BGA Reflow stroj

Avtomatski BGA predelovalni stroj DH-A2 za popravilo različnih čipov

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

C4 je oblika, podobna BGA z ultrafinim korakom (glejte sliko 1). Splošni korak niza spajkalne krogle, povezane s silicijevo rezino, je 0.203-0.254 mm, premer spajkalne krogle je 0.102-0.127 mm in sestava spajkalne kroglice je 97Pb/3Sn. Te spajkalne kroglice je mogoče v celoti ali delno porazdeliti po silicijevi rezini. Ker lahko keramika prenese višje temperature reflowa, se keramika uporablja kot podlaga za spoje C4. Običajno so Au ali Sn prevlečene priključne ploščice predhodno razporejene po površini keramike, nato pa se izvedejo flip-chip povezave v obliki C4. Povezave C4 ni mogoče uporabiti, za montažo pa je mogoče uporabiti obstoječo montažno opremo in postopek, ker je talilna temperatura spajkalne kroglice 97Pb/3Sn 320 stopinj in ni nobene druge sestave spajke v interkonekcijski strukturi, ki uporablja povezavo C4. . V povezavi C4 se namesto puščanja spajkalne paste uporablja tiskalni visokotemperaturni tok. Najprej se visokotemperaturni tok natisne na blazinice substrata ali spajkalne kroglice silicijeve rezine, nato pa se spajkalne kroglice na silicijeve rezine in ustrezne blazinice na substratu natančno poravnajo, zadosten oprijem pa zagotavlja fluks za vzdrževanje relativnega položaja, dokler se ponovno spajkanje ne konča. Temperatura ponovnega polnjenja, uporabljena za povezavo C4, je 360 ​​stopinj. Pri tej temperaturi se spajkalne kroglice stopijo in silicijeva rezina je v "visečem" stanju. Zaradi površinske napetosti spajke bo silicijeva rezina samodejno popravila relativni položaj spajkalne krogle in blazinice, sčasoma pa se bo spajka zrušila. na določeno višino, da se oblikuje povezovalna točka. Način povezave C4 se uporablja predvsem v paketih CBGA in CCGA. Poleg tega nekateri proizvajalci to tehnologijo uporabljajo tudi v aplikacijah keramičnih modulov z več čipi (MCM-C). Število V/I, ki uporabljajo povezave C4, je danes manjše od 1500, nekatera podjetja pa pričakujejo, da bodo razvila več kot 3000 V/I. Prednosti povezave C4 so: (1) Ima odlične električne in toplotne lastnosti. (2) V primeru srednjega podajanja žoge je lahko število V/I zelo veliko. (3) Ni omejeno z velikostjo blazinice. (4) Lahko je primeren za množično proizvodnjo. (5) Velikost in težo je mogoče močno zmanjšati. Poleg tega ima povezava C4 samo en vmesnik medsebojnega povezovanja med silicijevo rezino in substratom, ki lahko zagotovi najkrajšo in najmanj motenj prenosno pot signala, zmanjšano število vmesnikov pa naredi strukturo enostavnejšo in zanesljivejšo. Pri povezavi C4 je še veliko tehničnih izzivov in še vedno jo je težko dejansko uporabiti za elektronske izdelke. Povezave C4 je mogoče uporabiti samo za keramične podlage in se bodo pogosto uporabljale v visoko zmogljivih izdelkih z velikim številom V/I, kot so CBGA, CCGA in MCM-C.

Slika 1

2 DCA (neposredna priključitev na čip)

Podobno kot C4 je tudi DCA povezava z zelo majhnim korakom (glejte sliko 2). Silicijeva rezina DCA in silicijeva rezina v povezavi C4 imata enako strukturo. Razlika med obema je v izbiri substrata. Substrat, uporabljen v DCA, je tipičen material za tiskanje. Sestava spajkalne kroglice DCA je 97Pb/3Sn, spajka na priključni ploščici pa je evtektična spajka (37Pb/63Sn). Ker je pri DCA razmik le 0.203-0.254 mm, je evtektična spajka precej težko uhajati na priključne ploščice, zato se namesto tiskanja spajkalne paste nanese svinčevo-kositrna spajka zgornji del priključnih ploščic pred montažo. Količina spajke na blazinici je zelo stroga, običajno več spajke kot druge komponente z ultra finim korakom. Spajka z debelino 0.051-0.102 mm na priključni ploščici je običajno rahlo kupolaste oblike, ker je predhodno prevlečena. Pred obližem ga je treba poravnati, sicer bo to vplivalo na zanesljivo poravnavo spajkalne kroglice in blazinice.

Slika 2

To vrsto povezave je mogoče doseči z obstoječo opremo in postopki za površinsko montažo. Najprej se fluks nanese na silicijeve rezine s tiskanjem, nato se rezine namestijo in na koncu ponovno pretočijo. Temperatura pretoka, ki se uporablja pri sestavu DCA, je približno 220 stopinj, kar je nižje od tališča spajkalnih kroglic, vendar višje od tališča evtektičnega spajkanja na priključnih ploščicah. Spajkalne kroglice na silicijevem čipu delujejo kot toge podpore. Med kroglo in blazinico se oblikuje spajkalna povezava. Za spajkalni spoj, oblikovan z dvema različnima sestavama Pb/Sn, vmesnik med obema spajkama dejansko ni očiten v spajkalnem spoju, vendar se oblikuje območje gladkega prehoda iz 97Pb/3Sn v 37Pb/63Sn. Zaradi toge podpore spajkalnih kroglic se spajkalne kroglice ne "sesedejo" v DCA sklopu, temveč imajo tudi samokorekcijske lastnosti. DCA se je začel uporabljati, število V/I je večinoma pod 350, nekatera podjetja pa nameravajo razviti več kot 500 V/I. Spodbuda za razvoj te tehnologije ni večje število V/I, ampak predvsem zmanjšanje velikosti, teže in stroškov. Značilnosti DCA so zelo podobne C4. Ker lahko DCA uporabi obstoječo tehnologijo površinske montaže za vzpostavitev povezave s PCB, obstaja veliko aplikacij, ki lahko uporabljajo to tehnologijo, zlasti pri uporabi prenosnih elektronskih izdelkov. Vendar pa prednosti tehnologije DCA ni mogoče preceniti. Pri razvoju tehnologije DCA je še veliko tehničnih izzivov. Ni veliko sestavljavcev, ki uporabljajo to tehnologijo v dejanski proizvodnji, in vsi poskušajo izboljšati raven tehnologije, da bi razširili uporabo DCA. Ker povezava DCA prenese te zapletenosti, povezane z visoko gostoto, na tiskano vezje, povečuje težave pri izdelavi tiskanega vezja. Poleg tega je le malo proizvajalcev, specializiranih za proizvodnjo silicijevih rezin s kroglicami za spajkanje. Še vedno je veliko problemov, na katere je vredno biti pozoren, in šele ko bodo ti problemi rešeni, bo mogoče spodbujati razvoj tehnologije DCA.

3. FCAA (Flip Chip Adhesive Attachment) Obstaja veliko oblik povezave FCAA in je še vedno v zgodnji fazi razvoja. Povezava med silicijevo rezino in substratom ne uporablja spajke, temveč lepilo. Dno silicijevega čipa v tej povezavi ima lahko spajkalne kroglice ali strukture, kot so spajkalne izbokline. Lepila, ki se uporabljajo v FCAA, vključujejo izotropne in anizotropne vrste, odvisno od pogojev povezave v dejanski aplikaciji. Poleg tega izbor substratov običajno vključuje keramiko, materiale za tiskane plošče in fleksibilna vezja. Ta tehnologija še ni zrela in je tukaj ne bomo podrobneje obravnavali.