BGA Icリボール機

国境を越えた企業に使用されるハイエンドの全自動 BGA リワーク マシン

以下のチップを含みますが、これらに限定されません:

BGA の 4 つの基本的なタイプについて、その構造上の特徴やその他の側面について説明します。

1.1 PBGA (プラスチック ボール グリッド アレイ) 一般に OMPAC (オーバーモールド プラスチック アレイ キャリア) として知られる PBGA は、BGA パッケージの最も一般的なタイプです (図 1 を参照)。 PBGA のキャリアは、FR-4、BT 樹脂などの一般的なプリント基板基板です。シリコン ウェーハは、ワイヤ ボンディングによってキャリアの上面に接続され、プラスチックとはんだで成形されます。共晶組成（37Pb/63Sn）のボールアレイがキャリアの下面に接続されています。 はんだボール アレイは、デバイスの底面に完全または部分的に配置できます (図 2 を参照)。 通常のはんだボールのサイズは0.75～0.89mm程度で、はんだボールのピッチは1.0mm、1.27mm、1.5mmです。

図 2

PBGA は、既存の表面実装装置とプロセスで組み立てることができます。 最初に、共晶コンポーネントのはんだペーストがステンシル印刷法によって対応する PCB パッドに印刷され、次に PBGA はんだボールがはんだペーストに押し込まれ、リフローされます。 これは共晶はんだであるため、リフロー プロセス中にはんだボールとはんだペーストが共晶になります。 デバイスの重量と表面張力の影響により、はんだボールが崩れてデバイスの底面と PCB の間のギャップが減少し、固化後のはんだ接合部は楕円体になります。 現在、PBGA169～313が量産されており、大手企業はI/O数の多いPBGA製品の開発を続けています。 過去 2 年間で、I/O 数は 600 ～ 1000 に達すると予想されます。

PBGA パッケージの主な利点:

① PBGA は既存の組立技術と原材料を使用して製造でき、パッケージ全体のコストは比較的低い。 ②QFPデバイスに比べ、機械的損傷を受けにくい。 ③大量電子組立に適用可能。 PBGA テクノロジの主な課題は、パッケージの共平面性を確保し、吸湿を減らし、「ポップコーン」現象を防止し、シリコン ダイ サイズの増加によって引き起こされる信頼性の問題を解決することです。I/O 数の多いパッケージでは、PBGA テクノロジはより困難になります。 キャリアに使用される材料はプリント基板の基板であるため、アセンブリ内の PCB キャリアと PBGA キャリアの熱膨張係数 (TCE) はほぼ同じです。はんだ接合部、はんだ接合部の信頼性への影響も小さくなります。 今日の PBGA アプリケーションが直面する問題は、PBGA パッケージングのコストを削減し続けて、I/O 数が少ない場合でも QFP よりもコストを削減できるようにすることです。

1.2 CBGA (セラミック ボール グリッド アレイ)

CBGA は一般に SBC (Solder Ball Carrier) とも呼ばれ、BGA パッケージの 2 番目のタイプです (図 3 を参照)。 CBGAのシリコンウェーハは、多層セラミックキャリアの上面に接続されています。 シリコンウェーハと多層セラミックキャリアとの接続には、2 つの形式があります。 1つ目は、シリコンウェーハの回路層が上を向いており、接続は金属線の圧接によって実現されています。 もう1つは、シリコンウェーハの回路層を下に向け、シリコンウェーハとキャリアの接続をフリップチップ構造で実現することです。 シリコンウェーハの接続が完了した後、信頼性を向上させ、必要な機械的保護を提供するために、シリコンウェーハはエポキシ樹脂などのフィラーでカプセル化されます。 セラミック キャリアの下面には、90Pb/10Sn はんだボール アレイが接続されています。 はんだボール配列の分布は、完全に分布することも、部分的に分布することもできます。 はんだボールのサイズは通常約0.89mmで、間隔は会社によって異なります。 1.0mmと1.27mmの共通。 PBGA デバイスは、既存のアセンブリ装置とプロセスで組み立てることもできますが、PBGA とは異なるはんだボール コンポーネントがあるため、アセンブリ プロセス全体が PBGA のプロセスとは異なります。 PBGA アセンブリに使用される共晶はんだペーストのリフロー温度は 183 度ですが、CBGA はんだボールの溶融温度は約 300 度です。 既存の表面実装リフロー プロセスのほとんどは、220 度でリフローされます。 このリフロー温度では、はんだだけが溶けます。 ペーストしますが、はんだボールは溶けません。 したがって、良好なはんだ接合を形成するために、パッド上で失われるはんだペーストの量は PBGA よりも多くなります。 接合部をはんだ付けします。 リフロー後、共晶ハンダにはハンダ ボールが含まれてハンダ接合を形成し、ハンダ ボールは堅固なサポートとして機能するため、通常、デバイスの底面と PCB の間のギャップは PBGA のギャップよりも大きくなります。 CBGA のはんだ接合部は、2 つの異なる Pb/Sn 組成のはんだによって形成されますが、共晶はんだとはんだボールの間の界面は実際には明らかではありません。 通常、はんだ接合部の金属組織分析は、界面領域で見ることができます。 ９０Ｐｂ／１０Ｓｎから３７Ｐｂ／６３Ｓｎへの遷移領域が形成される。 I/O数196～625のCBGAパッケージデバイスを採用した製品もあるが、CBGAはまだ普及しておらず、I/O数の多いCBGAパッケージの開発も停滞している。 CBGA アセンブリ。 PCB と多層セラミック キャリア間の熱膨張係数 (TCE) の不一致は、大きなパッケージ サイズの CBGA はんだ接合が熱サイクル中に失敗する原因となる問題です。 多数の信頼性試験を通じて、32mm × 32mm 未満のパッケージ サイズの CBGA が業界標準の熱サイクル試験仕様を満たすことができることが確認されています。 CBGA の I/O 数は 625 未満に制限されています。サイズが 32mm×32mm を超えるセラミック パッケージの場合、他のタイプの BGA を考慮する必要があります。

図 3

CBGA パッケージの主な利点は次のとおりです。 (1) 優れた電気特性と熱特性を備えています。 (2) シール性に優れています。 (3) QFP デバイスと比較して、CBGA は機械的損傷を受けにくい。 (4) I/O 数が 250 を超える電子アセンブリ用途に適しています。また、CBGA のシリコンウェーハと多層セラミックの接続はフリップチップで接続できるため、より高い配線密度を実現できます。ワイヤーボンディング接続よりも。 多くの場合、特に I/O 数の多いアプリケーションでは、ASIC のシリコン サイズはワイヤ ボンディング パッドのサイズによって制限されます。 機能を犠牲にすることなくサイズをさらに縮小できるため、費用を削減できます。 CBGA 技術の開発はさほど難しいものではありません。その主な課題は、電子アセンブリ業界のさまざまな分野で CBGA を広く使用する方法です。 まず、大量生産産業環境における CBGA パッケージの信頼性を保証する必要があります。 第 2 に、CBGA パッケージのコストは、他の BGA パッケージと同等でなければなりません。 CBGA パッケージは複雑でコストが比較的高いため、CBGA は高性能で I/O 数が多い要件を持つ電子製品に限定されています。 さらに、CBGA パッケージは他のタイプの BGA パッケージよりも重いため、ポータブル電子製品への応用も制限されています。

1.3 CCGA (Ceramic Cloumn Grid Array) CCGA は、SCC (Solder Column Carrier) とも呼ばれ、セラミック ボディのサイズが 32mm × 32mm を超える場合の CBGA の別の形式です (図 4 を参照)。 セラミック キャリアの下面は、はんだボールではなく、90 Pb/10Sn はんだピラーに接続されています。 はんだピラー アレイは、完全に分散することも、部分的に分散することもできます。 一般的なはんだ柱の直径は約 0.5mm、高さは約 2.21mm です。 1.27mmのピラーアレイ間の典型的な間隔。 CCGAには2つの形態があり、1つははんだ柱とセラミックの底部を共晶はんだで接続するもので、もう1つは鋳造タイプの固定構造です。 CCGA のはんだ柱は、PCB とセラミック キャリアの熱膨張係数 TCE の不一致によって生じる応力に耐えることができます。 多数の信頼性テストにより、パッケージ サイズが 44mm × 44mm 未満の CCGA が業界標準の熱サイクル テスト仕様を満たすことができることが確認されています。 CCGA と CBGA の長所と短所は非常に似ています。唯一の明らかな違いは、CCGA のはんだピラーは、CBGA のはんだボールよりもアセンブリ プロセス中に機械的損傷を受けやすいことです。 一部の電子製品では CCGA パッケージが使用され始めていますが、I/O 数が 626 ～ 1225 の CCGA パッケージはまだ量産されておらず、I/O 数が 2000 を超える CCGA パッケージはまだ開発中です。

図 4

1.4 TBGA (テープ ボール グリッド アレイ)

ATAB (Araay Tape Automated Bonding) とも呼ばれる TBGA は、BGA の比較的新しいパッケージ タイプです (図 6 を参照)。 TBGA のキャリアは、銅/ポリイミド/銅の二重金属層テープです。 キャリアの上面には信号伝送用の銅線が配置され、反対側はグランド層として使用されます。 シリコンウェーハとキャリア間の接続は、フリップチップ技術によって実現できます。 シリコンウェーハとキャリア間の接続が完了した後、シリコンウェーハは機械的損傷を防ぐためにカプセル化されます。 キャリア上のビアは、2 つの表面を接続して信号伝送を実現する役割を果たし、はんだボールは、ワイヤ ボンディングと同様のマイクロ溶接プロセスによってビア パッドに接続され、はんだボール アレイを形成します。 補強層がキャリアの上面に接着されて、パッケージに剛性を与え、パッケージの共平面性を確保します。 ヒートシンクは通常、パッケージに良好な熱特性を提供するために、熱伝導性接着剤でフリップ チップの裏側に接続されます。 TBGA のはんだボール組成は 90Pb/10Sn で、はんだボールの直径は約 0.65mm で、典型的なはんだボール配列ピッチは 1.0mm、1.27mm、および 1.5 です。んん。 TBGA と PCB 間のアセンブリは、63Sn/37Pb 共晶はんだです。 TBGA は、CBGA と同様の組み立て方法を使用して、既存の表面実装機器とプロセスを使用して組み立てることもできます。 現在、一般的に使用されている TBGA パッケージの I/O 数は 448 未満です。TBGA736 などの製品が発売されており、一部の大手海外企業は I/O 数が 1000 を超える TBGA を開発しています。 TBGA パッケージは次のとおりです。 ① 他のほとんどの BGA パッケージ タイプ (特に I/O 数の多いパッケージ) よりも軽量で小型です。 ②QFPやPBGAパッケージより電気特性が良い。 ③ 大量電子組立に適しています。 また、このパッケージは、シリコンチップとキャリア間の接続を高密度フリップチップ形式で実現しているため、プリント基板の熱膨張係数 TCE とTBGAパッケージの補強層は基本的に互いに一致しています。 したがって、組み立て後のTBGAはんだ接合の信頼性への影響は大きくありません。 TBGA パッケージで発生する主な問題は、パッケージに対する吸湿の影響です。 TBGA アプリケーションが直面する問題は、電子アセンブリの分野でどのように位置付けられるかということです。 第一に、TBGA の信頼性は大量生産環境で証明されなければならず、第二に、TBGA パッケージのコストは PBGA パッケージに匹敵するものでなければなりません。 TBGA は複雑でパッケージング コストが比較的高いため、TBGA は主に高性能で I/O 数の多い電子製品に使用されています。 2 フリップ チップ: 他の表面実装デバイスとは異なり、フリップ チップにはパッケージがなく、相互接続アレイがシリコン チップの表面に分散され、ワイヤ ボンディング接続形式が置き換えられます。シリコン チップは PCB に直接取り付けられます。逆さまのやり方。 フリップ チップはシリコン チップから周囲に I/O 端子を引き出す必要がなくなり、相互接続の長さが大幅に短縮され、RC 遅延が減少し、電気的性能が効果的に改善されます。 フリップチップ接続には、主に C4、DC4、および C4 の 3 つのタイプがあります。FCAA。