Mesin Reflow BGA

Mesin pengerjaan ulang BGA otomatis DH-A2 untuk berbagai perbaikan chip

1. C4 (Koneksi Chip Runtuh Terkendali Sambungan Chip Runtuh Terkendali)

C4 adalah bentuk yang mirip dengan BGA pitch ultrafine (lihat Gambar 1). Pitch umum dari susunan bola solder yang terhubung ke wafer silikon adalah 0.203-0.254mm, diameter bola solder adalah 0.102-0.127mm, dan komposisi bola solder adalah 97Pb/3Sn. Bola solder ini dapat didistribusikan seluruhnya atau sebagian pada wafer silikon. Karena keramik dapat menahan suhu reflow yang lebih tinggi, keramik digunakan sebagai substrat untuk sambungan C4. Biasanya, bantalan sambungan berlapis Au atau Sn telah didistribusikan sebelumnya pada permukaan keramik, dan kemudian sambungan flip-chip dalam bentuk C4 dilakukan. Sambungan C4 tidak dapat digunakan, dan peralatan dan proses perakitan yang ada dapat digunakan untuk perakitan karena suhu leleh bola solder 97Pb/3Sn adalah 320 derajat, dan tidak ada komposisi solder lain dalam struktur interkoneksi yang menggunakan sambungan C4 . Dalam koneksi C4, alih-alih kebocoran pasta solder, pencetakan fluks suhu tinggi digunakan. Pertama, fluks suhu tinggi dicetak pada bantalan substrat atau bola solder dari wafer silikon, dan kemudian bola solder pada wafer silikon dan Bantalan yang sesuai pada substrat disejajarkan dengan tepat, dan adhesi yang cukup disediakan oleh fluks untuk mempertahankan posisi relatif sampai penyolderan reflow selesai. Suhu reflow yang digunakan untuk koneksi C4 adalah 360 derajat. Pada suhu ini, bola solder dilelehkan dan wafer silikon dalam keadaan "ditangguhkan". Karena tegangan permukaan solder, wafer silikon akan secara otomatis memperbaiki posisi relatif bola solder dan bantalan, dan akhirnya solder akan runtuh. ketinggian tertentu untuk membentuk titik sambungan. Metode koneksi C4 terutama digunakan dalam paket CBGA dan CCGA. Selain itu, beberapa produsen juga menggunakan teknologi ini dalam aplikasi ceramic multi-chip module (MCM-C). Jumlah I/O yang menggunakan koneksi C4 saat ini kurang dari 1500, dan beberapa perusahaan berharap untuk mengembangkan I/O lebih dari 3000. Keuntungan dari koneksi C4 adalah: (1) Memiliki sifat listrik dan termal yang sangat baik. (2) Dalam hal lemparan bola sedang, hitungan I/O bisa sangat tinggi. (3) Tidak dibatasi oleh ukuran pad. (4) Dapat cocok untuk produksi massal. (5) Ukuran dan beratnya bisa sangat dikurangi. Selain itu, koneksi C4 hanya memiliki satu antarmuka interkoneksi antara wafer silikon dan substrat, yang dapat menyediakan jalur transmisi sinyal interferensi terpendek dan paling sedikit, dan pengurangan jumlah antarmuka membuat struktur lebih sederhana dan lebih andal. Masih banyak kendala teknis dalam koneksi C4, dan masih sulit untuk benar-benar menerapkannya pada produk elektronik. Sambungan C4 hanya dapat diterapkan pada substrat keramik, dan akan digunakan secara luas pada produk dengan I/O-hitungan tinggi, seperti CBGA, CCGA, dan MCM-C.

Gambar 1

2 DCA (Lampiran Chip Langsung)

Mirip dengan C4, DCA adalah koneksi pitch ultra-halus (lihat Gambar 2). Wafer silikon DCA dan wafer silikon pada sambungan C4 memiliki struktur yang sama. Perbedaan keduanya terletak pada pilihan substrat. Substrat yang digunakan dalam DCA adalah bahan cetak yang khas. Komposisi bola solder DCA adalah 97Pb/3Sn, dan solder pada bantalan sambungan adalah solder eutektik (37Pb/63Sn). Untuk DCA, karena jaraknya hanya 0.203-0.254mm, cukup sulit bagi solder eutektik untuk bocor ke bantalan sambungan, jadi alih-alih mencetak pasta solder, solder timah dilapisi bagian atas bantalan sambungan sebelum perakitan. Volume solder pada pad sangat ketat, biasanya lebih banyak solder daripada komponen pitch ultra-halus lainnya. Solder dengan ketebalan 0.051-0.102mm pada bantalan sambungan umumnya berbentuk sedikit kubah karena sudah dilapisi sebelumnya. Itu harus diratakan sebelum tambalan, jika tidak maka akan mempengaruhi keselarasan bola solder dan bantalan yang andal.

Gambar 2

Jenis sambungan ini dapat dicapai dengan peralatan dan proses pemasangan permukaan yang ada. Pertama, fluks disalurkan ke wafer silikon dengan mencetak, kemudian wafer dipasang dan akhirnya dialirkan kembali. Suhu reflow yang digunakan dalam perakitan DCA adalah sekitar 220 derajat, yang lebih rendah dari titik leleh bola solder tetapi lebih tinggi dari titik leleh solder eutektik pada bantalan sambungan. Bola solder pada chip silikon bertindak sebagai penyangga kaku. Sambungan sambungan solder terbentuk antara bola dan bantalan. Untuk sambungan solder yang dibentuk dengan dua komposisi Pb/Sn yang berbeda, antarmuka antara dua solder sebenarnya tidak terlihat jelas pada sambungan solder, tetapi daerah transisi yang mulus dari 97Pb/3Sn ke 37Pb/63Sn terbentuk. Karena dukungan kaku dari bola solder, bola solder tidak "runtuh" ​​dalam perakitan DCA, tetapi juga memiliki sifat koreksi diri. DCA sudah mulai diterapkan, jumlah I/O sebagian besar di bawah 350, dan beberapa perusahaan berencana untuk mengembangkan lebih dari 500 I/O. Dorongan untuk pengembangan teknologi ini bukanlah jumlah I/O yang lebih tinggi, tetapi terutama pengurangan ukuran, berat, dan biaya. Karakteristik DCA sangat mirip dengan C4. Karena DCA dapat menggunakan teknologi pemasangan permukaan yang ada untuk mewujudkan koneksi dengan PCB, ada banyak aplikasi yang dapat menggunakan teknologi ini, terutama dalam aplikasi produk elektronik portabel. Namun, keunggulan teknologi DCA tidak dapat dilebih-lebihkan. Masih banyak tantangan teknis dalam pengembangan teknologi DCA. Tidak banyak perakit yang menggunakan teknologi ini dalam produksi aktual, dan mereka semua berusaha meningkatkan tingkat teknologi untuk memperluas penerapan DCA. Karena koneksi DCA mentransfer kompleksitas terkait kepadatan tinggi tersebut ke PCB, ini meningkatkan kesulitan pembuatan PCB. Selain itu, ada beberapa produsen yang mengkhususkan diri dalam produksi wafer silikon dengan bola solder. Masih banyak masalah yang perlu diperhatikan, dan hanya ketika masalah ini diselesaikan, pengembangan teknologi DCA dapat dipromosikan.

3. FCAA (Flip Chip Adhesive Attachment) Ada banyak bentuk sambungan FCAA, dan masih dalam tahap pengembangan awal. Sambungan antara wafer silikon dan substrat tidak menggunakan solder, melainkan lem. Bagian bawah chip silikon dalam hubungan ini dapat memiliki bola solder atau struktur seperti tonjolan solder. Perekat yang digunakan dalam FCAA termasuk jenis isotropik dan anisotropik, tergantung pada kondisi sambungan dalam aplikasi yang sebenarnya. Selain itu, pemilihan substrat biasanya mencakup keramik, bahan papan cetak dan papan sirkuit fleksibel. Teknologi ini belum matang dan tidak akan dielaborasi lebih lanjut di sini.