מכונת זרימה חוזרת של BGA

מכונת עיבוד מחדש BGA אוטומטית DH-A2 לתיקון שבבים שונים

1. C4 (חיבור שבב כיווץ מבוקר מבוקר של כיווץ שבב חיבור)

C4 הוא צורה דומה ל-BGA גובה דק במיוחד (ראה איור 1). הגובה הכללי של מערך כדורי ההלחמה המחובר לפריסת הסיליקון הוא 0.203-0.254 מ"מ, קוטר כדור ההלחמה הוא 0.102-0.127 מ"מ, ו הרכב כדור ההלחמה הוא 97Pb/3Sn. כדורי הלחמה אלה יכולים להיות מופצים באופן מלא או חלקי על פרוסת הסיליקון. מכיוון שקרמיקה יכולה לעמוד בטמפרטורות זרימה חוזרות גבוהות יותר, קרמיקה משמשת כמצעים לחיבורי C4. בדרך כלל, רפידות חיבור בציפוי Au או Sn מופצות מראש על פני הקרמיקה, ולאחר מכן מבוצעים חיבורי Flip-Chip בצורה של C4. לא ניתן להשתמש בחיבור C4, וניתן להשתמש בציוד ובתהליך ההרכבה הקיימים להרכבה מכיוון שטמפרטורת ההיתוך של כדור ההלחמה 97Pb/3Sn היא 320 מעלות, ואין הרכב אחר של הלחמה במבנה הקישור באמצעות חיבור C4 . בחיבור C4, במקום דליפת משחת הלחמה, משתמשים בשטף הדפסה בטמפרטורה גבוהה. ראשית, השטף בטמפרטורה גבוהה מודפס על רפידות המצע או כדורי ההלחמה של רקיקת הסיליקון, ולאחר מכן כדורי ההלחמה על פרוסת הסיליקון והרפידות המתאימות על המצע מיושרות במדויק, והדבקה מספקת מסופקת על ידי את השטף כדי לשמור על המיקום היחסי עד להשלמת ההלחמה מחדש. טמפרטורת הזרימה החוזרת המשמשת לחיבור C4 היא 360 מעלות. בטמפרטורה זו, כדורי ההלחמה מומסים ופלסת הסיליקון במצב "מושעה". עקב מתח הפנים של ההלחמה, רקיקת הסיליקון תתקן אוטומטית את המיקום היחסי של כדור ההלחמה והרפידה, ובסופו של דבר ההלחמה תקרוס. לגובה מסוים כדי ליצור נקודת חיבור. שיטת החיבור C4 משמשת בעיקר בחבילות CBGA ו-CCGA. בנוסף, חלק מהיצרנים משתמשים בטכנולוגיה זו גם ביישומי מודול רב-שבבים קרמי (MCM-C). מספר ה-I/Os המשתמשים בחיבורי C4 כיום הוא פחות מ-1500, וחלק מהחברות מצפות לפתח I/O של יותר מ-3000. היתרונות של חיבור C4 הם: (1) יש לו תכונות חשמליות ותרמיות מצוינות. (2) במקרה של מגרש כדור בינוני, ספירת ה-I/O יכולה להיות גבוהה מאוד. (3) לא מוגבל על ידי גודל הרפידה. (4) זה יכול להיות מתאים לייצור המוני. (5) ניתן להפחית מאוד את הגודל והמשקל. בנוסף, לחיבור C4 יש רק ממשק חיבור אחד בין פרוסת הסיליקון למצע, שיכול לספק את נתיב העברת האות הקצר והפחות הפרעה, והמספר המופחת של ממשקים הופך את המבנה לפשוט ואמין יותר. יש עדיין אתגרים טכניים רבים בחיבור C4, ועדיין קשה ליישם אותו בפועל על מוצרים אלקטרוניים. ניתן ליישם חיבורי C4 רק על מצעים קרמיים, והם ישמשו באופן נרחב במוצרים בעלי ביצועים גבוהים, בעלי ספירת I/O גבוהה, כגון CBGA, CCGA ו-MCM-C.

איור 1

2 DCA (חיבור צ'יפ ישיר)

בדומה ל-C4, DCA הוא חיבור גובה דק במיוחד (ראה איור 2). לפריסת הסיליקון של DCA ולפליקת הסיליקון בחיבור C4 יש מבנה זהה. ההבדל בין השניים טמון בבחירת המצע. המצע המשמש ב-DCA הוא חומר הדפסה טיפוסי. הרכב כדור ההלחמה של DCA הוא 97Pb/3Sn, וההלחמה על משטח החיבור היא הלחמה אוטקית (37Pb/63Sn). עבור DCA, מכיוון שהמרווח הוא רק 0.203-0.254 מ"מ, די קשה להלחמה אוקטית לדלוף על רפידות החיבור, כך שבמקום הדפסה של משחת הלחמה, מצופה הלחמה פח עופרת החלק העליון של רפידות החיבור לפני ההרכבה. נפח ההלחמה על הרפידה קפדני מאוד, בדרך כלל יותר הלחמה מאשר רכיבים אחרים עם גובה דק במיוחד. ההלחמה בעובי של 0.051-0.102 מ"מ על משטח החיבור היא בדרך כלל מעט בצורת כיפה מכיוון שהיא מצופה מראש. יש ליישר אותו לפני התיקון, אחרת זה ישפיע על היישור האמין של כדור ההלחמה והרפידה.

איור 2

ניתן להשיג סוג זה של חיבור עם ציוד ותהליכים קיימים להרכבה על פני השטח. ראשית, השטף מופק על פרוסות הסיליקון על ידי הדפסה, לאחר מכן מרכיבים את הפרוסים ולבסוף זורמים מחדש. טמפרטורת הזרימה החוזרת המשמשת בהרכבת DCA היא בערך 220 מעלות, שהיא נמוכה מנקודת ההיתוך של כדורי ההלחמה אך גבוהה מנקודת ההיתוך של ההלחמה האוטקטית על רפידות החיבור. כדורי ההלחמה על שבב הסיליקון פועלים כתומכים קשיחים. נוצר חיבור מפרק הלחמה בין הכדור לרפידה. עבור מפרק ההלחמה שנוצר עם שני קומפוזיציות Pb/Sn שונות, הממשק בין שתי ההלחמות אינו ברור למעשה במפרק ההלחמה, אך נוצר אזור מעבר חלק מ-97Pb/3Sn ל-37Pb/63Sn. בשל התמיכה הנוקשה של כדורי ההלחמה, כדורי ההלחמה אינם "קורסים" במכלול ה-DCA, אלא גם בעלי תכונות מתקנות עצמיות. DCA החל להיות מיושם, מספר ה-I/Os הוא בעיקר מתחת ל-350, וחלק מהחברות מתכננות לפתח יותר מ-500 I/Os. הדחף לפיתוח טכנולוגי זה אינו ספירת קלט/פלט גבוהה יותר, אלא בעיקר הפחתות בגודל, במשקל ובעלות. המאפיינים של DCA דומים מאוד ל-C4. מכיוון ש-DCA יכול להשתמש בטכנולוגיית הרכבת השטח הקיימת כדי לממש את החיבור עם ה-PCB, ישנם יישומים רבים שיכולים להשתמש בטכנולוגיה זו, במיוחד ביישום של מוצרים אלקטרוניים ניידים. עם זאת, לא ניתן להפריז ביתרונות של טכנולוגיית DCA. ישנם עדיין אתגרים טכניים רבים בפיתוח טכנולוגיית DCA. אין הרבה מרכיבים שמשתמשים בטכנולוגיה הזו בייצור בפועל, וכולם מנסים לשפר את רמת הטכנולוגיה כדי להרחיב את היישום של DCA. מכיוון שחיבור ה-DCA מעביר את המורכבויות הקשורות לצפיפות גבוהה אל ה-PCB, הוא מגביר את הקושי בייצור PCB. בנוסף, יש מעט יצרנים המתמחים בייצור פרוסות סיליקון עם כדורי הלחמה. עדיין ישנן בעיות רבות שכדאי לשים אליהן לב, ורק כאשר בעיות אלו נפתרות ניתן לקדם את הפיתוח של טכנולוגיית DCA.

3. FCAA (Flip Chip Adhesive Attachment) קיימות צורות רבות של חיבור FCAA, והוא עדיין בשלב מוקדם של הפיתוח. החיבור בין פרוסת הסיליקון למצע אינו משתמש בהלחמה, אלא בדבק. בחלק התחתון של שבב הסיליקון בחיבור זה יכולים להיות כדורי הלחמה או מבנים כגון בליטות הלחמה. הדבקים המשמשים ב-FCAA כוללים סוגים איזוטרופיים ואניזוטרופיים, בהתאם לתנאי החיבור ביישום בפועל. בנוסף, מבחר המצעים כולל לרוב קרמיקה, חומרי לוח מודפסים ומעגלים גמישים. טכנולוגיה זו עדיין לא בשלה ולא נפרט כאן יותר.