BGA Ic Reballing Machine

Υψηλής τεχνολογίας και πλήρως αυτόματο μηχάνημα επανεπεξεργασίας BGA που χρησιμοποιείται για αυτές τις εταιρείες που δραστηριοποιούνται στο εξωτερικό

Συμπεριλαμβανομένων, αλλά χωρίς περιορισμό, αυτών των τσιπ όπως παρακάτω:

Οι τέσσερις βασικοί τύποι BGA περιγράφονται ως προς τα δομικά τους χαρακτηριστικά και άλλες πτυχές.

1.1 PBGA (Plastic Ball Grid Array) Το PBGA, κοινώς γνωστό ως OMPAC (Overmolded Plastic Array Carrier), είναι ο πιο κοινός τύπος συσκευασίας BGA (βλ. Εικόνα 1). Ο φορέας του PBGA είναι ένα κοινό υπόστρωμα τυπωμένης σανίδας, όπως FR-4, ρητίνη BT, κ.λπ. Η γκοφρέτα πυριτίου συνδέεται με την επάνω επιφάνεια του φορέα με σύρμα και στη συνέχεια χυτεύεται με πλαστικό και μια συγκόλληση Συστοιχία σφαιρών ευτηκτικής σύνθεσης (37Pb/63Sn) συνδέεται με την κάτω επιφάνεια του φορέα. Η συστοιχία σφαιρών συγκόλλησης μπορεί να κατανεμηθεί πλήρως ή μερικώς στην κάτω επιφάνεια της συσκευής (βλ. Εικόνα 2). Το συνηθισμένο μέγεθος της σφαίρας συγκόλλησης είναι περίπου 0,75 έως 0,89 mm και το βήμα της σφαίρας συγκόλλησης είναι 1,0mm, 1,27 mm και 1,5 mm.

Σχήμα 2

Τα PBGA μπορούν να συναρμολογηθούν με τον υπάρχοντα εξοπλισμό και διαδικασίες επιφανειακής τοποθέτησης. Αρχικά, η πάστα συγκόλλησης ευτηκτικής συνιστώσας τυπώνεται στα αντίστοιχα επιθέματα PCB με τη μέθοδο εκτύπωσης με στένσιλ και, στη συνέχεια, οι σφαίρες συγκόλλησης PBGA συμπιέζονται στην πάστα συγκόλλησης και επαναρέουν. Είναι ευτηκτική συγκόλληση, επομένως κατά τη διαδικασία επαναροής, η σφαίρα συγκόλλησης και η πάστα συγκόλλησης είναι ευτηκτική. Λόγω του βάρους της συσκευής και της επίδρασης της επιφανειακής τάσης, η σφαίρα συγκόλλησης καταρρέει για να μειώσει το κενό μεταξύ του πυθμένα της συσκευής και του PCB και η ένωση συγκόλλησης είναι ελλειψοειδής μετά τη στερεοποίηση. Σήμερα, τα PBGA169~313 έχουν παραχθεί μαζικά και οι μεγάλες εταιρείες αναπτύσσουν συνεχώς προϊόντα PBGA με υψηλότερο αριθμό εισόδων/εξόδων. Αναμένεται ότι ο αριθμός I/O θα φτάσει τα 600~1000 τα τελευταία δύο χρόνια.

Τα κύρια πλεονεκτήματα του πακέτου PBGA:

① Το PBGA μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα τεχνολογία συναρμολόγησης και πρώτες ύλες και το κόστος ολόκληρης της συσκευασίας είναι σχετικά χαμηλό. ② Σε σύγκριση με τις συσκευές QFP, είναι λιγότερο επιρρεπές σε μηχανικές βλάβες. ③ Ισχύει για μαζική ηλεκτρονική συναρμολόγηση. Οι κύριες προκλήσεις της τεχνολογίας PBGA είναι η διασφάλιση της ομοεπίπεδης συσκευασίας, η μείωση της απορρόφησης υγρασίας και η πρόληψη του φαινομένου «ποπ κορν» και η επίλυση των προβλημάτων αξιοπιστίας που προκαλούνται από την αύξηση του μεγέθους της μήτρας πυριτίου. Δεδομένου ότι το υλικό που χρησιμοποιείται για το φορέα είναι το υπόστρωμα της τυπωμένης πλακέτας, ο συντελεστής θερμικής διαστολής (TCE) των φορέων PCB και PBGA στη διάταξη είναι σχεδόν ο ίδιος, επομένως κατά τη διαδικασία συγκόλλησης με επαναροή, δεν υπάρχει σχεδόν καμία πίεση στο συγκολλήσεις, και η αξιοπιστία των αρμών συγκόλλησης Η πρόσκρουση είναι επίσης μικρότερη. Το πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι εφαρμογές PBGA σήμερα είναι πώς να συνεχίσουν να μειώνουν το κόστος της συσκευασίας PBGA, έτσι ώστε το PBGA να μπορεί να εξοικονομήσει χρήματα από το QFP στην περίπτωση χαμηλότερου αριθμού εισόδων/εξόδων.

1.2 CBGA (Σειρά πλέγματος κεραμικών σφαιρών)

Το CBGA αναφέρεται συνήθως ως SBC (Solder Ball Carrier) και είναι ο δεύτερος τύπος πακέτου BGA (βλ. Εικόνα 3). Η γκοφρέτα πυριτίου της CBGA συνδέεται με την επάνω επιφάνεια του πολυστρωματικού κεραμικού φορέα. Η σύνδεση μεταξύ της γκοφρέτας πυριτίου και του πολυστρωματικού κεραμικού φορέα μπορεί να είναι σε δύο μορφές. Το πρώτο είναι ότι το στρώμα κυκλώματος του πλακιδίου πυριτίου είναι στραμμένο προς τα πάνω και η σύνδεση πραγματοποιείται με συγκόλληση με πίεση μεταλλικού σύρματος. Το άλλο είναι ότι το στρώμα κυκλώματος του πλακιδίου πυριτίου είναι στραμμένο προς τα κάτω και η σύνδεση μεταξύ του πλακιδίου πυριτίου και του φορέα πραγματοποιείται με μια δομή flip-chip. Μετά την ολοκλήρωση της σύνδεσης γκοφρέτας πυριτίου, η γκοφρέτα πυριτίου εγκλείεται σε κάψουλα με πληρωτικό όπως εποξική ρητίνη για βελτίωση της αξιοπιστίας και για παροχή της απαραίτητης μηχανικής προστασίας. Στην κάτω επιφάνεια του κεραμικού φορέα, είναι συνδεδεμένη μια συστοιχία σφαιρών συγκόλλησης 90Pb/10Sn. Η κατανομή της συστοιχίας σφαιρών συγκόλλησης μπορεί να κατανεμηθεί πλήρως ή μερικώς. Το μέγεθος των σφαιρών συγκόλλησης είναι συνήθως περίπου 0,89 mm και η απόσταση ποικίλλει από εταιρεία σε εταιρεία. Κοινό 1,0mm και 1,27mm. Οι συσκευές PBGA μπορούν επίσης να συναρμολογηθούν με τον υπάρχοντα εξοπλισμό και διαδικασίες συναρμολόγησης, αλλά η όλη διαδικασία συναρμολόγησης είναι διαφορετική από αυτή του PBGA λόγω των διαφορετικών εξαρτημάτων της σφαίρας συγκόλλησης από την PBGA. Η θερμοκρασία επαναροής της ευτηκτικής πάστας συγκόλλησης που χρησιμοποιείται στη συναρμολόγηση PBGA είναι 183 μοίρες, ενώ η θερμοκρασία τήξης των σφαιρών συγκόλλησης CBGA είναι περίπου 300 μοίρες. Οι περισσότερες από τις υπάρχουσες διεργασίες επαναροής επιφανειακής τοποθέτησης επαναροήται στις 220 μοίρες. Σε αυτή τη θερμοκρασία επαναροής, μόνο η συγκόλληση λιώνει. πάστα, αλλά οι μπάλες συγκόλλησης δεν έχουν λιώσει. Επομένως, για να σχηματιστούν καλοί σύνδεσμοι συγκόλλησης, η ποσότητα της πάστας συγκόλλησης που λείπει στα τακάκια είναι μεγαλύτερη από αυτή του PBGA. Συγκόλληση αρμών. Μετά την επαναροή, η ευτηκτική συγκόλληση περιέχει τις σφαίρες συγκόλλησης για να σχηματίσουν συγκολλήσεις και οι σφαίρες συγκόλλησης λειτουργούν ως άκαμπτο στήριγμα, επομένως το κενό μεταξύ του πυθμένα της συσκευής και του PCB είναι συνήθως μεγαλύτερο από αυτό του PBGA. Οι σύνδεσμοι συγκόλλησης του CBGA σχηματίζονται από δύο διαφορετικές κολλήσεις σύνθεσης Pb/Sn, αλλά η διεπαφή μεταξύ της ευτηκτικής συγκόλλησης και των σφαιρών συγκόλλησης στην πραγματικότητα δεν είναι προφανής. Συνήθως, η μεταλλογραφική ανάλυση των αρμών συγκόλλησης μπορεί να φανεί στην περιοχή διεπαφής. Μια μεταβατική περιοχή σχηματίζεται από 90Pb/10Sn σε 37Pb/63Sn. Ορισμένα προϊόντα έχουν υιοθετήσει συσκευασμένες συσκευές CBGA με αριθμό εισόδων/εξόδων από 196 έως 625, αλλά η εφαρμογή του CBGA δεν είναι ακόμη διαδεδομένη και η ανάπτυξη πακέτων CBGA με υψηλότερο αριθμό εισόδων/εξόδων έχει επίσης μείνει στάσιμη, κυρίως λόγω της ύπαρξης Συναρμολόγηση CBGA. Η αναντιστοιχία του θερμικού συντελεστή διαστολής (TCE) μεταξύ του PCB και του πολυστρωματικού κεραμικού φορέα είναι ένα πρόβλημα που προκαλεί την αστοχία των συγκολλήσεων CBGA με μεγαλύτερα μεγέθη συσκευασίας κατά τη διάρκεια της θερμικής ανακύκλωσης. Μέσω ενός μεγάλου αριθμού δοκιμών αξιοπιστίας, επιβεβαιώθηκε ότι τα CBGA με μέγεθος συσκευασίας μικρότερο από 32 mm × 32 mm μπορούν να πληρούν τις βιομηχανικές προδιαγραφές δοκιμής θερμικού κύκλου. Ο αριθμός των I/Os του CBGA περιορίζεται σε λιγότερο από 625. Για κεραμικές συσκευασίες με μέγεθος μεγαλύτερο από 32mm×32mm, πρέπει να ληφθούν υπόψη άλλοι τύποι BGA.

Σχήμα 3

Τα κύρια πλεονεκτήματα της συσκευασίας CBGA είναι: (1) Έχει εξαιρετικές ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες. (2) Έχει καλή απόδοση σφράγισης. (3) Σε σύγκριση με τις συσκευές QFP, τα CBGA είναι λιγότερο επιρρεπή σε μηχανικές βλάβες. (4) Κατάλληλο για εφαρμογές ηλεκτρονικής συναρμολόγησης με αριθμούς I/O μεγαλύτερους από 250. Επιπλέον, δεδομένου ότι η σύνδεση μεταξύ του πλακιδίου πυριτίου του CBGA και του κεραμικού πολλαπλών στρώσεων μπορεί να συνδεθεί με flip-chip, μπορεί να επιτύχει μεγαλύτερη πυκνότητα διασύνδεσης από τη σύνδεση σύνδεσης καλωδίων. Σε πολλές περιπτώσεις, ειδικά σε εφαρμογές με υψηλούς αριθμούς I/O, το μέγεθος πυριτίου των ASIC περιορίζεται από το μέγεθος των μαξιλαριών συγκόλλησης σύρματος. Το μέγεθος μπορεί να μειωθεί περαιτέρω χωρίς να θυσιαστεί η λειτουργικότητα, μειώνοντας έτσι τα έξοδα. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας CBGA δεν είναι πολύ δύσκολη και η κύρια πρόκληση της είναι πώς να κάνει το CBGA να χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους τομείς της βιομηχανίας ηλεκτρονικών συναρμολογήσεων. Πρώτον, πρέπει να είναι εγγυημένη η αξιοπιστία του πακέτου CBGA στο βιομηχανικό περιβάλλον μαζικής παραγωγής. Δεύτερον, το κόστος του πακέτου CBGA πρέπει να είναι συγκρίσιμο με άλλα πακέτα BGA. Λόγω της πολυπλοκότητας και του σχετικά υψηλού κόστους της συσκευασίας CBGA, η CBGA περιορίζεται σε ηλεκτρονικά προϊόντα με υψηλή απόδοση και υψηλές απαιτήσεις αριθμού εισόδου/εξόδου. Επιπλέον, λόγω του μεγαλύτερου βάρους των πακέτων CBGA από άλλους τύπους πακέτων BGA, η εφαρμογή τους σε φορητά ηλεκτρονικά προϊόντα είναι επίσης περιορισμένη.

1.3 CCGA (Ceramic Cloumn Grid Array) Το CCGA, γνωστό και ως SCC (Solder Column Carrier), είναι μια άλλη μορφή CBGA όταν το μέγεθος του κεραμικού σώματος είναι μεγαλύτερο από 32 mm × 32 mm (βλ. Εικόνα 4). Η κάτω επιφάνεια του κεραμικού φορέα δεν συνδέεται με σφαίρες συγκόλλησης αλλά με 90πυλώνες συγκόλλησης Pb/10Sn. Η συστοιχία κολόνας συγκόλλησης μπορεί να κατανεμηθεί πλήρως ή μερικώς. Η διάμετρος της κοινής κολόνας συγκόλλησης είναι περίπου 0,5 mm και το ύψος είναι περίπου 2,21 mm. Τυπική απόσταση μεταξύ συστοιχιών πυλώνων 1,27 mm. Υπάρχουν δύο μορφές CCGA, η μία είναι ότι η στήλη συγκόλλησης και το κάτω μέρος του κεραμικού συνδέονται με ευτηκτική συγκόλληση και η άλλη είναι μια σταθερή δομή χυτού τύπου. Η στήλη συγκόλλησης του CCGA μπορεί να αντέξει την καταπόνηση που προκαλείται από την αναντιστοιχία του συντελεστή θερμικής διαστολής TCE του PCB και του κεραμικού φορέα. Ένας μεγάλος αριθμός δοκιμών αξιοπιστίας έχει επιβεβαιώσει ότι το CCGA με μέγεθος συσκευασίας μικρότερο από 44 mm × 44 mm μπορεί να πληροί τις βιομηχανικές προδιαγραφές δοκιμής θερμικού κύκλου. Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του CCGA και του CBGA είναι πολύ παρόμοια, η μόνη προφανής διαφορά είναι ότι οι κολώνες συγκόλλησης του CCGA είναι πιο επιρρεπείς σε μηχανικές βλάβες κατά τη διαδικασία συναρμολόγησης από τις σφαίρες συγκόλλησης του CBGA. Ορισμένα ηλεκτρονικά προϊόντα έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούν πακέτα CCGA, αλλά τα πακέτα CCGA με αριθμούς I/O μεταξύ 626 και 1225 δεν έχουν ακόμη παραχθεί μαζικά και πακέτα CCGA με αριθμούς I/O μεγαλύτερους από 2000 είναι ακόμα υπό ανάπτυξη.

Εικόνα 4

1,4 TBGA (Συστοιχία πλέγματος σφαιρών ταινίας)

Το TBGA, γνωστό και ως ATAB (Araay Tape Automated Bonding), είναι ένας σχετικά νέος τύπος συσκευασίας BGA (βλ. Εικόνα 6). Ο φορέας του TBGA είναι μια ταινία διπλής μεταλλικής στρώσης χαλκού/πολυιμιδίου/χαλκού. Η άνω επιφάνεια του φορέα κατανέμεται με χάλκινα καλώδια για μετάδοση σήματος και η άλλη πλευρά χρησιμοποιείται ως στρώμα γείωσης. Η σύνδεση μεταξύ της γκοφρέτας πυριτίου και του φορέα μπορεί να πραγματοποιηθεί με την τεχνολογία flip-chip. Αφού ολοκληρωθεί η σύνδεση μεταξύ της γκοφρέτας πυριτίου και του φορέα, η γκοφρέτα πυριτίου εγκλείεται σε κάψουλα για την αποφυγή μηχανικής βλάβης. Οι οπές στο φορέα παίζουν το ρόλο της σύνδεσης των δύο επιφανειών και της πραγματοποίησης της μετάδοσης σήματος, και οι σφαίρες συγκόλλησης συνδέονται με τα μαξιλαράκια μέσω μιας διαδικασίας μικροσυγκόλλησης παρόμοια με τη συγκόλληση σύρματος για να σχηματίσουν μια συστοιχία σφαιρών συγκόλλησης. Ένα ενισχυτικό στρώμα είναι κολλημένο στην επάνω επιφάνεια του φορέα για να παρέχει ακαμψία στη συσκευασία και να διασφαλίζει την ομοεπίπεδη του συσκευασία. Η ψύκτρα είναι γενικά συνδεδεμένη με την πίσω πλευρά του flip chip με θερμικά αγώγιμη κόλλα για να παρέχει καλά θερμικά χαρακτηριστικά στη συσκευασία. Η σύνθεση της σφαίρας συγκόλλησης του TBGA είναι 90Pb/10Sn, η διάμετρος της σφαίρας συγκόλλησης είναι περίπου 0,65 mm και τα τυπικά στάδια της διάταξης σφαιρών συγκόλλησης είναι 1,0 mm, 1,27 mm και 1,5 mm. Η διάταξη μεταξύ TBGA και PCB είναι ευτηκτική συγκόλληση 63Sn/37Pb. Τα TBGA μπορούν επίσης να συναρμολογηθούν χρησιμοποιώντας τον υπάρχοντα εξοπλισμό και διαδικασίες επιφανειακής τοποθέτησης χρησιμοποιώντας παρόμοιες μεθόδους συναρμολόγησης με τα CBGA. Σήμερα, ο αριθμός των I/Os στο συνήθως χρησιμοποιούμενο πακέτο TBGA είναι μικρότερος από 448. Προϊόντα όπως το TBGA736 έχουν κυκλοφορήσει και ορισμένες μεγάλες ξένες εταιρείες αναπτύσσουν TBGA με τον αριθμό I/O να είναι μεγαλύτερος από 1000. Τα πλεονεκτήματα του Το πακέτο TBGA είναι: ① Είναι ελαφρύτερο και μικρότερο από τους περισσότερους άλλους τύπους πακέτων BGA (ειδικά το πακέτο με υψηλότερο αριθμό I/O). ②Έχει καλύτερες ηλεκτρικές ιδιότητες από τα πακέτα QFP και PBGA. ③ Κατάλληλο για μαζική ηλεκτρονική συναρμολόγηση. Επιπλέον, αυτό το πακέτο χρησιμοποιεί μια φόρμα flip-chip υψηλής πυκνότητας για να πραγματοποιήσει τη σύνδεση μεταξύ του τσιπ πυριτίου και του φορέα, έτσι ώστε το TBGA να έχει πολλά πλεονεκτήματα όπως χαμηλό θόρυβο σήματος, επειδή ο συντελεστής θερμικής διαστολής TCE της τυπωμένης πλακέτας και του Το στρώμα ενίσχυσης στο πακέτο TBGA βασικά ταιριάζουν μεταξύ τους. Επομένως, ο αντίκτυπος στην αξιοπιστία των συγκολλήσεων TBGA μετά τη συναρμολόγηση δεν είναι μεγάλος. Το κύριο πρόβλημα που αντιμετωπίζεται στη συσκευασία TBGA είναι η επίδραση της απορρόφησης υγρασίας στη συσκευασία. Το πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι εφαρμογές TBGA είναι πώς θα πάρουν θέση στον τομέα της ηλεκτρονικής συναρμολόγησης. Πρώτον, η αξιοπιστία της TBGA πρέπει να αποδειχθεί σε περιβάλλον μαζικής παραγωγής και, δεύτερον, το κόστος της συσκευασίας TBGA πρέπει να είναι συγκρίσιμο με τη συσκευασία PBGA. Λόγω της πολυπλοκότητας και του σχετικά υψηλού κόστους συσκευασίας των TBGA, τα TBGA χρησιμοποιούνται κυρίως σε ηλεκτρονικά προϊόντα υψηλής απόδοσης και υψηλού αριθμού I/O. 2 Flip Chip: Σε αντίθεση με άλλες συσκευές επιφανειακής τοποθέτησης, το flip chip δεν έχει συσκευασία και η συστοιχία διασύνδεσης κατανέμεται στην επιφάνεια του τσιπ πυριτίου, αντικαθιστώντας τη φόρμα σύνδεσης σύρματος και το τσιπ πυριτίου τοποθετείται απευθείας στο PCB σε ανεστραμμένο τρόπο. Το flip chip δεν χρειάζεται πλέον να οδηγεί έξω τους ακροδέκτες I/O από το τσιπ σιλικόνης στο περιβάλλον, το μήκος της διασύνδεσης μειώνεται σημαντικά, η καθυστέρηση RC μειώνεται και η ηλεκτρική απόδοση βελτιώνεται αποτελεσματικά. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι συνδέσεων με flip-chip: C4, DC4 καιFCAA.