دستگاه BGA Reflow

دستگاه بازکاری BGA اتوماتیک DH-A2 برای تعمیر تراشه های مختلف

1. C4 (اتصال تراشه فروپاشی کنترل شده اتصال تراشه فروپاشی کنترل شده)

C4 شکلی شبیه به گام بسیار ریز BGA است (شکل 1 را ببینید). گام کلی آرایه توپ لحیم کاری متصل به ویفر سیلیکونی 0 است.203-0.254mm، قطر توپ لحیم کاری 0 است.102-0.127mm، و ترکیب توپ لحیم کاری 97Pb/3Sn است. این توپ های لحیم کاری را می توان به طور کامل یا جزئی بر روی ویفر سیلیکونی پخش کرد. از آنجایی که سرامیک ها می توانند دمای جریان مجدد بالاتری را تحمل کنند، از سرامیک ها به عنوان بستر اتصالات C4 استفاده می شود. معمولاً پدهای اتصال با روکش طلا یا Sn روی سطح سرامیک ها از قبل توزیع می شود و سپس اتصالات فلیپ چیپ به شکل C4 انجام می شود. اتصال C4 قابل استفاده نیست و تجهیزات و فرآیند مونتاژ موجود را می توان برای مونتاژ استفاده کرد زیرا دمای ذوب توپ لحیم کاری 97Pb/3Sn 320 درجه است و هیچ ترکیب دیگری از لحیم کاری در ساختار اتصال با استفاده از اتصال C4 وجود ندارد. . در اتصال C4 به جای نشتی خمیر لحیم، از شار با دمای بالا چاپ استفاده می شود. ابتدا شار با دمای بالا بر روی پدهای زیرلایه یا گلوله های لحیم کاری ویفر سیلیکونی چاپ می شود و سپس گلوله های لحیم کاری روی ویفر سیلیکونی و پدهای مربوطه روی بستر به طور دقیق تراز می شوند و چسبندگی کافی توسط ویفر ایجاد می شود. شار برای حفظ موقعیت نسبی تا زمانی که لحیم کاری مجدد به پایان برسد. دمای جریان مجدد مورد استفاده برای اتصال C4 360 درجه است. در این دما، گلوله های لحیم کاری ذوب می شوند و ویفر سیلیکونی در حالت "معلق" قرار می گیرد. به دلیل کشش سطحی لحیم، ویفر سیلیکونی به طور خودکار موقعیت نسبی گوی لحیم کاری و پد را اصلاح می کند و در نهایت لحیم کاری فرو می ریزد. به یک ارتفاع معین برای تشکیل یک نقطه اتصال. روش اتصال C4 عمدتا در بسته های CBGA و CCGA استفاده می شود. علاوه بر این، برخی از تولیدکنندگان نیز از این فناوری در برنامه های کاربردی ماژول چند تراشه سرامیکی (MCM-C) استفاده می کنند. تعداد I/Oهایی که از اتصالات C4 استفاده می کنند امروزه کمتر از 1500 است، و برخی از شرکت ها انتظار دارند که I/Oهای بیش از 3000 را توسعه دهند. مزایای اتصال C4 عبارتند از: (1) دارای خواص الکتریکی و حرارتی عالی است. (2) در مورد زمین توپ متوسط، تعداد I/O می تواند بسیار زیاد باشد. (3) با اندازه پد محدود نمی شود. (4) می تواند برای تولید انبوه مناسب باشد. (5) اندازه و وزن را می توان تا حد زیادی کاهش داد. علاوه بر این، اتصال C4 تنها یک رابط اتصال بین ویفر سیلیکونی و بستر دارد که می‌تواند کوتاه‌ترین و کمترین تداخل مسیر انتقال سیگنال را فراهم کند و کاهش تعداد رابط‌ها ساختار را ساده‌تر و قابل اعتمادتر می‌کند. هنوز چالش‌های فنی زیادی در اتصال C4 وجود دارد و هنوز اعمال آن در محصولات الکترونیکی دشوار است. اتصالات C4 را فقط می توان برای زیرلایه های سرامیکی اعمال کرد و آنها به طور گسترده در محصولات با کارایی بالا و با تعداد I/O بالا مانند CBGA، CCGA و MCM-C استفاده خواهند شد.

شکل 1

2 DCA (اتصال مستقیم تراشه)

مشابه C4، DCA یک اتصال گام بسیار ظریف است (شکل 2 را ببینید). ویفر سیلیکونی DCA و ویفر سیلیکونی در اتصال C4 ساختار یکسانی دارند. تفاوت بین این دو در انتخاب بستر است. بستر مورد استفاده در DCA یک ماده چاپ معمولی است. ترکیب گلوله لحیم کاری DCA 97Pb/3Sn است و لحیم کاری روی پد اتصال، لحیم یوتکتیک (37Pb/63Sn) است. برای DCA، از آنجایی که فاصله فقط 0 است.203-0.254 میلی متر، نشت لحیم یوتکتیک بر روی پدهای اتصال بسیار دشوار است، بنابراین به جای چاپ خمیر لحیم، لحیم کاری قلع سرب روی آن آبکاری می شود. بالای پدهای اتصال قبل از مونتاژ. حجم لحیم کاری روی پد بسیار دقیق است، معمولاً لحیم کاری بیشتری نسبت به سایر اجزای گام بسیار ریز دارد. لحیم کاری با ضخامت 0.051-0.102 میلی متر روی صفحه اتصال عموماً کمی گنبدی شکل است زیرا از قبل آبکاری شده است. باید قبل از وصله تراز شود، در غیر این صورت روی تراز قابل اعتماد توپ لحیم کاری و پد تأثیر می گذارد.

شکل 2

این نوع اتصال را می توان با تجهیزات و فرآیندهای نصب سطحی موجود به دست آورد. ابتدا شار با چاپ روی ویفرهای سیلیکونی پخش می شود، سپس ویفرها سوار می شوند و در نهایت دوباره جریان می یابند. دمای جریان مجدد مورد استفاده در مونتاژ DCA حدود 220 درجه است که کمتر از نقطه ذوب گلوله های لحیم کاری است اما بالاتر از نقطه ذوب لحیم یوتکتیک روی لنت های اتصال است. توپ های لحیم کاری روی تراشه سیلیکونی به عنوان تکیه گاه های سفت و سخت عمل می کنند. یک اتصال لحیم کاری بین توپ و لنت ایجاد می شود. برای اتصال لحیم کاری که با دو ترکیب مختلف Pb/Sn تشکیل شده است، رابط بین دو لحیم در واقع در محل اتصال لحیم کاری آشکار نیست، اما یک ناحیه انتقال صاف از 97Pb/3Sn به 37Pb/63Sn تشکیل می شود. به دلیل پشتیبانی سفت و سخت توپ های لحیم کاری، گلوله های لحیم کاری در مجموعه DCA "جمع نمی شوند"، بلکه دارای خواص خود اصلاحی هستند. DCA شروع به اعمال کرده است، تعداد I/Oها عمدتاً زیر 350 است و برخی از شرکت ها قصد دارند بیش از 500 I/O توسعه دهند. انگیزه توسعه این فناوری، تعداد ورودی/خروجی بالاتر نیست، بلکه در درجه اول کاهش اندازه، وزن و هزینه است. ویژگی های DCA بسیار شبیه به C4 است. از آنجایی که DCA می تواند از فناوری نصب سطحی موجود برای تحقق ارتباط با PCB استفاده کند، برنامه های کاربردی زیادی وجود دارد که می توانند از این فناوری به ویژه در کاربرد محصولات الکترونیکی قابل حمل استفاده کنند. با این حال، مزایای فناوری DCA را نمی توان اغراق کرد. هنوز چالش های فنی زیادی در توسعه فناوری DCA وجود دارد. اسمبلرهای زیادی وجود ندارند که از این فناوری در تولید واقعی استفاده می کنند و همه آنها در تلاش هستند تا سطح فناوری را برای گسترش کاربرد DCA بهبود بخشند. از آنجایی که اتصال DCA آن پیچیدگی های مرتبط با چگالی بالا را به PCB منتقل می کند، دشواری تولید PCB را افزایش می دهد. علاوه بر این، تعداد کمی از تولید کنندگان متخصص در تولید ویفرهای سیلیکونی با توپ های لحیم کاری هستند. هنوز مشکلات زیادی وجود دارد که ارزش توجه به آنها وجود دارد و تنها زمانی که این مشکلات حل شوند می توان توسعه فناوری DCA را ارتقا داد.

3. FCAA (ضمیمه چسب تراشه فلیپ) اشکال زیادی از اتصال FCAA وجود دارد و هنوز در مراحل اولیه توسعه است. اتصال بین ویفر سیلیکونی و زیرلایه از لحیم کاری استفاده نمی کند، بلکه از چسب استفاده می کند. کف تراشه سیلیکونی در این اتصال می تواند دارای گوی لحیم کاری یا ساختارهایی مانند برجستگی های لحیم کاری باشد. چسب های مورد استفاده در FCAA بسته به شرایط اتصال در کاربرد واقعی شامل انواع همسانگرد و ناهمسانگرد هستند. علاوه بر این، انتخاب بسترها معمولاً شامل سرامیک، مواد برد چاپی و بردهای مدار انعطاف پذیر است. این فناوری هنوز به بلوغ نرسیده است و در اینجا بیشتر توضیح داده نخواهد شد.