BGA-IC-Reballing-Maschine

High-End und vollautomatische BGA-Rework-Maschine, die für grenzüberschreitende Unternehmen verwendet wird

Einschließlich, aber nicht beschränkt auf die folgenden Chips:

Die vier Grundtypen von BGAs werden hinsichtlich ihrer strukturellen Eigenschaften und anderer Aspekte beschrieben.

1.1 PBGA (Plastic Ball Grid Array) PBGA, allgemein bekannt als OMPAC (Overmolded Plastic Array Carrier), ist der gebräuchlichste Typ von BGA-Gehäuse (siehe Abbildung 1). Der PBGA-Träger ist ein übliches Leiterplattensubstrat wie FR-4, BT-Harz usw. Der Siliziumwafer wird durch Drahtbonden mit der oberen Oberfläche des Trägers verbunden und dann mit Kunststoff und einem Lot vergossen Kugelarray aus eutektischer Zusammensetzung (37Pb/63Sn) ist mit der unteren Oberfläche des Trägers verbunden. Das Lötkugelarray kann vollständig oder teilweise auf der Unterseite des Geräts verteilt sein (siehe Abbildung 2). Die übliche Lötkugelgröße beträgt etwa 0,75 bis 0,89 mm, und der Lötkugelabstand beträgt 1,0 mm, 1,27 mm und 1,5 mm.

Figur 2

PBGAs können mit bestehenden Geräten und Prozessen zur Oberflächenmontage zusammengebaut werden. Zuerst wird die Lotpaste der eutektischen Komponente im Schablonendruckverfahren auf die entsprechenden PCB-Pads gedruckt, und dann werden die PBGA-Lotkugeln in die Lotpaste gepresst und aufgeschmolzen. Es ist ein eutektisches Lot, daher sind die Lotkugel und die Lotpaste während des Reflow-Prozesses eutektisch. Aufgrund des Gewichts des Geräts und der Wirkung der Oberflächenspannung kollabiert die Lötkugel, um den Spalt zwischen der Unterseite des Geräts und der Leiterplatte zu verringern, und die Lötstelle ist nach dem Erstarren ellipsoid. Heute werden PBGA169~313 in Massenproduktion hergestellt, und große Unternehmen entwickeln ständig PBGA-Produkte mit höheren E/A-Zahlen. Es wird erwartet, dass die I/O-Zahl in den letzten zwei Jahren 600 bis 1000 erreichen wird.

Die Hauptvorteile des PBGA-Pakets:

① PBGA kann unter Verwendung bestehender Montagetechnologie und Rohstoffe hergestellt werden, und die Kosten des gesamten Pakets sind relativ niedrig. ② Im Vergleich zu QFP-Geräten ist es weniger anfällig für mechanische Beschädigungen. ③Anwendbar auf elektronische Massenmontage. Die Hauptherausforderungen der PBGA-Technologie bestehen darin, die Koplanarität des Gehäuses sicherzustellen, die Feuchtigkeitsaufnahme zu reduzieren und das „Popcorn“-Phänomen zu verhindern und die Zuverlässigkeitsprobleme zu lösen, die durch die zunehmende Größe des Siliziumchips verursacht werden. Für Pakete mit höherer I/O-Zahl wird die PBGA-Technologie schwieriger. Da das für den Träger verwendete Material das Substrat der Leiterplatte ist, ist der Wärmeausdehnungskoeffizient (TCE) der PCB- und PBGA-Träger in der Bestückung nahezu gleich, so dass während des Reflow-Lötprozesses nahezu keine Belastung auf die auftritt Lötstellen und die Zuverlässigkeit der Lötstellen Die Auswirkungen sind ebenfalls geringer. Das Problem, auf das PBGA-Anwendungen heute stoßen, besteht darin, die Kosten für das PBGA-Packaging weiter zu senken, sodass PBGA im Fall einer geringeren I/O-Anzahl immer noch Geld sparen kann als QFP.

1.2 CBGA (Ceramic Ball Grid Array)

CBGA wird allgemein auch als SBC (Solder Ball Carrier) bezeichnet und ist die zweite Art von BGA-Gehäuse (siehe Abbildung 3). Der Siliziumwafer aus CBGA ist mit der oberen Oberfläche des mehrschichtigen Keramikträgers verbunden. Die Verbindung zwischen dem Siliziumwafer und dem mehrschichtigen Keramikträger kann auf zwei Arten erfolgen. Die erste besteht darin, dass die Schaltungsschicht des Siliziumwafers nach oben zeigt und die Verbindung durch Metalldrahtpressschweißen realisiert wird. Die andere besteht darin, dass die Schaltungsschicht des Siliziumwafers nach unten zeigt und die Verbindung zwischen dem Siliziumwafer und dem Träger durch eine Flip-Chip-Struktur realisiert wird. Nachdem die Verbindung des Siliziumwafers abgeschlossen ist, wird der Siliziumwafer mit einem Füllstoff, wie etwa Epoxidharz, eingekapselt, um die Zuverlässigkeit zu verbessern und den notwendigen mechanischen Schutz bereitzustellen. Auf der Unterseite des Keramikträgers ist ein 90Pb/10Sn-Lötkugelarray angeschlossen. Die Verteilung des Lötkugelarrays kann vollständig oder teilweise verteilt sein. Die Größe der Lotkugeln beträgt normalerweise etwa 0,89 mm, und der Abstand variiert von Unternehmen zu Unternehmen. Gemeinsam von 1,0 mm und 1,27 mm. PBGA-Vorrichtungen können auch mit bestehenden Montagegeräten und -prozessen zusammengebaut werden, aber der gesamte Montageprozess unterscheidet sich von dem von PBGA aufgrund der unterschiedlichen Lötkugelkomponenten von PBGA. Die Aufschmelztemperatur der bei der PBGA-Montage verwendeten eutektischen Lötpaste beträgt 183 Grad, während die Schmelztemperatur von CBGA-Lötkugeln etwa 300 Grad beträgt. Die meisten der bestehenden Oberflächenmontage-Reflow-Prozesse werden bei 220 Grad aufgeschmolzen. Bei dieser Reflow-Temperatur wird nur das Lot aufgeschmolzen. Paste, aber die Lotkugeln werden nicht geschmolzen. Um gute Lötverbindungen zu bilden, ist daher die Menge an Lötpaste, die auf den Pads ausgelassen wird, größer als die von PBGA. Lötstellen. Nach dem Aufschmelzen enthält das eutektische Lötmittel die Lötkugeln, um Lötverbindungen zu bilden, und die Lötkugeln wirken als starre Stütze, sodass der Spalt zwischen der Unterseite des Geräts und der Leiterplatte normalerweise größer ist als der von PBGA. Die Lötverbindungen von CBGA werden durch zwei unterschiedliche Lote mit Pb/Sn-Zusammensetzung gebildet, aber die Grenzfläche zwischen dem eutektischen Lot und den Lotkugeln ist tatsächlich nicht offensichtlich. Üblicherweise ist die metallographische Analyse der Lötstellen im Grenzflächenbereich zu sehen. Ein Übergangsbereich wird von 90 Pb/10 Sn zu 37 Pb/63 Sn gebildet. Einige Produkte haben CBGA-gehäuste Geräte mit einer E/A-Zahl von 196 bis 625 eingeführt, aber die Anwendung von CBGA ist noch nicht weit verbreitet, und die Entwicklung von CBGA-Paketen mit höheren E/A-Zahlen stagniert ebenfalls, hauptsächlich aufgrund der Existenz von CBGA-Montage. Die Fehlanpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (TCE) zwischen der Leiterplatte und dem mehrschichtigen Keramikträger ist ein Problem, das dazu führt, dass CBGA-Lötverbindungen mit größeren Gehäusegrößen während thermischer Zyklen ausfallen. Durch eine große Anzahl von Zuverlässigkeitstests wurde bestätigt, dass CBGAs mit einer Gehäusegröße von weniger als 32 mm × 32 mm die branchenüblichen Spezifikationen für Wärmezyklustests erfüllen können. Die Anzahl der I/Os von CBGA ist auf weniger als 625 begrenzt. Für Keramikgehäuse mit einer Größe von mehr als 32 mm × 32 mm müssen andere Arten von BGAs in Betracht gezogen werden.

Figur 3

Die Hauptvorteile der CBGA-Verpackung sind: (1) Sie hat hervorragende elektrische und thermische Eigenschaften. (2) Es hat eine gute Dichtungsleistung. (3) Im Vergleich zu QFP-Geräten sind CBGAs weniger anfällig für mechanische Beschädigungen. (4) Geeignet für elektronische Montageanwendungen mit E/A-Zahlen von mehr als 250. Da die Verbindung zwischen dem Siliziumwafer von CBGA und der Mehrschichtkeramik durch Flip-Chip verbunden werden kann, kann zusätzlich eine höhere Verbindungsdichte erreicht werden als die Drahtbondverbindung. In vielen Fällen, insbesondere bei Anwendungen mit hohen I/O-Zahlen, ist die Siliziumgröße von ASICs durch die Größe der Drahtbondpads begrenzt. Die Größe kann weiter reduziert werden, ohne die Funktionalität zu opfern, wodurch die Kosten reduziert werden. Die Entwicklung der CBGA-Technologie ist nicht sehr schwierig, und ihre größte Herausforderung besteht darin, CBGA in verschiedenen Bereichen der Elektronikbaugruppenindustrie weit verbreitet einzusetzen. Erstens muss die Zuverlässigkeit des CBGA-Gehäuses in der industriellen Umgebung der Massenproduktion garantiert werden. Zweitens müssen die Kosten des CBGA-Pakets mit anderen BGA-Paketen vergleichbar sein. Aufgrund der Komplexität und der relativ hohen Kosten des CBGA-Packaging ist CBGA auf elektronische Produkte mit hohen Anforderungen an Leistung und I/O-Anzahl beschränkt. Aufgrund des höheren Gewichts von CBGA-Gehäusen als andere Arten von BGA-Gehäusen ist außerdem ihre Anwendung in tragbaren elektronischen Produkten ebenfalls begrenzt.

1.3 CCGA (Ceramic Cloumn Grid Array) CCGA, auch bekannt als SCC (Solder Column Carrier), ist eine andere Form von CBGA, wenn die Größe des Keramikkörpers größer als 32 mm × 32 mm ist (siehe Abbildung 4). Die Unterseite des Keramikträgers ist nicht mit Lötkugeln, sondern mit 90Pb/10Sn-Lötsäulen verbunden. Das Lotsäulenarray kann vollständig verteilt oder teilweise verteilt sein. Der übliche Lötsäulendurchmesser beträgt etwa 0,5 mm und die Höhe etwa 2,21 mm. Typischer Abstand zwischen Säulenanordnungen von 1,27 mm. Es gibt zwei Formen von CCGA, eine besteht darin, dass die Lotsäule und der Boden der Keramik durch eutektisches Lot verbunden sind, und die andere ist eine feste Struktur vom Gusstyp. Die Lötsäule von CCGA kann den Belastungen widerstehen, die durch die Nichtübereinstimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten TCE von PCB und Keramikträger verursacht werden. Eine große Anzahl von Zuverlässigkeitstests hat bestätigt, dass CCGA mit einer Gehäusegröße von weniger als 44 mm × 44 mm die branchenüblichen Temperaturzyklus-Testspezifikationen erfüllen kann. Die Vor- und Nachteile von CCGA und CBGA sind sehr ähnlich, der einzige offensichtliche Unterschied besteht darin, dass die Lötsäulen von CCGA anfälliger für mechanische Beschädigungen während des Montageprozesses sind als die Lötkugeln von CBGA. Einige elektronische Produkte haben damit begonnen, CCGA-Pakete zu verwenden, aber CCGA-Pakete mit E/A-Nummern zwischen 626 und 1225 wurden noch nicht in Massenproduktion hergestellt, und CCGA-Pakete mit E/A-Nummern über 2000 befinden sich noch in der Entwicklung.

Figur 4

1,4 TBGA (Tape Ball Grid Array)

TBGA, auch bekannt als ATAB (Araay Tape Automated Bonding), ist ein relativ neuer Gehäusetyp von BGA (siehe Abbildung 6). Der Träger des TBGA ist ein Kupfer/Polyimid/Kupfer-Doppelmetallschichtband. Die Oberseite des Trägers ist mit Kupferdrähten zur Signalübertragung belegt, die andere Seite dient als Masseschicht. Die Verbindung zwischen dem Siliziumwafer und dem Träger kann durch Flip-Chip-Technologie realisiert werden. Nachdem die Verbindung zwischen dem Siliziumwafer und dem Träger hergestellt ist, wird der Siliziumwafer verkapselt, um eine mechanische Beschädigung zu verhindern. Die Durchkontaktierungen auf dem Träger spielen die Rolle, die beiden Oberflächen zu verbinden und eine Signalübertragung zu realisieren, und die Lötkugeln werden durch einen Mikroschweißprozess ähnlich dem Drahtbonden mit den Kontaktstellen verbunden, um eine Lötkugelanordnung zu bilden. Eine Verstärkungsschicht wird auf die obere Oberfläche des Trägers geklebt, um dem Paket Steifigkeit zu verleihen und die Koplanarität des Pakets sicherzustellen. Der Kühlkörper ist im Allgemeinen mit einem wärmeleitenden Klebstoff mit der Rückseite des Flip-Chips verbunden, um dem Gehäuse gute thermische Eigenschaften zu verleihen. Die Lotkugelzusammensetzung von TBGA ist 90Pb/10Sn, der Durchmesser der Lotkugel beträgt etwa 0,65 mm und die typischen Lotkugelanordnungsabstände sind 1,0 mm, 1,27 mm und 1,5 mm. Die Baugruppe zwischen TBGA und PCB besteht aus eutektischem 63Sn/37Pb-Lot. TBGAs können auch unter Verwendung vorhandener Oberflächenmontagegeräte und -prozesse unter Verwendung ähnlicher Montageverfahren wie CBGAs zusammengebaut werden. Heutzutage beträgt die Anzahl der I/Os im allgemein verwendeten TBGA-Gehäuse weniger als 448. Produkte wie TBGA736 wurden auf den Markt gebracht, und einige große ausländische Unternehmen entwickeln TBGAs mit einer Anzahl von I/Os von mehr als 1000. Die Vorteile des TBGA-Gehäuse sind: ① Es ist leichter und kleiner als die meisten anderen BGA-Gehäusetypen (insbesondere das Gehäuse mit einer höheren I/O-Anzahl). ②Es hat bessere elektrische Eigenschaften als QFP- und PBGA-Gehäuse. ③ Geeignet für elektronische Massenmontage. Darüber hinaus verwendet dieses Gehäuse eine Flip-Chip-Form mit hoher Dichte, um die Verbindung zwischen dem Siliziumchip und dem Träger zu realisieren, so dass TBGA viele Vorteile hat, wie z Verstärkungsschicht im TBGA-Paket stimmen grundsätzlich überein. Daher ist die Auswirkung auf die Zuverlässigkeit von TBGA-Lötverbindungen nach dem Zusammenbau nicht groß. Das Hauptproblem, das bei TBGA-Verpackungen auftritt, ist die Auswirkung der Feuchtigkeitsaufnahme auf die Verpackung. Das Problem, auf das TBGA-Anwendungen stoßen, ist, wie man sich auf dem Gebiet der elektronischen Montage durchsetzt. Erstens muss die Zuverlässigkeit von TBGA in einer Massenproduktionsumgebung nachgewiesen werden, und zweitens müssen die Kosten der TBGA-Verpackung mit denen der PBGA-Verpackung vergleichbar sein. Aufgrund der Komplexität und der relativ hohen Verpackungskosten von TBGAs werden TBGAs hauptsächlich in elektronischen Hochleistungsprodukten mit hoher I/O-Anzahl verwendet. 2 Flip-Chip: Im Gegensatz zu anderen oberflächenmontierten Geräten hat der Flip-Chip kein Gehäuse, und das Verbindungsarray ist auf der Oberfläche des Siliziumchips verteilt und ersetzt die Drahtbondverbindungsform, und der Siliziumchip wird direkt auf der Leiterplatte in einem montiert umgekehrte Weise. Der Flip-Chip muss die E/A-Anschlüsse nicht mehr vom Siliziumchip zur Umgebung herausführen, die Länge der Verbindung wird stark verkürzt, die RC-Verzögerung wird reduziert und die elektrische Leistung wird effektiv verbessert. Es gibt drei Haupttypen von Flip-Chip-Verbindungen: C4, DC4 undFCAA.