BGA Ic Reballing Machine

เครื่องจักรทำใหม่ BGA ระดับไฮเอนด์และอัตโนมัติเต็มรูปแบบซึ่งใช้สำหรับบริษัทที่อาศัยอยู่ตามลำพัง

รวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียงชิปเหล่านั้นดังต่อไปนี้:

BGA พื้นฐานสี่ประเภทมีการอธิบายในแง่ของลักษณะโครงสร้างและด้านอื่นๆ

1.1 PBGA (Plastic Ball Grid Array) PBGA หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า OMPAC (Overmolded Plastic Array Carrier) เป็นแพ็คเกจ BGA ที่พบได้บ่อยที่สุด (ดูรูปที่ 1) ตัวพา PBGA เป็นสารตั้งต้นของแผ่นพิมพ์ทั่วไป เช่น FR-4, BT resin เป็นต้น เวเฟอร์ซิลิกอนเชื่อมต่อกับพื้นผิวด้านบนของตัวพาด้วยการเชื่อมด้วยลวด แล้วหล่อด้วยพลาสติก และบัดกรี อาร์เรย์ลูกขององค์ประกอบยูเทคติก (37Pb/63Sn) เชื่อมต่อกับพื้นผิวด้านล่างของตัวพา อาร์เรย์ลูกประสานสามารถกระจายทั้งหมดหรือบางส่วนบนพื้นผิวด้านล่างของอุปกรณ์ (ดูรูปที่ 2) ขนาดลูกบัดกรีปกติคือประมาณ 0.75 ถึง 0.89 มม. และระยะห่างของลูกบัดกรีคือ 1.0 มม. 1.27 มม. และ 1.5 มม.

รูปที่ 2

สามารถประกอบ PBGA กับอุปกรณ์และกระบวนการยึดพื้นผิวที่มีอยู่ได้ ขั้นแรก วางประสานองค์ประกอบยูเทคติกบนแผ่น PCB ที่สอดคล้องกันโดยวิธีการพิมพ์ลายฉลุ จากนั้นลูกประสาน PBGA จะถูกกดลงในการวางประสานและปรับใหม่ มันคือบัดกรียูเทคติก ดังนั้นในระหว่างกระบวนการรีโฟลว์ บอลประสานและเพสต์บัดกรีจะยูเทคติก เนื่องจากน้ำหนักของอุปกรณ์และผลกระทบของแรงตึงผิว ลูกประสานจึงยุบตัวลงเพื่อลดช่องว่างระหว่างด้านล่างของอุปกรณ์กับ PCB และข้อต่อประสานจะเป็นทรงรีหลังจากการแข็งตัว ในปัจจุบัน PBGA169~313 ได้รับการผลิตเป็นจำนวนมาก และบริษัทใหญ่ๆ ก็กำลังพัฒนาผลิตภัณฑ์ PBGA อย่างต่อเนื่องด้วยจำนวน I/O ที่สูงขึ้น คาดว่าจำนวน I/O จะสูงถึง 600~1000 ในสองปีที่ผ่านมา

ข้อได้เปรียบหลักของแพ็คเกจ PBGA:

① PBGA สามารถผลิตได้โดยใช้เทคโนโลยีการประกอบและวัตถุดิบที่มีอยู่ และต้นทุนของบรรจุภัณฑ์ทั้งหมดค่อนข้างต่ำ ② เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ QFP จะไวต่อความเสียหายทางกลน้อยกว่า ③ใช้ได้กับการประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก ความท้าทายหลักของเทคโนโลยี PBGA คือการตรวจสอบให้แน่ใจว่าบรรจุภัณฑ์มีความสอดคล้องกัน ลดการดูดซับความชื้น และป้องกันปรากฏการณ์ "ข้าวโพดคั่ว" และแก้ปัญหาความน่าเชื่อถือที่เกิดจากการเพิ่มขนาดแม่พิมพ์ซิลิกอน สำหรับแพ็คเกจจำนวน I/O ที่สูงขึ้น เทคโนโลยี PBGA จะยากขึ้น เนื่องจากวัสดุที่ใช้สำหรับตัวพาเป็นสารตั้งต้นของแผ่นพิมพ์ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (TCE) ของตัวพา PCB และ PBGA ในชุดประกอบจึงเกือบเท่ากัน ดังนั้นในระหว่างกระบวนการบัดกรีแบบรีโฟลว์ แทบไม่มีความเค้นบน ข้อต่อประสานและความน่าเชื่อถือของข้อต่อประสาน ผลกระทบยังเล็กกว่า ปัญหาที่พบโดยแอปพลิเคชัน PBGA ในปัจจุบันคือวิธีการลดต้นทุนของบรรจุภัณฑ์ PBGA ต่อไป เพื่อให้ PBGA ยังสามารถประหยัดเงินได้มากกว่า QFP ในกรณีที่จำนวน I/O ต่ำลง

1.2 CBGA (อาร์เรย์ตารางเซรามิกบอล)

CBGA ยังเรียกอีกอย่างว่า SBC (Solder Ball Carrier) และเป็นแพ็คเกจ BGA ประเภทที่สอง (ดูรูปที่ 3) แผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนของ CBGA เชื่อมต่อกับพื้นผิวด้านบนของตัวพาเซรามิกหลายชั้น การเชื่อมต่อระหว่างแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนและตัวพาเซรามิกหลายชั้นสามารถเป็นได้สองรูปแบบ อย่างแรกคือชั้นวงจรของแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนหงายขึ้น และการเชื่อมต่อจะเกิดขึ้นโดยการเชื่อมด้วยแรงดันลวดโลหะ อีกประการหนึ่งคือชั้นวงจรของแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนคว่ำลง และการเชื่อมต่อระหว่างแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนและตัวพาจะรับรู้โดยโครงสร้างแบบฟลิปชิป หลังจากเชื่อมต่อแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนเสร็จแล้ว แผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนจะถูกห่อหุ้มด้วยสารตัวเติม เช่น อีพอกซีเรซิน เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและให้การป้องกันทางกลที่จำเป็น ที่พื้นผิวด้านล่างของตัวพาเซรามิก มีการเชื่อมต่ออาร์เรย์ลูกบัดกรี 90Pb/10Sn การกระจายของอาร์เรย์ลูกประสานสามารถกระจายทั้งหมดหรือกระจายบางส่วน ขนาดของลูกประสานมักจะประมาณ 0.89 มม. และระยะห่างจะแตกต่างกันไปในแต่ละบริษัท ทั่วไปของ 1.0mm และ 1.27mm. อุปกรณ์ PBGA ยังสามารถประกอบเข้ากับอุปกรณ์และกระบวนการประกอบที่มีอยู่ได้ แต่กระบวนการประกอบทั้งหมดนั้นแตกต่างจากของ PBGA เนื่องจากส่วนประกอบลูกประสานที่แตกต่างจาก PBGA อุณหภูมิรีโฟลว์ของหัวแร้งบัดกรียูเทคติกที่ใช้ในการประกอบ PBGA คือ 183 องศา ในขณะที่อุณหภูมิหลอมเหลวของลูกบัดกรี CBGA อยู่ที่ประมาณ 300 องศา กระบวนการรีโฟลว์การยึดพื้นผิวที่มีอยู่ส่วนใหญ่จะถูกปรับใหม่ที่อุณหภูมิ 220 องศา ที่อุณหภูมิรีโฟลว์นี้ จะหลอมเฉพาะตัวประสานเท่านั้น วาง แต่ลูกประสานไม่ละลาย ดังนั้น เพื่อให้เกิดรอยต่อประสานที่ดี ปริมาณของสารบัดกรีที่ขาดหายไปบนแผ่นอิเล็กโทรดจึงมากกว่าของ PBGA ข้อต่อประสาน หลังจากการรีโฟลว์ บัดกรียูเทคติกประกอบด้วยลูกประสานเพื่อสร้างข้อต่อประสาน และลูกประสานทำหน้าที่เป็นตัวรองรับที่แข็ง ดังนั้นช่องว่างระหว่างด้านล่างของอุปกรณ์และ PCB มักจะมีขนาดใหญ่กว่าของ PBGA ข้อต่อบัดกรีของ CBGA เกิดจากสารบัดกรีที่มีองค์ประกอบ Pb/Sn ต่างกันสองชนิด แต่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวประสานยูเทคติกกับลูกบัดกรีนั้นไม่ชัดเจน โดยปกติ การวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาของรอยต่อประสานสามารถเห็นได้ในพื้นที่ส่วนต่อประสาน ขอบเขตการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นจาก 90Pb/10Sn ถึง 37Pb/63Sn ผลิตภัณฑ์บางอย่างได้นำอุปกรณ์ที่บรรจุ CBGA มาใช้ซึ่งมีจำนวน I/O เท่ากับ 196 ถึง 625 แต่การใช้ CBGA นั้นยังไม่แพร่หลาย และการพัฒนาแพ็คเกจ CBGA ที่มีจำนวน I/O สูงขึ้นก็หยุดนิ่งเช่นกัน สาเหตุหลักมาจากการมีอยู่ของ การประกอบ CBGA ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (TCE) ไม่ตรงกันระหว่าง PCB และตัวพาเซรามิกหลายชั้น เป็นปัญหาที่ทำให้ข้อต่อประสาน CBGA ที่มีขนาดบรรจุภัณฑ์ใหญ่ขึ้นล้มเหลวในระหว่างการหมุนเวียนด้วยความร้อน จากการทดสอบความน่าเชื่อถือจำนวนมาก ได้รับการยืนยันแล้วว่า CBGA ที่มีขนาดบรรจุภัณฑ์เล็กกว่า 32 มม. × 32 มม. เป็นไปตามข้อกำหนดการทดสอบวัฏจักรความร้อนมาตรฐานอุตสาหกรรม จำนวน I/O ของ CBGA จำกัดไว้น้อยกว่า 625 สำหรับบรรจุภัณฑ์เซรามิกที่มีขนาดมากกว่า 32 มม. × 32 มม. ต้องพิจารณา BGA ประเภทอื่น

นิ้ว3

ข้อได้เปรียบหลักของบรรจุภัณฑ์ CBGA คือ (1) มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม (2) มีประสิทธิภาพการปิดผนึกที่ดี (3) เมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ QFP แล้ว CBGA จะไวต่อความเสียหายทางกลน้อยกว่า (4) เหมาะสำหรับงานประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีหมายเลข I/O มากกว่า 250 นอกจากนี้ เนื่องจากการเชื่อมต่อระหว่างแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนของ CBGA กับเซรามิกหลายชั้นสามารถเชื่อมต่อด้วยฟลิปชิป จึงสามารถบรรลุความหนาแน่นในการเชื่อมต่อที่สูงขึ้น กว่าการต่อสายเชื่อม ในหลายกรณี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีการนับ I/O สูง ขนาดซิลิกอนของ ASIC จะถูกจำกัดด้วยขนาดของแผ่นประกบลวด ขนาดสามารถลดลงได้อีกโดยไม่ต้องเสียสละฟังก์ชันการทำงาน ซึ่งจะช่วยลดค่าใช้จ่าย การพัฒนาเทคโนโลยี CBGA ไม่ใช่เรื่องยาก และความท้าทายหลักคือการทำให้ CBGA ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ ของอุตสาหกรรมการประกอบอิเล็กทรอนิกส์ อันดับแรก ต้องรับประกันความน่าเชื่อถือของแพ็คเกจ CBGA ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมการผลิตจำนวนมาก ประการที่สอง ราคาของแพ็คเกจ CBGA จะต้องเทียบได้กับแพ็คเกจ BGA อื่นๆ เนื่องจากความซับซ้อนและต้นทุนที่ค่อนข้างสูงของบรรจุภัณฑ์ CBGA CBGA จึงจำกัดเฉพาะผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพสูงและมีข้อกำหนดในการนับ I/O สูง นอกจากนี้ เนื่องจากแพ็คเกจ CBGA มีน้ำหนักที่มากกว่าแพ็คเกจ BGA ประเภทอื่นๆ การใช้งานในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาจึงมีจำกัด

1.3 CCGA (Ceramic Cloumn Grid Array) CCGA หรือที่เรียกว่า SCC (Solder Column Carrier) เป็นอีกรูปแบบหนึ่งของ CBGA เมื่อขนาดของตัวเซรามิกมากกว่า 32 มม. × 32 มม. (ดูรูปที่ 4) พื้นผิวด้านล่างของตัวพาเซรามิกไม่ได้เชื่อมต่อกับลูกประสาน แต่กับเสาประสาน 90Pb/10Sn อาร์เรย์เสาประสานสามารถกระจายได้ทั้งหมดหรือกระจายบางส่วน เส้นผ่านศูนย์กลางเสาประสานทั่วไปประมาณ 0.5 มม. และความสูงประมาณ 2.21 มม. ระยะห่างโดยทั่วไประหว่างเสาอาร์เรย์ 1.27 มม. CCGA มีสองรูปแบบ รูปแบบหนึ่งคือคอลัมน์ประสานและด้านล่างของเซรามิกเชื่อมต่อกันด้วยบัดกรียูเทคติก และอีกรูปแบบหนึ่งเป็นโครงสร้างคงที่แบบหล่อ คอลัมน์ประสานของ CCGA สามารถทนต่อความเครียดที่เกิดจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน TCE ของ PCB และตัวพาเซรามิกไม่ตรงกัน การทดสอบความน่าเชื่อถือจำนวนมากได้ยืนยันว่า CCGA ที่มีขนาดบรรจุภัณฑ์น้อยกว่า 44 มม. × 44 มม. เป็นไปตามข้อกำหนดการทดสอบวัฏจักรความร้อนมาตรฐานอุตสาหกรรม ข้อดีและข้อเสียของ CCGA และ CBGA มีความคล้ายคลึงกันมาก ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวที่เห็นได้ชัดคือเสาประสานของ CCGA มีความอ่อนไหวต่อความเสียหายทางกลระหว่างกระบวนการประกอบมากกว่าลูกประสานของ CBGA ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์บางอย่างได้เริ่มใช้แพ็คเกจ CCGA แล้ว แต่แพ็คเกจ CCGA ที่มีหมายเลข I/O ระหว่าง 626 ถึง 1225 ยังไม่ได้รับการผลิตจำนวนมาก และแพ็คเกจ CCGA ที่มีหมายเลข I/O มากกว่า 2000 ยังอยู่ระหว่างการพัฒนา

รูปที่ 4

1.4 TBGA (อาร์เรย์เทปบอลกริด)

TBGA หรือที่เรียกว่า ATAB (Araay Tape Automated Bonding) เป็น BGA ชนิดใหม่ที่ค่อนข้างใหม่ (ดูรูปที่ 6) ตัวพาของ TBGA คือเทปชั้นโลหะสองชั้นทองแดง/โพลิอิไมด์/ทองแดง พื้นผิวด้านบนของตัวพากระจายด้วยสายทองแดงสำหรับส่งสัญญาณและอีกด้านหนึ่งใช้เป็นชั้นกราวด์ การเชื่อมต่อระหว่างแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนและตัวพาสามารถรับรู้ได้ด้วยเทคโนโลยีฟลิปชิป หลังจากการเชื่อมต่อระหว่างแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนและตัวพาเสร็จสิ้นแล้ว แผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนจะถูกห่อหุ้มไว้เพื่อป้องกันความเสียหายทางกล จุดแวะบนตัวพามีบทบาทในการเชื่อมต่อพื้นผิวทั้งสองและตระหนักถึงการส่งสัญญาณ และลูกประสานเชื่อมต่อกับแผ่นรองผ่านกระบวนการเชื่อมขนาดเล็กที่คล้ายกับการต่อลวดเพื่อสร้างอาร์เรย์ลูกประสาน ชั้นเสริมแรงจะติดกาวที่พื้นผิวด้านบนของตัวพาเพื่อให้มีความแข็งแกร่งกับบรรจุภัณฑ์และรับประกันความเชื่อมโยงของแพ็คเกจ แผ่นระบายความร้อนโดยทั่วไปจะเชื่อมต่อกับด้านหลังของชิปพลิกด้วยกาวที่นำความร้อนเพื่อให้มีลักษณะทางความร้อนที่ดีกับบรรจุภัณฑ์ องค์ประกอบของลูกบัดกรีของ TBGA คือ 90Pb/10Sn เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบัดกรีประมาณ 0.65 มม. และระยะพิทช์ของอาร์เรย์ลูกบัดกรีทั่วไปคือ 1.0 มม. 1.27 มม. และ 1.5 มม. การประกอบระหว่าง TBGA และ PCB คือ 63Sn/ 37Pb eutectic solder TBGA สามารถประกอบได้โดยใช้อุปกรณ์และกระบวนการยึดพื้นผิวที่มีอยู่โดยใช้วิธีการประกอบที่คล้ายกับ CBGA ทุกวันนี้ จำนวน I/O ในแพ็คเกจ TBGA ที่ใช้กันทั่วไปมีน้อยกว่า 448 รายการ มีการเปิดตัวผลิตภัณฑ์เช่น TBGA736 และบริษัทต่างชาติขนาดใหญ่บางแห่งกำลังพัฒนา TBGA โดยมีจำนวน I/O มากกว่า 1,000 รายการ ข้อดีของ แพ็คเกจ TBGA ได้แก่ ① เบากว่าและเล็กกว่าแพ็คเกจ BGA อื่นๆ ส่วนใหญ่ (โดยเฉพาะแพ็คเกจที่มีจำนวน I/O สูงกว่า) ②มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีกว่าแพ็คเกจ QFP และ PBGA ③ เหมาะสำหรับการประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก นอกจากนี้ แพ็คเกจนี้ใช้รูปแบบฟลิปชิปความหนาแน่นสูงเพื่อให้ทราบถึงการเชื่อมต่อระหว่างชิปซิลิกอนและตัวพา เพื่อให้ TBGA มีข้อดีหลายประการ เช่น สัญญาณรบกวนต่ำ เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน TCE ของแผ่นพิมพ์และ เลเยอร์การเสริมแรงในแพ็คเกจ TBGA จะจับคู่กันโดยทั่วไป ดังนั้นผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือของข้อต่อบัดกรี TBGA หลังการประกอบจึงไม่มาก ปัญหาหลักที่พบในบรรจุภัณฑ์ TBGA คือผลกระทบของการดูดซับความชื้นบนบรรจุภัณฑ์ ปัญหาที่พบโดยแอปพลิเคชัน TBGA คือวิธีการที่เกิดขึ้นในด้านการประกอบอิเล็กทรอนิกส์ ประการแรก ความน่าเชื่อถือของ TBGA ต้องได้รับการพิสูจน์ในสภาพแวดล้อมการผลิตจำนวนมาก และประการที่สอง ต้นทุนของบรรจุภัณฑ์ TBGA ต้องเทียบได้กับบรรจุภัณฑ์ PBGA เนื่องจากความซับซ้อนและต้นทุนบรรจุภัณฑ์ที่ค่อนข้างสูงของ TBGAs TBGA จึงถูกใช้เป็นหลักในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพสูงและมีปริมาณ I/O สูง ชิปพลิก 2 อัน: ชิปฟลิบไม่มีแพ็คเกจซึ่งแตกต่างจากอุปกรณ์ยึดพื้นผิวอื่น ๆ และอาร์เรย์เชื่อมต่อระหว่างกันถูกกระจายบนพื้นผิวของชิปซิลิกอนแทนที่รูปแบบการเชื่อมต่อพันธะลวดและชิปซิลิกอนจะติดตั้งโดยตรงบน PCB ใน ลักษณะคว่ำ ชิปพลิกไม่จำเป็นต้องนำขั้ว I/O ออกจากชิปซิลิกอนไปยังบริเวณโดยรอบอีกต่อไป ความยาวของการเชื่อมต่อโครงข่ายสั้นลงอย่างมาก หน่วงเวลา RC ลดลง และประสิทธิภาพทางไฟฟ้าดีขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ การเชื่อมต่อฟลิปชิปมีสามประเภทหลัก: C4, DC4 และเอฟซีเอเอ