактної площадки, і зрештою припій руйнується. на певну висоту для формування точки з’єднання. Спосіб підключення C4 в основному використовується в пакетах CBGA і CCGA. Крім того, деякі виробники також використовують цю технологію в керамічних багатокристальних модулях (MCM-C). Кількість входів/виходів із використанням з’єднань C4 сьогодні становить менше 1500, і деякі компанії очікують розробити понад 3000 входів/виходів. Переваги з’єднання C4: (1) Воно має чудові електричні та теплові властивості. (2) У разі середнього кроку м’яча кількість вводів/виводів може бути дуже високою. (3) Не обмежено розміром колодки. (4) Він може бути придатним для масового виробництва. (5) Розмір і вага можуть бути значно зменшені. Крім того, з’єднання C4 має лише один інтерфейс з’єднання між кремнієвою пластиною та підкладкою, який може забезпечити найкоротший шлях передачі сигналу з найменшими перешкодами, а зменшена кількість інтерфейсів робить структуру простішою та надійнішою. Є ще багато технічних проблем у з’єднанні C4, і все ще важко фактично застосувати його до електронних продуктів. З’єднання C4 можна застосовувати лише до керамічних підкладок, і вони будуть широко використовуватися у високопродуктивних продуктах із великою кількістю вводів/виводів, таких як CBGA, CCGA та MCM-C.

Фігура 1

2 DCA (пряме підключення мікросхеми)

Подібно до C4, DCA є з’єднанням із надтонким кроком (див. рис. 2). Кремнієва пластина DCA і кремнієва пластина в з’єднанні C4 мають однакову структуру. Різниця між ними полягає у виборі субстрату. Підкладка, яка використовується в DCA, є типовим друкарським матеріалом. Склад кульки припою DCA – 97Pb/3Sn, а припій на з’єднувальній площадці – евтектичний припій (37Pb/63Sn). Для DCA, оскільки відстань становить лише 0.203-0.254 мм, евтектичний припій досить важко витікати на з’єднувальні майданчики, тому замість друку паяльною пастою на них наноситься свинцево-олов’яний припій. верхню частину з’єднувальних колодок перед складанням. Об’єм припою на майданчику дуже жорсткий, зазвичай більше припою, ніж інші компоненти з надтонким кроком. Припій товщиною 0.051-0.102 мм на з’єднувальній площадці зазвичай має злегка куполоподібну форму, оскільки він попередньо покритий. Його необхідно вирівняти перед латкою, інакше це вплине на надійне вирівнювання кульки припою та майданчика.

малюнок 2

Цей тип підключення може бути досягнутий за допомогою існуючого обладнання та процесів для поверхневого монтажу. Спочатку флюс наноситься на кремнієві пластини шляхом друку, потім пластини монтуються і, нарешті, оплавляються. Температура оплавлення, яка використовується в збірці DCA, становить близько 220 градусів, що нижче за температуру плавлення кульок припою, але вище за температуру плавлення евтектичного припою на з’єднувальних площадках. Кульки припою на кремнієвому чіпі діють як жорсткі опори. Між кулькою та колодкою утворюється паяне з’єднання. Для паяного з’єднання, утвореного двома різними композиціями Pb/Sn, межа розділу між двома припоями насправді не є очевидною в паяному з’єднанні, але утворюється плавна область переходу від 97Pb/3Sn до 37Pb/63Sn. Завдяки жорсткій опорі кульок припою, кульки припою не «розвалюються» в зборі DCA, а також мають властивості самокоригування. DCA почало застосовуватися, кількість входів/виходів в основному менше 350, а деякі компанії планують розробити понад 500 входів/виходів. Поштовхом для розвитку цієї технології є не збільшення кількості вводів/виводів, а перш за все зменшення розміру, ваги та вартості. Характеристики DCA дуже схожі на C4. Оскільки DCA може використовувати існуючу технологію поверхневого монтажу для реалізації з’єднання з друкованою платою, існує багато програм, які можуть використовувати цю технологію, особливо в застосуванні портативних електронних продуктів. Однак переваги технології DCA неможливо переоцінити. Існує ще багато технічних проблем у розвитку технології DCA. Не так багато монтажників використовують цю технологію в реальному виробництві, і всі вони намагаються підвищити рівень технології, щоб розширити застосування DCA. Оскільки з’єднання DCA переносить ці складності, пов’язані з високою щільністю, на друковану плату, це ускладнює виготовлення друкованої плати. Крім того, мало виробників, що спеціалізуються на виробництві кремнієвих пластин з кульками припою. Є ще багато проблем, на які варто звернути увагу, і лише тоді, коли ці проблеми будуть вирішені, можна буде сприяти розвитку технології DCA.

3. FCAA (Flip Chip Adhesive Attachment) Існує багато форм з’єднання FCAA, і воно все ще перебуває на ранній стадії розробки. Для з’єднання кремнієвої пластини з підкладкою використовується не припій, а клей. Нижня частина кремнієвого чіпа в цьому з’єднанні може мати кульки припою або структури, такі як виступи припою. Клеї, що використовуються в FCAA, включають ізотропні та анізотропні типи, залежно від умов з’єднання в фактичному застосуванні. Крім того, вибір підкладок зазвичай включає кераміку, матеріали для друкованих плат і гнучкі плати. Ця технологія ще не є зрілою і не буде далі розроблятися тут.