Elektronikindustrie

Betrachtung und Messung von Ball Grid Arrays (BGA) mittels Digitalmikroskop

Die Verbreitung von Mobilkommunikationssystemen der 5. Generation (5G) hat zu einer stärkeren Miniaturisierung und Integration von Halbleiterbauelementen geführt und auch die Nachfrage nach Produktinspektion und -analyse erhöht.
In diesem Abschnitt werden Beispiele für die Betrachtung und Messung von BGA-Bumps vorgestellt, die häufig zu den Messobjekten für Digitalmikroskope gehören.

Typische Chipgehäuse
Typisches Bonding für die IC-Chipmontage
Herstellung der Bumps bei der Flip-Chip-Bondtechnik
Beispiele für die Betrachtung und Messung von BGAs (Bumps) mittels Digitalmikroskop

Typische Chipgehäuse

Mit der zunehmenden Integration von Chipgehäusen hat sich die Oberflächenmontagetechnik (SMT) durchgesetzt. Für hochkomplexe Schaltungen werden Matrix-Typen (BGA-Typen) verwendet.
In diesem Abschnitt werden die folgenden typischen Chipgehäuse für integrierte Schaltungen vorgestellt.

Oberflächenmontagetechnik (SMT): Integrierte Anschlüsse im Gehäuse

SON-Gehäuse (Small Outline No-Leaded): Es handelt sich dabei um SMT-Gehäuse, die jedoch keine seitlich überragenden Kontaktflächen haben. Elektrodenpads sind im Gehäuse als Anschlüsse integriert. Bei SON-Gehäusen befindet sich eine geringe Anzahl an Pins an zwei Seiten des Gehäuses.
QFN-Gehäuse (Quad Flat No-Leaded): Es handelt sich dabei um SMT-Gehäuse, die jedoch keine seitlich überragenden Kontaktflächen haben. Elektrodenpads sind im Gehäuse als Anschlüsse integriert. Bei QFN-Gehäusen befinden sich die Pins an vier Seiten des Gehäuses.

Oberflächenmontagetechnik (SMT): Matrix-Typ des Gehäuses

BGA (Ball Grid Array): Kugelförmige Lötkugeln sind auf der Unterseite des Gehäuses angeordnet und dienen als Anschlüsse.
PGA (Pin Grid Array): Auf der Unterseite des Gehäuses sind Pins angeordnet, die als Anschlüsse dienen.
LGA (Land Grid Array): Elektrodenpads (inkl. Kupferanschlüsse) sind auf der Unterseite des Gehäuses angeordnet, die als Anschlüsse dienen.

Typisches Bonding für die IC-Chipmontage

Drahtbonding

Beim Drahtbonden werden Elektroden von Halbleiterchips mit den elektrischen Anschlüssen von Leiterplatten oder Platinen mittels dünnen Drähten aus Gold, Aluminium oder Kupfer verbunden.

Chipbonden

Die Methode, bei der IC-Chips direkt auf eine Leiterplatte aufgebracht werden, wird Flip-Chip-Montage (FC-BGA) genannt. Kontakte, sogenannte Bumps, werden auf Elektroden eines IC-Chips aufgebracht und anschließend mit den Elektroden einer Leiterplatte verbunden. Dies spart Platz im Vergleich zum Drahtbonden.

Links: IC-Chip

Rechts: Flip (mit der Kontaktierungsseite nach unten)

Herstellung der Bumps bei der Flip-Chip-Bondtechnik

Montage der Lötkugel: Die Lötkugeln werden im Voraus hergestellt, auf die Elektroden gesetzt und dann aufgeschmolzen, um Bumps zu erzeugen. Es können höhere Bumps erzeugt werden, als dies beim Wiederaufschmelzlöten möglich ist. Die einheitliche Größe der Lötkugeln verhindert auch Höhenunterschiede bei den Bumps.
Wiederaufschmelzlöten: Lötpaste wird auf die Elektroden gedruckt und dann aufgeschmolzen, um Bumps zu erzeugen. Der Durchsatz ist hoch, aber es ist schwierig, die Bump-Höhe zu vereinheitlichen.
Galvanotechnik: Für die Herstellung von Lötkugeln wird das Galvanisieren (Elektroplattieren) verwendet. Es können zwar sehr kleine Bumps hergestellt werden, aber der Durchsatz ist gering.

Beispiele für die Betrachtung und Messung von BGAs (Bumps) mittels Digitalmikroskop

Im Folgenden werden die neuesten Beispiele für die Betrachtung und Messung von BGAs (Bumps) mithilfe des 4K-Digitalmikroskops der Modellreihe VHX von KEYENCE vorgestellt.