BGA Ic Reballing Machine

מכונת עיבוד מחדש של BGA מתקדמת ואוטומטית המשמשת עבור חברות קורס-boarder

כולל אך לא מוגבל לאותם שבבים כמפורט להלן:

ארבעת הסוגים הבסיסיים של BGAs מתוארים במונחים של המאפיינים המבניים שלהם והיבטים אחרים.

1.1 PBGA (Plastic Ball Grid Array) PBGA, הידוע בכינויו OMPAC (Overmolded Plastic Array Carrier), הוא הסוג הנפוץ ביותר של חבילת BGA (ראה איור 1). הנשא של PBGA הוא מצע מודפס נפוץ, כגון FR-4, BT resin וכו'. פרוסות הסיליקון מחוברות למשטח העליון של הנשא על ידי הדבקת חוט, ולאחר מכן יצוק עם פלסטיק, והלחמה מערך כדורים בהרכב אוטקטי (37Pb/63Sn) מחובר למשטח התחתון של המנשא. ניתן להפיץ את מערך כדורי ההלחמה באופן מלא או חלקי על המשטח התחתון של המכשיר (ראה איור 2). גודל כדור ההלחמה הרגיל הוא בערך 0.75 עד 0.89 מ"מ, וגובה כדור ההלחמה הוא 1.0 מ"מ, 1.27 מ"מ ו-1.5 מ"מ.

איור 2

ניתן להרכיב PBGAs עם ציוד ותהליכים קיימים להרכבה על פני השטח. ראשית, משחת ההלחמה של הרכיב האוטקטי מודפסת על רפידות ה-PCB המתאימות בשיטת הדפסת השבלונות, ולאחר מכן כדורי ההלחמה של PBGA נלחצים לתוך משחת ההלחמה ומוזרמים מחדש. זוהי הלחמה אוקטית, כך שבמהלך תהליך הזרימה החוזרת, כדור ההלחמה ומשחת ההלחמה אוטקטיות. עקב משקל המכשיר והשפעת מתח פני השטח, כדור ההלחמה קורס כדי לצמצם את הפער בין תחתית המכשיר ל-PCB, ומפרק ההלחמה הוא אליפסואיד לאחר התמצקות. כיום, PBGA169~313 יוצרו בייצור המוני, וחברות גדולות מפתחות ללא הרף מוצרי PBGA עם ספירת קלט/פלט גבוהה יותר. צפוי שספירת ה-I/O תגיע ל-600~1000 בשנתיים האחרונות.

היתרונות העיקריים של חבילת PBGA:

① ניתן לייצר PBGA באמצעות טכנולוגיית הרכבה וחומרי גלם קיימים, והעלות של החבילה כולה נמוכה יחסית. ② בהשוואה למכשירי QFP, הוא פחות רגיש לנזק מכני. ③ ישים להרכבה אלקטרונית המונית. האתגרים העיקריים של טכנולוגיית PBGA הם הבטחת מישוריות של האריזה, הפחתת ספיגת הלחות ומניעת תופעת "פופקורן" ופתרון בעיות האמינות הנגרמות מהגדלת גודל קוביות הסיליקון, עבור חבילות ספירת I/O גבוהה יותר, טכנולוגיית PBGA תהיה קשה יותר. מכיוון שהחומר המשמש למנשא הוא המצע של הלוח המודפס, מקדם ההתפשטות התרמית (TCE) של מנשאי ה-PCB וה-PBGA במכלול כמעט זהה, כך שבמהלך תהליך ההלחמה מחדש, אין כמעט לחץ על חיבורי הלחמה, ואמינות חיבורי הלחמה גם ההשפעה קטנה יותר. הבעיה בה נתקלים יישומי PBGA כיום היא כיצד להמשיך ולהפחית את העלות של אריזת PBGA, כך ש-PBGA עדיין יכול לחסוך כסף מ-QFP במקרה של ספירת קלט/פלט נמוכה יותר.

1.2 CBGA (מערך כדורים קרמיים)

CBGA מכונה בדרך כלל גם SBC (Solder Ball Carrier) והוא הסוג השני של חבילת BGA (ראה איור 3). רקיקת הסיליקון של CBGA מחוברת למשטח העליון של מנשא הקרמי הרב-שכבתי. החיבור בין פרוסת הסיליקון למנשא הקרמי הרב-שכבתי יכול להיות בשתי צורות. הראשון הוא ששכבת המעגל של רקיקת הסיליקון פונה כלפי מעלה, והחיבור מתממש על ידי ריתוך בלחץ תיל מתכת. השני הוא ששכבת המעגל של רקיקת הסיליקון פונה כלפי מטה, והחיבור בין פרוסת הסיליקון למנשא מתממש על ידי מבנה Flip-chip. לאחר השלמת חיבור פרוסות הסיליקון, פרוסות הסיליקון מכוסות בחומר מילוי כגון שרף אפוקסי כדי לשפר את האמינות ולספק הגנה מכנית הכרחית. על המשטח התחתון של המנשא הקרמי, מחובר מערך כדורי הלחמה של 90Pb/10Sn. ניתן להפיץ את ההפצה של מערך כדורי ההלחמה באופן מלא או חלקי. גודל כדורי ההלחמה הוא בדרך כלל כ-0.89 מ"מ, והמרווח משתנה מחברה לחברה. נפוץ של 1.0 מ"מ ו-1.27 מ"מ. ניתן להרכיב התקני PBGA גם עם ציוד ותהליכי הרכבה קיימים, אך כל תהליך ההרכבה שונה מזה של PBGA בשל רכיבי כדור ההלחמה השונים מ-PBGA. טמפרטורת הזרימה החוזרת של משחת ההלחמה האוטקטית המשמשת בהרכבת PBGA היא 183 מעלות, בעוד שטמפרטורת ההיתוך של כדורי הלחמה CBGA היא כ-300 מעלות. רוב תהליכי הזרימה החוזרת של הרכבה על פני השטח זורמים מחדש ב-220 מעלות. בטמפרטורת זרימה חוזרת זו, רק ההלחמה נמסה. להדביק, אבל כדורי ההלחמה אינם נמסים. לכן, על מנת ליצור חיבורי הלחמה טובים, כמות משחת ההלחמה החסרה על הרפידות גדולה מזו של PBGA. מפרקי הלחמה. לאחר הזרמה חוזרת, ההלחמה האוטקטית מכילה את כדורי ההלחמה ליצירת מפרקי הלחמה, וכדורי ההלחמה פועלים כתמיכה קשיחה, כך שהפער בין תחתית המכשיר ל-PCB גדול יותר מזה של PBGA. מפרקי ההלחמה של CBGA נוצרים על ידי שתי הלחמות שונות בהרכב Pb/Sn, אך הממשק בין ההלחמה האוטקטית לכדורי ההלחמה למעשה אינו ברור. בדרך כלל ניתן לראות את הניתוח המטאלוגרפי של מפרקי ההלחמה באזור הממשק. אזור מעבר נוצר מ-90Pb/10Sn ל-37Pb/63Sn. חלק מהמוצרים אימצו התקנים ארוזים CBGA עם ספירת קלט/פלט של 196 עד 625, אך היישום של CBGA עדיין לא נפוץ, וגם הפיתוח של חבילות CBGA עם ספירת קלט/פלט גבוהה יותר נעצר, בעיקר בשל קיומם של מכלול CBGA. אי-ההתאמה של מקדם ההתפשטות התרמי (TCE) בין ה-PCB למנשא הקרמי הרב-שכבתי היא בעיה שגורמת למפרקי הלחמה של CBGA עם גדלי אריזה גדולים יותר להיכשל במהלך רכיבה תרמית. באמצעות מספר רב של בדיקות מהימנות, אושר כי CBGA עם גודל אריזה קטן מ-32 מ"מ × 32 מ"מ יכולים לעמוד במפרטי בדיקת המחזור התרמי בתקן התעשייה. מספר ה-I/Os של CBGA מוגבל לפחות מ-625. עבור אריזות קרמיקה בגודל של יותר מ-32 מ"מ×32 מ"מ, יש לשקול סוגים אחרים של BGAs.

אצבע 3

היתרונות העיקריים של אריזת CBGA הם: (1) יש לה תכונות חשמליות ותרמיות מצוינות. (2) יש לו ביצועי איטום טובים. (3) בהשוואה להתקני QFP, CBGAs פחות רגישים לנזק מכני. (4) מתאים ליישומי הרכבה אלקטרונית עם מספרי קלט/פלט גדולים מ-250. בנוסף, מכיוון שניתן לחבר את החיבור בין רקיקת הסיליקון של CBGA לקרמיקה הרב-שכבתית באמצעות שבב הפוך, הוא יכול להשיג צפיפות חיבור גבוהה יותר מאשר חיבור החוט. במקרים רבים, במיוחד ביישומים עם ספירת קלט/פלט גבוהה, גודל הסיליקון של ASIC מוגבל על ידי גודל רפידות החיבור החוט. ניתן להקטין עוד יותר את הגודל מבלי להקריב פונקציונליות, ובכך להפחית את ההוצאות. הפיתוח של טכנולוגיית CBGA אינו קשה במיוחד, והאתגר העיקרי שלה הוא כיצד להפוך את CBGA לשימוש נרחב בתחומים שונים של תעשיית ההרכבה האלקטרונית. ראשית, יש להבטיח את האמינות של חבילת CBGA בסביבה התעשייתית של ייצור המוני. שנית, העלות של חבילת CBGA חייבת להיות דומה לחבילות BGA אחרות. בשל המורכבות והעלות הגבוהה יחסית של אריזות CBGA, CBGA מוגבל למוצרים אלקטרוניים עם ביצועים גבוהים ודרישות ספירת קלט/פלט גבוהה. בנוסף, בשל המשקל הכבד יותר של חבילות CBGA מאשר סוגים אחרים של חבילות BGA, גם היישום שלהן במוצרים אלקטרוניים ניידים מוגבל.

1.3 CCGA (Ceramic Cloumn Grid Array) CCGA, הידוע גם בשם SCC (Solder Column Carrier), הוא צורה נוספת של CBGA כאשר גודל הגוף הקרמי גדול מ-32 מ"מ × 32 מ"מ (ראה איור 4). המשטח התחתון של מנשא הקרמיקה אינו מחובר לכדורי הלחמה אלא לעמודי הלחמה 90Pb/10Sn. מערך עמודי ההלחמה יכול להיות מופץ באופן מלא או חלקי. קוטר עמוד ההלחמה הנפוץ הוא כ-0.5 מ"מ והגובה הוא כ-2.21 מ"מ. מרווח אופייני בין מערכי עמודים של 1.27 מ"מ. ישנן שתי צורות של CCGA, האחת היא שעמודת ההלחמה וחלק התחתון של הקרמיקה מחוברים באמצעות הלחמה אוקטית, והשנייה היא מבנה קבוע מסוג יצוק. עמודת ההלחמה של CCGA יכולה לעמוד בלחץ הנגרם מחוסר התאמה של מקדם ההתפשטות התרמית TCE של PCB ומנשא קרמי. מספר רב של בדיקות אמינות אישרו כי CCGA עם גודל חבילה פחות מ-44 מ"מ × 44 מ"מ יכול לעמוד במפרטי בדיקת המחזור התרמי בתקן התעשייה. היתרונות והחסרונות של CCGA ו-CBGA דומים מאוד, ההבדל הברור היחיד הוא שעמודי ההלחמה של CCGA רגישים יותר לנזק מכני במהלך תהליך ההרכבה מאשר כדורי ההלחמה של CBGA. חלק מהמוצרים האלקטרוניים החלו להשתמש בחבילות CCGA, אך חבילות CCGA עם מספרי קלט/פלט בין 626 ל-1225 עדיין לא יוצרו בייצור המוני, וחבילות CCGA עם מספרי קלט/פלט גדולים מ-2000 עדיין בפיתוח.

איור 4

1.4 TBGA (מערך רשת כדורי סרט)

TBGA, הידוע גם בשם ATAB (Araay Tape Automated Bonding), הוא סוג חבילה חדש יחסית של BGA (ראה איור 6). הנשא של ה-TBGA הוא סרט שכבת מתכת כפולה נחושת/פוליאימיד/נחושת. המשטח העליון של המוביל מופץ עם חוטי נחושת להעברת אותות, והצד השני משמש כשכבת קרקע. ניתן לממש את החיבור בין פרוסת הסיליקון למנשא באמצעות טכנולוגיית Flip-Chip. לאחר השלמת החיבור בין פרוסת הסיליקון למנשא, פרוסת הסיליקון מובלעת כדי למנוע נזק מכני. ה-vias על המנשא ממלאים את התפקיד של חיבור שני המשטחים ומימוש העברת אותות, וכדורי ההלחמה מחוברים לרפידות ה-via באמצעות תהליך מיקרו-ריתוך בדומה לחיבור חוט ליצירת מערך כדורי הלחמה. שכבת חיזוק מודבקת על המשטח העליון של המנשא כדי לספק קשיחות לאריזה ולהבטיח מישוריות של האריזה. גוף הקירור מחובר בדרך כלל לצד האחורי של השבב ההפוך עם דבק מוליך תרמית כדי לספק מאפיינים תרמיים טובים לאריזה. הרכב כדור ההלחמה של TBGA הוא 90Pb/10Sn, קוטר כדור ההלחמה הוא בערך 0.65 מ"מ, וגובהי מערך כדורי ההלחמה הטיפוסיים הם 1.0 מ"מ, 1.27 מ"מ ו-1.5 מ"מ. המכלול בין TBGA ל-PCB הוא הלחמה אוטקית של 63Sn/37Pb. ניתן להרכיב TBGAs גם באמצעות ציוד ותהליכים קיימים לתלייה על פני השטח תוך שימוש בשיטות הרכבה דומות ל-CBGAs. כיום, מספר ה-I/Os בחבילת TBGA הנפוצה הוא פחות מ-448. מוצרים כמו TBGA736 הושקו, וכמה חברות זרות גדולות מפתחות TBGAs עם מספר I/Os גדול מ-1000. היתרונות של חבילת TBGA היא: ① היא קלה וקטן יותר מרוב סוגי חבילות ה-BGA האחרות (במיוחד החבילה עם ספירת קלט/פלט גבוהה יותר). ②יש לו תכונות חשמליות טובות יותר מחבילות QFP ו-PBGA. ③ מתאים להרכבה אלקטרונית המונית. בנוסף, חבילה זו משתמשת בצורת שבב הפוך בצפיפות גבוהה כדי לממש את החיבור בין שבב הסיליקון לבין הספק, כך של-TBGA יש יתרונות רבים כמו רעש אות נמוך, מכיוון שמקדם ההתפשטות התרמית TCE של הלוח המודפס שכבת החיזוק בחבילת TBGA בעצם תואמת זו את זו. לכן, ההשפעה על האמינות של מפרקי הלחמה TBGA לאחר ההרכבה אינה גדולה. הבעיה העיקרית בה נתקלים באריזות TBGA היא השפעת ספיגת הלחות על האריזה. הבעיה בה נתקלים אפליקציות TBGA היא כיצד לתפוס מקום בתחום ההרכבה האלקטרונית. ראשית, יש להוכיח את האמינות של TBGA בסביבת ייצור המוני, ושנית, העלות של אריזת TBGA חייבת להיות דומה לאריזת PBGA. בשל המורכבות ועלות האריזה הגבוהה יחסית של TBGAs, TBGAs משמשים בעיקר במוצרים אלקטרוניים בעלי ביצועים גבוהים ובעלי ספירת I/O גבוהה. 2 Flip Chip: בניגוד להתקני הרכבה על פני השטח אחרים, לשבב היפוך אין חבילה, ומערך החיבורים מופץ על פני השטח של שבב הסיליקון, מחליף את צורת חיבור החוט, ושבב הסיליקון מותקן ישירות על ה-PCB אופן הפוך. השבב ההפוך כבר לא צריך להוביל את מסופי ה-I/O משבב הסיליקון אל הסביבה, אורך החיבור מתקצר מאוד, השהיית RC מצטמצמת, והביצועים החשמליים משתפרים ביעילות. ישנם שלושה סוגים עיקריים של חיבורי Flip-Chip: C4, DC4 וFCAA.