BGA-Reflow-Maschine

Automatische BGA-Überarbeitungsmaschine DH-A2 für die Reparatur verschiedener Chips

1. C4 (Kontrollierte Collapse-Chip-Verbindung Kontrollierte Collapse-Chip-Verbindung)

C4 ist eine ähnliche Form wie Ultrafine-Pitch-BGA (siehe Abbildung 1). Der allgemeine Abstand der Lötkugelanordnung, die mit dem Siliziumwafer verbunden ist, ist 0,203-0,254 mm, der Durchmesser der Lötkugel ist 0,102-0,127 mm und Die Lotkugelzusammensetzung ist 97Pb/3Sn. Diese Lotkugeln können ganz oder teilweise auf dem Siliziumwafer verteilt sein. Da Keramiken höheren Reflow-Temperaturen standhalten können, werden Keramiken als Substrate für C4-Verbindungen verwendet. Üblicherweise werden Au- oder Sn-plattierte Anschlusspads auf der Oberfläche der Keramik vorverteilt, und dann werden Flip-Chip-Verbindungen in Form von C4 durchgeführt. Die C4-Verbindung kann nicht verwendet werden, und die vorhandene Montageausrüstung und das vorhandene Montageverfahren können für die Montage verwendet werden, da die Schmelztemperatur der 97Pb/3Sn-Lötkugel 320 Grad beträgt und es keine andere Lotzusammensetzung in der Verbindungsstruktur gibt, die die C4-Verbindung verwendet . In der C4-Verbindung wird anstelle von Lötpastenleckage ein Hochtemperaturflussmittel zum Drucken verwendet. Zunächst wird das Hochtemperatur-Flussmittel auf die Pads des Substrats bzw. die Lotkugeln des Siliziumwafers gedruckt, und dann werden die Lotkugeln auf dem Siliziumwafer und die entsprechenden Pads auf dem Substrat exakt ausgerichtet und für eine ausreichende Haftung gesorgt das Flussmittel, um die relative Position beizubehalten, bis das Reflow-Löten abgeschlossen ist. Die für die C4-Verbindung verwendete Reflow-Temperatur beträgt 360 Grad. Bei dieser Temperatur werden die Lotkugeln geschmolzen und der Siliziumwafer befindet sich in einem "schwebenden" Zustand. Aufgrund der Oberflächenspannung des Lots korrigiert der Siliziumwafer automatisch die relative Position der Lotkugel und des Pads, und schließlich kollabiert das Lot. bis zu einer bestimmten Höhe, um einen Verbindungspunkt zu bilden. Die C4-Verbindungsmethode wird hauptsächlich in CBGA- und CCGA-Paketen verwendet. Darüber hinaus verwenden einige Hersteller diese Technologie auch in Keramik-Multi-Chip-Modul (MCM-C)-Anwendungen. Die Zahl der I/Os, die heute C4-Verbindungen verwenden, beträgt weniger als 1500, und einige Unternehmen erwarten, I/Os über 3000 zu entwickeln. Die Vorteile der C4-Verbindung sind: (1) Sie hat hervorragende elektrische und thermische Eigenschaften. (2) Im Falle eines mittleren Ballabstands kann die E/A-Anzahl sehr hoch sein. (3) Nicht durch Padgröße begrenzt. (4) Es kann für die Massenproduktion geeignet sein. (5) Größe und Gewicht können stark reduziert werden. Außerdem hat die C4-Verbindung nur eine Zwischenverbindungsschnittstelle zwischen dem Siliziumwafer und dem Substrat, die den kürzesten und am wenigsten störenden Signalübertragungsweg bereitstellen kann, und die reduzierte Anzahl von Schnittstellen macht die Struktur einfacher und zuverlässiger. Es gibt noch viele technische Herausforderungen bei der C4-Verbindung, und es ist immer noch schwierig, sie tatsächlich auf elektronische Produkte anzuwenden. C4-Verbindungen können nur auf Keramiksubstrate aufgebracht werden und werden in Hochleistungsprodukten mit hoher I/O-Zahl wie CBGA, CCGA und MCM-C weit verbreitet sein.

Abbildung 1

2 DCA (direkte Chipbefestigung)

Ähnlich wie C4 ist DCA eine Ultra-Fine-Pitch-Verbindung (siehe Abbildung 2). Der Siliziumwafer von DCA und der Siliziumwafer in der C4-Verbindung haben die gleiche Struktur. Der Unterschied zwischen beiden liegt in der Wahl des Substrats. Das in DCA verwendete Substrat ist ein typisches Druckmaterial. Die Lotkugelzusammensetzung von DCA ist 97 Pb/3Sn, und das Lot auf dem Verbindungspad ist eutektisches Lot (37 Pb/63 Sn). Da der Abstand bei DCA nur 0.203-0.254 mm beträgt, ist es für eutektisches Lötmittel ziemlich schwierig, auf die Anschlusspads zu lecken, sodass anstelle des Lötpastendrucks Blei-Zinn-Lötmittel aufplattiert wird die Oberseite der Anschlusspads vor der Montage. Die Lotmenge auf dem Pad ist sehr streng, normalerweise mehr Lot als bei anderen Ultra-Fine-Pitch-Komponenten. Das Lot mit einer Dicke von 0.051-0.102 mm auf dem Anschlusspad ist im Allgemeinen leicht kuppelförmig, da es vorplattiert ist. Es muss vor dem Patch nivelliert werden, da es sonst die zuverlässige Ausrichtung der Lotkugel und des Pads beeinträchtigt.

Figur 2

Diese Art der Verbindung kann mit bestehenden Oberflächenmontagegeräten und -prozessen erreicht werden. Zuerst wird das Flussmittel durch Drucken auf die Siliziumwafer aufgetragen, dann werden die Wafer montiert und schließlich gereflowt. Die bei der DCA-Montage verwendete Aufschmelztemperatur beträgt etwa 220 Grad, was niedriger ist als der Schmelzpunkt der Lotkugeln, aber höher als der Schmelzpunkt des eutektischen Lots auf den Anschlusspads. Die Lötkugeln auf dem Siliziumchip wirken als starre Stützen. Zwischen der Kugel und dem Pad wird eine Lötverbindung gebildet. Für die mit zwei unterschiedlichen Pb/Sn-Zusammensetzungen gebildete Lötverbindung ist die Grenzfläche zwischen den beiden Loten in der Lötverbindung nicht wirklich offensichtlich, aber es wird ein glatter Übergangsbereich von 97Pb/3Sn zu 37Pb/63Sn gebildet. Durch die starre Halterung der Lotkugeln „kollabieren“ die Lotkugeln in der DCA-Montage nicht, sondern haben auch selbstkorrigierende Eigenschaften. Die Anwendung von DCA hat begonnen, die Anzahl der I/Os liegt hauptsächlich unter 350, und einige Unternehmen planen, mehr als 500 I/Os zu entwickeln. Der Antrieb für diese Technologieentwicklung sind nicht höhere I/O-Zahlen, sondern in erster Linie Reduzierungen von Größe, Gewicht und Kosten. Die Eigenschaften von DCA sind denen von C4 sehr ähnlich. Da DCA die vorhandene Oberflächenmontagetechnologie verwenden kann, um die Verbindung mit der Leiterplatte zu realisieren, gibt es viele Anwendungen, die diese Technologie verwenden können, insbesondere bei der Anwendung von tragbaren elektronischen Produkten. Die Vorteile der DCA-Technologie können jedoch nicht genug betont werden. Bei der Entwicklung der DCA-Technologie gibt es noch viele technische Herausforderungen. Es gibt nicht viele Monteure, die diese Technologie in der tatsächlichen Produktion verwenden, und sie alle versuchen, das Technologieniveau zu verbessern, um die Anwendung von DCA zu erweitern. Da die DCA-Verbindung diese mit hoher Dichte verbundenen Komplexitäten auf die Leiterplatte überträgt, erhöht sie die Schwierigkeit der Leiterplattenherstellung. Zudem gibt es wenige Hersteller, die sich auf die Herstellung von Siliziumwafern mit Lotkugeln spezialisiert haben. Es gibt noch viele Probleme, denen Aufmerksamkeit zu schenken ist, und nur wenn diese Probleme gelöst sind, kann die Entwicklung der DCA-Technologie vorangetrieben werden.

3. FCAA (Flip Chip Adhesive Attachment) Es gibt viele Formen der FCAA-Verbindung, und sie befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Die Verbindung zwischen Siliziumwafer und Substrat erfolgt nicht durch Lot, sondern durch Kleben. Die Unterseite des Siliziumchips kann dabei Lotkugeln oder Strukturen wie Lotbumps aufweisen. Zu den in FCAA verwendeten Klebstoffen gehören isotrope und anisotrope Typen, abhängig von den Verbindungsbedingungen in der tatsächlichen Anwendung. Darüber hinaus umfasst die Auswahl an Substraten in der Regel Keramiken, Leiterplattenmaterialien und flexible Leiterplatten. Diese Technologie ist noch nicht ausgereift und wird hier nicht weiter ausgeführt.