เครื่องรีโฟลว์ BGA

เครื่อง Rework BGA อัตโนมัติ DH-A2 สำหรับการซ่อมชิปต่างๆ

1. C4 (การเชื่อมต่อชิปยุบแบบควบคุม การเชื่อมต่อชิปยุบแบบควบคุม)

C4 เป็นรูปแบบที่คล้ายกับ Ultrafine pitch BGA (ดูรูปที่ 1) ระยะพิทช์ทั่วไปของอาร์เรย์ลูกบัดกรีที่เชื่อมต่อกับแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนคือ 0.203-0.254 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบัดกรีคือ 0.102-0.127 มม. และ องค์ประกอบของลูกประสานคือ 97Pb/3Sn ลูกประสานเหล่านี้สามารถกระจายทั้งหมดหรือบางส่วนบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอน เนื่องจากเซรามิกส์สามารถทนต่ออุณหภูมิการไหลย้อนกลับที่สูงขึ้น เซรามิกจึงถูกใช้เป็นพื้นผิวสำหรับการเชื่อมต่อ C4 โดยปกติ แผ่นเชื่อมต่อแบบเคลือบ Au หรือ Sn จะถูกแจกจ่ายล่วงหน้าบนพื้นผิวของเซรามิก จากนั้นจึงทำการเชื่อมต่อด้วยฟลิปชิปในรูปแบบ C4 ไม่สามารถใช้การเชื่อมต่อ C4 ได้ และสามารถใช้อุปกรณ์และกระบวนการประกอบที่มีอยู่สำหรับการประกอบได้ เนื่องจากอุณหภูมิหลอมเหลวของลูกบัดกรี 97Pb/3Sn คือ 320 องศา และไม่มีองค์ประกอบอื่น ๆ ของการบัดกรีในโครงสร้างการเชื่อมต่อถึงกันโดยใช้การเชื่อมต่อ C4 . ในการเชื่อมต่อ C4 แทนที่จะใช้การรั่วของตัวประสาน การพิมพ์ฟลักซ์ที่อุณหภูมิสูงจะถูกใช้ ขั้นแรกให้พิมพ์ฟลักซ์ที่อุณหภูมิสูงบนแผ่นรองของพื้นผิวหรือลูกประสานของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน จากนั้นจึงให้ลูกประสานบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนและแผ่นที่เกี่ยวข้องบนพื้นผิวจะถูกจัดตำแหน่งอย่างแม่นยำ และให้การยึดเกาะที่เพียงพอ ฟลักซ์เพื่อรักษาตำแหน่งสัมพัทธ์จนกว่าการบัดกรีแบบรีโฟลว์จะเสร็จสิ้น อุณหภูมิรีโฟลว์ที่ใช้สำหรับการเชื่อมต่อ C4 คือ 360 องศา ที่อุณหภูมินี้ ลูกประสานจะหลอมละลาย และแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนอยู่ในสถานะ "ถูกระงับ" เนื่องจากแรงตึงผิวของตัวประสาน เวเฟอร์ซิลิกอนจะแก้ไขตำแหน่งสัมพัทธ์ของลูกบัดกรีและแผ่นรองโดยอัตโนมัติ และในที่สุดประสานจะยุบ ถึงความสูงระดับหนึ่งเพื่อสร้างจุดเชื่อมต่อ วิธีการเชื่อมต่อ C4 ส่วนใหญ่จะใช้ในแพ็คเกจ CBGA และ CCGA นอกจากนี้ ผู้ผลิตบางรายยังใช้เทคโนโลยีนี้ในการใช้งานโมดูลเซรามิกหลายชิป (MCM-C) จำนวน I/O ที่ใช้การเชื่อมต่อ C4 ในปัจจุบันมีน้อยกว่า 1500 และบางบริษัทคาดว่าจะพัฒนา I/O ได้มากกว่า 3,000 รายการ ข้อดีของการเชื่อมต่อ C4 คือ (1) มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม (2) ในกรณีของระยะพิทช์บอลปานกลาง จำนวน I/O อาจสูงมาก (3) ไม่จำกัดขนาดแผ่น (4) เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก (5) ขนาดและน้ำหนักจะลดลงอย่างมาก นอกจากนี้ การเชื่อมต่อ C4 มีอินเทอร์เฟซการเชื่อมต่อระหว่างแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนและพื้นผิวเพียงส่วนเดียว ซึ่งสามารถให้เส้นทางการส่งสัญญาณที่สั้นที่สุดและน้อยที่สุด และจำนวนอินเทอร์เฟซที่ลดลงทำให้โครงสร้างเรียบง่ายและเชื่อถือได้มากขึ้น ยังมีความท้าทายทางเทคนิคมากมายในการเชื่อมต่อ C4 และยังคงเป็นเรื่องยากที่จะนำไปใช้กับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ การเชื่อมต่อ C4 สามารถใช้ได้กับพื้นผิวเซรามิกเท่านั้น และจะใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์ที่มี I/O ที่มีประสิทธิภาพสูง เช่น CBGA, CCGA และ MCM-C

รูปที่ 1

2 DCA (แนบชิปโดยตรง)

คล้ายกับ C4 DCA คือการเชื่อมต่อพิทช์แบบละเอียดมาก (ดูรูปที่ 2) ซิลิคอนเวเฟอร์ของ DCA และซิลิคอนเวเฟอร์ในการเชื่อมต่อ C4 มีโครงสร้างเหมือนกัน ความแตกต่างระหว่างทั้งสองอยู่ในการเลือกพื้นผิว วัสดุพิมพ์ที่ใช้ใน DCA เป็นวัสดุการพิมพ์ทั่วไป องค์ประกอบของลูกประสานของ DCA คือ 97Pb/3Sn และตัวประสานบนแผ่นเชื่อมต่อเป็นบัดกรียูเทคติก (37Pb/63Sn) สำหรับ DCA เนื่องจากระยะห่างเพียง 0.203-0.254 มม. มันค่อนข้างยากที่บัดกรียูเทคติกจะรั่วบนแผ่นเชื่อมต่อ ดังนั้นแทนที่จะพิมพ์แบบบัดกรี ด้านบนของแผ่นเชื่อมต่อก่อนการประกอบ ปริมาตรของบัดกรีบนแผ่นอิเล็กโทรดนั้นเข้มงวดมาก โดยปกติแล้วจะบัดกรีมากกว่าส่วนประกอบพิทช์แบบละเอียดพิเศษอื่นๆ บัดกรีที่มีความหนา 0.051-0.102 มม. บนแผ่นเชื่อมต่อโดยทั่วไปจะมีรูปทรงโดมเล็กน้อยเนื่องจากมีการชุบล่วงหน้า ต้องปรับระดับก่อนแพทช์ มิฉะนั้น จะส่งผลต่อการจัดตำแหน่งที่เชื่อถือได้ของลูกประสานและแผ่นรอง

รูปที่ 2

การเชื่อมต่อประเภทนี้สามารถทำได้ด้วยอุปกรณ์และกระบวนการยึดพื้นผิวที่มีอยู่ ขั้นแรก ฟลักซ์จะถูกจ่ายลงบนซิลิคอนเวเฟอร์โดยการพิมพ์ จากนั้นจึงติดตั้งเวเฟอร์และสุดท้ายจะปรับการไหลใหม่ อุณหภูมิการไหลย้อนกลับที่ใช้ในการประกอบ DCA อยู่ที่ประมาณ 220 องศา ซึ่งต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของลูกบัดกรี แต่สูงกว่าจุดหลอมเหลวของบัดกรียูเทคติกบนแผ่นเชื่อมต่อ ลูกประสานบนชิปซิลิกอนทำหน้าที่เป็นตัวรองรับที่แข็ง ข้อต่อประสานเกิดขึ้นระหว่างลูกบอลกับแผ่นรอง สำหรับรอยต่อประสานที่เกิดขึ้นจากองค์ประกอบ Pb/Sn ที่แตกต่างกันสองแบบ อินเทอร์เฟซระหว่างตัวประสานทั้งสองนั้นไม่ชัดเจนในข้อต่อประสาน แต่มีการเปลี่ยนขอบเขตที่ราบรื่นจาก 97Pb/3Sn เป็น 37Pb/63Sn เนื่องจากการรองรับที่แน่นหนาของลูกประสาน ลูกบอลประสานจึงไม่ "ยุบ" ในชุดประกอบ DCA แต่ยังมีคุณสมบัติในการแก้ไขตัวเองด้วย เริ่มใช้ DCA แล้ว จำนวน I/O ส่วนใหญ่ต่ำกว่า 350 และบางบริษัทวางแผนที่จะพัฒนา I/O มากกว่า 500 รายการ แรงผลักดันสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ไม่ได้มีจำนวน I/O สูงขึ้น แต่หลักๆ แล้วคือการลดขนาด น้ำหนัก และต้นทุน ลักษณะของ DCA นั้นคล้ายกับ C4 มาก เนื่องจาก DCA สามารถใช้เทคโนโลยียึดพื้นผิวที่มีอยู่เพื่อเชื่อมต่อกับ PCB ได้ มีการใช้งานมากมายที่สามารถใช้เทคโนโลยีนี้ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา อย่างไรก็ตาม ข้อดีของเทคโนโลยี DCA จะพูดเกินจริงไม่ได้ ยังมีความท้าทายด้านเทคนิคมากมายในการพัฒนาเทคโนโลยี DCA มีแอสเซมเบลอร์ไม่มากที่ใช้เทคโนโลยีนี้ในการผลิตจริง และพวกเขาทั้งหมดพยายามปรับปรุงระดับเทคโนโลยีเพื่อขยายการใช้งาน DCA เนื่องจากการเชื่อมต่อ DCA จะถ่ายโอนความซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับความหนาแน่นสูงเหล่านั้นไปยัง PCB จึงเพิ่มความยากในการผลิต PCB นอกจากนี้ยังมีผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายที่เชี่ยวชาญในการผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่มีลูกประสาน ยังมีปัญหาอีกมากมายที่ควรค่าแก่การใส่ใจ และเมื่อปัญหาเหล่านี้ได้รับการแก้ไขแล้วเท่านั้นจึงจะสามารถส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยี DCA ได้

3. FCAA (Flip Chip Adhesive Attachment) การเชื่อมต่อ FCAA มีหลายรูปแบบ และยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา การเชื่อมต่อระหว่างแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนกับพื้นผิวไม่ได้ใช้บัดกรี แต่ใช้กาวแทน ด้านล่างของชิปซิลิกอนในการเชื่อมต่อนี้สามารถมีลูกประสานหรือโครงสร้างเช่นกระแทกประสาน กาวที่ใช้ใน FCAA ได้แก่ประเภทไอโซโทรปิกและแอนไอโซทรอปิก ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการเชื่อมต่อในการใช้งานจริง นอกจากนี้ การเลือกพื้นผิวมักจะรวมถึงเซรามิก วัสดุแผ่นพิมพ์ และแผงวงจรแบบยืดหยุ่น เทคโนโลยีนี้ยังไม่บรรลุนิติภาวะและจะไม่อธิบายเพิ่มเติมที่นี่