Plan wykładu Wprowadzenie Elementy elektroniczne w obudowach SO, CC i QFP Elementy elektroniczne w obudowach BGA i CSP Montaż drutowy i flip-chip struktur nie obudowanych Tworzywa sztuczne i lepkospręż ężystość Elementy elektroniczne bierne i optoelektroniczne Płytki obwodów w drukowanych Podłoża a o dużej gęstog stości połą łączeń Techniki lutowania Podstawy lutowania, luty i topniki Pasty lutownicze Lutowanie bezołowiowe owiowe Mycie po lutowaniu, lutowanie no-clean Wady lutowania, ocena jakości lutowania, zasady projektowania POD Mechanizm klejenia, kleje Techniki nakładania adania klejów Techniki montażu u powierzchniowego Podsumowanie BGA Obudowy BGA QFP PGA 1
Obudowy BGA Zalety obudów BGA w porównaniu z obudowami QFP: korzystniejszy stosunek liczby wyprowadzeń do wymiarów obudowy, gwarancja koplanarności (dopuszczalna koplanarność BGA 150μm, zwichrowanie obudowy wskutek skurczu tworzywa sztucznego), mniejsza liczba wad lutowania (10 x mniejsza niż QFP, około 5dpm złączy -2 złącza na 1000 BGA400 mogą być wadliwe), samonastawność wskutek napięcia powierzchniowego (mniej ostre wymagania co do dokładności układania BGA ta uwaga odnosi się do BGA z wyprowadzeniami sferycznymi topiącymi się w czasie lutowania - Sn60Pb40), lepsze właściwości elektryczne. Wady: inspekcja rentgenowska, dłuższy czas lub wyższa temperatura lutowania, naprężenia cieplne, podatność na popcorning, wielowarstwowa POD, brak możliwości naprawy. Obudowy BGA 2
Obudowy BGA Rodzaje obudów BGA: - z tworzyw sztucznych (PBGA), - ceramiczne (CBGA), - taśmowe (TBGA). 225 320 BGA znormalizowano w 1992. Podziałka: 1,5; 1,27; 1,0; 0,8; 0,75; 0,65; 0,5mm; (0,4; 0,3; 0,25mm). Średnica kontaktów: 60% podziałki lub stała, np. 0,3mm. JEDEC kładzie nacisk na uproszczenie projektowania obudów i regularne rozmieszczenie kontaktów. Obudowy PBGA Średnica kontaktów sferycznych: 0,75mm (0,76mm dla OMPAC). Wysokość kontaktów po lutowaniu: 0,6mm. PBGA (BOC) PBGA (COB) Strona A OMPAC Super BGA Podłoże: FR-4 lub BT Strona B 3
Obudowy PBGA Grubość nadruku pasty lutowniczej: 200μm (dla QFP 0,3 100μm). Obudowy CBGA Ceramika: Al 2 O 3 (ceramika wielowarstwowa) Metalizacja: W lub Mo Kontakty: Pb90Sn10 Miękki ołów podatność na deformacje. 4
Obudowy CBGA Temperatura topnienia Pb90Sn10: 302 0 C Średnica kontaktów: 0,88mm Średnica kolumn: 0,5mm Wysokość kolumn: 2,2mm Obudowy CBGA Średnica kontaktów: 0,88mm Średnica kolumn: 0,5mm Wysokość kolumn: 2,2mm 5
Obudowy CBGA Ceramika: korundowa (Al 2 O 3 ) lub mulit (3Al 2 O. 3 2SiO 2 ) Metalizacja: W lub Mo Obudowy TBGA Wysokość obudowy TBGA: 1,5mm Bardzo dobre własności elektryczne i cieplne. Wyprowadzenia sferyczne są wlutowane bezpośrednio do nośnika poliimidowego, dzięki czemu nie odpadają podczas wymiany elementu. 6
Obudowy TBGA Taśma: poliimid (T g = 250 0 C; ε r = 3,5; mała stabilność wymiarowa; brak wzmocnienia; droższy niż epoksyd) Rozpraszacz ciepła i usztywniacz: Cu Wysokość: z rozpraszaczem 1,9mm bez rozpraszacza 1,3mm Obudowy μbga Podziałka: 0,8mm, 0,75mm, 0,5mm Umożliwiają większą gęstość upakowania. Odporność na cykliczne naprężenia cieplne. 7
Obudowy μbga Dokładno adność układania BGA Wymagana dokładność układania BGA o podziałce 1,27mm jest znacznie mniejsza niż w przypadku QFP. Dokładność ta w dużym stopniu zależy od materiału kontaktu sferycznego, ciężaru BGA i liczby wyprowadzeń. Lut eutektyczny: Korzystny stosunek napięcia powierzchniowego do ciężaru elementu sprawia, że wystarczy spełnić warunek PA req < połowa średnicy pola lutowniczego (w przypadku μbga PA req < 100μm). Lut wysokotopliwy: Słaba samonastawność. PA req = 100... 200μm. 8
Montaż w elektronice_cz.03_elementy elektroniczne w obudowach BGA i CSP.ppt Inspekcja rentgenowska Wydział Wydział Elektroniki Mikrosystemó Mikrosystemów i Fotoniki Politechnika Wrocł Wrocławska ul. Grabiszyń Grabiszyńska 97, 5353-439 Wrocł Wrocław Inspekcja rentgenowska Wydział Wydział Elektroniki Mikrosystemó Mikrosystemów i Fotoniki Politechnika Wrocł Wrocławska ul. Grabiszyń Grabiszyńska 97, 5353-439 Wrocł Wrocław 9
Inspekcja rentgenowska Identyfikacja braku połą łączeń kontaktów w BGA Brak połączenia kontaktu BGA z polem lutowniczym objawia się wzrostem średnicy kontaktu sferycznego, co można stwierdzić metodami automatycznej inspekcji rentgenowskiej (AXI). Przyczyny wzrostu średnicy kontaktu mogą być jednak inne. 10
Identyfikacja braku połą łączeń kontaktów w BGA Przyczyny: - nierównomierne i/lub zbyt szybkie chłodzenie po lutowaniu rozpływowym, - uwolnienie wewnętrznych naprężeń w płytce, - niesymetria obudowy. Porównując średnice sąsiednich kontaktów można wyznaczyć tabelę poprawek wynikających ze zwichrowania płytki i/lub obudowy. Typowe wady obudów w BGA 11
Nieniszczące ce badania obudów w BGA Inspekcja ultradźwi więkowa 12
Inspekcja ultradźwi więkowa Inspekcja ultradźwi więkowa 13
Inspekcja ultradźwi więkowa Inspekcja ultradźwi więkowa 14
Inspekcja ultradźwi więkowa Inspekcja skaningowa (SEM) 15
Inspekcja skaningowa (SEM) Inspekcja mikroskopowa w podczerwieni 16
Obudowy CSP obwód obudowy obwód struktury < 1,2 Obudowy CSP - klasyfikacja Kategoria CSP z przekładk adką elastomerową CSP z sztywnym podłożem CSP z ażurema CSP na poziomie płytki półprze- wodnikowej Typ montażu TAB drutowy flip-chip drutowy drutowy redystrybucja z podłożem Budowa 17
Montaż w elektronice_cz.03_elementy elektroniczne w obudowach BGA i CSP.ppt Obudowy CSP - zastosowania Aparatura powszechnego użytku. Sprzęt przenośny Karty pamięci, aparaty fotograficzne, kamery wideo, telefony komórkowe, palmtopy, laptopy, karty komputerów PC, napędy dysków Redukcja: wymiarów, wagi, ceny Wydział Wydział Elektroniki Mikrosystemó Mikrosystemów i Fotoniki Politechnika Wrocł Wrocławska ul. Grabiszyń Grabiszyńska 97, 5353-439 Wrocł Wrocław Obudowy CSP przykł przykłady konstrukcji Wydział Wydział Elektroniki Mikrosystemó Mikrosystemów i Fotoniki Politechnika Wrocł Wrocławska ul. Grabiszyń Grabiszyńska 97, 5353-439 Wrocł Wrocław 18
Redystrybucja kontaktów w na poziomie płytki półprzewodnikowej p przewodnikowej (Ultra CSP) 1 2 3 4 5 6 Procedura: 1 - chemiczne nakładanie Ni na kontakty Al (ochrona powierzchni Al), 2 - nakładanie pierwszej warstwy dielektryka (wirówka), naświetlanie UV przez szklaną maskę, wywołanie, utwardzenie (otrzymuje się warstwę z otworami do Ni), 3 - aktywowanie powierzchni dielektryka pod przyszłą warstwę metaliczną oraz nałożenie drugiej warstwy dielektryka (otrzymuje się wzór ścieżek przewodzących), 4 - chemiczne nakładanie Cu (4μm) z szybkością około 2μm/h, 5 - nakładanie trzeciej warstwy dielektryka (maska lutownicza z otworami na kontakty sferyczne), 6 - chemiczne nakładanie Ni/Au, drukowanie pasty lutowniczej i topienie rozpływowe. Obudowy CSP testowanie 19
Obudowy CSP typowe procedury testowania Szok temperaturowy Cyklicznie zmienna temperatura Gotowanie pod ciśnieniem HAST Stała wysoka temperatura Szok mechaniczny Lutowność Test Typowe wymagania 0 0 C... 100 0 C 600 cykli 121 0 C, 100% RH, 2 atm, 96 h 125 0 C, 1000 h JEDEC 22-B Wyższe wymagania -55 0 C... +125 0 C metoda A110, 100 cykli -55 0 C... +125 0 C 1000 cykli 121 0 C, 100% RH, 2 atm, 168 h 130 0 C, 85% RH, 5,5 V, 96 h 150 0 C, 1000 h 600 g, 2,5 ms, metoda 2002, 6 osi JEDEC 22-B Obudowy CSP inspekcja rentgenowska 20
Obudowy CSP analiza konstrukcji Stopień wypełnienia obudowy, podziałka elementów w elektronicznych oraz złożonoz oność montażu 21