由於面(mian)形陣列封裝(zhuāng)越來越重要(yao),尤其是在汽(qi)車、電訊和計(ji)算機👣應用等(deng)領域,因此生(shēng)産率成爲讨(tǎo)論的💚焦點🈲。管(guǎn)腳間距小於(yú)0.4mm、既是0.5mm,細間距(ju)QFP和TSOP封裝的主(zhǔ)要問題是生(shēng)産率低。然而(er),由於面形陣(zhen)列封裝的腳(jiao)距不📧是很小(xiao)(例如,倒裝晶(jīng)♋片小於200μm),回流(liú)焊之後,dmp速率(lǜ)至少比傳統(tong)的細間距技(ji)術好10倍。進一(yi)步,與同樣間(jian)距的🔞QFP和TSOP封裝(zhuang)相比,考慮回(hui)流焊時的自(zì)動對位,其貼(tiē)裝精度要求(qiú)要低的多。
另一(yī)個優點,特别(bié)是倒裝晶片(pian),印刷電路闆(pan)的占用面積(ji)🆚大大減少。面(mian)形陣列封裝(zhuāng)還可以提供(gòng)更好的電路(lù)性能。
因此,産業(yè)也在朝著面(miàn)形陣列封裝(zhuang)的方向發展(zhan),最小間距爲(wèi)0.5mm的μBGA和晶片級(jí)封裝CSP(chip-scale package)在不斷(duàn)地吸引人們(men)注意,至💃少有(yǒu)20家跨國公司(sī)正在緻力於(yú)這種系列封(feng)裝結構的研(yan)究。在今後幾(ji)年,預計裸晶(jīng)片的消耗每(měi)年将增加20%,其(qi)中增長速度(du)最快的将是(shì)倒裝晶片,緊(jǐn)随其後的是(shi)應用在COB(闆上(shang)直接貼裝)上(shang)的裸晶片。
預計(ji)倒裝晶片的(de)消耗将由1996年(nián)的5億片增加(jia)到本世紀🙇♀️末(mò)的25億片,而TAB/TCP消(xiāo)耗量則停滞(zhi)不前、甚至出(chū)現負增㊙️長,如(ru)預計☁️的那樣(yang),在1995年隻有7億(yì)左右。
貼裝方法(fa)
貼(tiē)裝的要求不(bu)同,貼裝的方(fāng)法(principle)也不同。這(zhe)些要求包括(kuò)🈲元件拾⭐放能(néng)力、貼裝力度(dù)、貼裝精度、貼(tiē)裝速度和🐉焊(han)劑的流動性(xing)等。考慮貼裝(zhuang)速度時,需要(yao)考慮的一個(gè)主要特性就(jiù)是貼裝㊙️精度(du)。
拾(shi)取和貼裝
貼裝(zhuāng)設備的貼裝(zhuang)頭越少,則貼(tie)裝精度也越(yuè)高。定位軸x、y和(hé)θ的精度影響(xiǎng)整體的貼裝(zhuāng)精度,貼裝頭(tóu)裝在貼裝機(ji)x-y平面🐇的支撐(cheng)架上,貼裝頭(tou)中最重要的(de)是旋轉🍓軸,但(dàn)也不要忽略(luè)z軸的移動精(jīng)度。在高性能(néng)貼裝系📧統中(zhong),z軸的♊運動由(you)一個微處理(li)器控制,利用(yong)傳感器對垂(chuí)直移動距離(lí)和貼裝力度(du)進行控制。
最(zui)先進的貼裝(zhuang)系統在x、y軸上(shàng)可以達到4 sigma、20μm的(de)精度,主要👣的(de)缺點是貼㊙️裝(zhuang)速度低,通常(cháng)低於2000 cph,這還不(bú)包括其它輔(fǔ)助動作,如倒(dao)裝晶片塗焊(hàn)劑等。
隻有一個(gè)貼裝頭的簡(jian)單貼裝系統(tong)很快就要被(bei)淘汰,取而代(dai)之的是靈活(huó)的系統。這樣(yàng)的系統,支撐(chēng)架上配備有(yǒu)高精度貼裝(zhuāng)頭及多吸嘴(zui)旋轉頭(revolver head)(圖1),可(kě)以貼裝大尺(chi)寸的🔴BGA和QFP封裝(zhuang)。旋轉(或稱shooter)頭(tou)可處理形狀(zhuàng)不🍓規則的器(qì)件、細間距倒(dao)裝晶片,以及(ji)管腳間距小(xiao)至0.5mm的μBGA/CSP晶片。這(zhè)種貼裝方法(fǎ)稱做"收集、拾(shí)取🈲和貼裝"。
圖1:對(duì)細間距倒裝(zhuāng)晶片和其它(ta)器件,收集、拾(shí)取和貼裝設(shè)備采用一個(ge)旋轉頭
配(pei)有倒裝晶片(piàn)旋轉頭的高(gāo)性能SMD貼裝設(she)備在市場上(shàng)♍已經出現㊙️。它(ta)可以高速貼(tiē)裝倒裝晶片(piàn)和球栅直徑(jìng)爲125μm、管腳㊙️間距(ju)大約爲200μm的μBGA和(hé)CSP晶片。具有收(shōu)集、拾取和貼(tie)裝功能設備(bèi)的貼裝速度(dù)大💋約是5000cph。
傳統的(de)晶片吸槍
理論上,系(xì)統的貼裝速(sù)度可以達到(dao)40,000cph,但具有下列(lie)限制:
彈簧驅動(dòng)的真空吸嘴(zuǐ)在z軸上運動(dòng)中不允許進(jìn)行工時⛱️優化(hua),或不能可靠(kao)地從傳送帶(dai)上拾取裸片(piàn)(die);
對(dui)大多數面形(xíng)陣列封裝,貼(tiē)裝精度不能(néng)滿足要求,典(diǎn)型✉️值🈚高於4sigma時(shi)的10μm;
不能實現爲(wèi)微型倒裝晶(jing)片塗焊劑。
收集(jí)和貼裝
圖(tu)3:在拾取和貼(tie)裝系統,射槍(qiang)頭可以與栅(shān)格盤更換🥵裝(zhuāng)⛷️置✌️一🔞同工🐅作(zuo)
貼裝精度(dù)
爲(wèi)了對不同的(de)貼裝設備有(you)一個整體了(le)解,你需要💛知(zhī)道影響面形(xíng)陣列封裝貼(tie)裝精度的主(zhu)要因素。球栅(shān)貼裝精❄️度P\/\/ACC\/\/依(yi)賴於球栅合(he)金的類型、球(qiú)栅的數目和(hé)封裝的重量(liang)等。
這三個因素(su)是互相聯系(xi)的,與同等間(jiān)距QFP和SOP封裝的(de)IC相比,大多數(shù)面形陣列封(fēng)裝的貼裝精(jing)度要求較低(dī)。
注(zhu):插入方程
對沒(méi)有阻焊膜的(de)園形焊盤,允(yun)許的最大貼(tie)裝偏差等於(yu)PCB焊盤✉️的💁半徑(jìng),貼裝誤差超(chāo)過PCB焊盤半徑(jìng)時,球栅🌈和PCB焊(han)盤仍會有機(jī)械的接觸。假(jiǎ)定通常的PCB焊(hàn)盤直徑大緻(zhi)等於球栅的(de)直徑,對球栅(shān)直徑爲0.3mm、間距(jù)爲0.5mm的μBGA和CSP封裝(zhuang)的貼裝精度(dù)要求爲0.15mm;如果(guo)球栅直徑🔞爲(wei)100μm、間距爲175μm,則精(jing)度要求爲50μm。
在帶(dài)形球栅陣列(liè)封裝(TBGA)和重陶(táo)瓷球栅陣列(liè)封裝(CBGA)情況,自(zì)對準即使發(fā)生也很有限(xiàn)。因此,貼裝的(de)精度要求就(jiù)🔞高。
焊劑的應用(yong)
倒(dǎo)裝晶片球栅(shan)的标準大規(gui)模回流焊采(cai)用的爐子❓需(xu)要焊劑。現在(zai),功能較強的(de)通用SMD貼裝設(she)備都帶有内(nei)置的焊劑應(ying)用裝置,兩種(zhǒng)常用的内置(zhì)供給方法🐇是(shì)塗覆(圖4)和浸(jin)焊。
圖4:焊劑塗覆(fù)方法已證明(míng)性能可靠,但(dan)隻适用於低(di)✂️黏🔴度的焊劑(ji)🔴焊劑塗覆 液(yè)體焊劑 基闆(pǎn) 倒裝晶片 倒(dǎo)裝晶片貼🔆裝(zhuāng)
塗覆單元(yuán)就安裝在貼(tie)裝頭的附近(jìn)。倒裝晶片貼(tiē)裝之前,在貼(tiē)♊裝位置上塗(tu)上焊劑。在貼(tie)裝位置中心(xin)塗覆的劑量(liang),依賴於倒裝(zhuāng)晶片的尺寸(cun)和焊劑在特(tè)定材料上📱的(de)浸潤特性而(ér)定。應該确保(bǎo)焊劑塗覆面(mian)積要足夠大(dà),避免由於誤(wu)差而引起焊(hàn)盤的漏塗。
然(rán)而,由於液體(tǐ)焊劑存在流(liú)動性,在倒裝(zhuāng)晶片貼裝之(zhī)後,貼裝系統(tǒng)傳送帶的移(yi)動會引起晶(jing)片的慣性位(wei)移,有兩個方(fang)法可以解決(jué)這個問題:
在PCB闆(pan)傳送前,設定(dìng)數秒的等待(dai)時間。在這個(ge)時間内,倒裝(zhuang)🐉晶片周圍的(de)焊劑迅速揮(hui)發而提高了(le)黏附性✂️,但這(zhe)會使🤟産量降(jiang)低。
你可以調整(zhěng)傳送帶的加(jiā)速度和減速(sù)度,使之與焊(hàn)🚶劑🥵的黏附性(xìng)💔相匹配。傳送(song)帶的平穩運(yun)動不會引起(qi)晶片移位。
焊劑(jì)塗覆方法的(de)主要缺點是(shi)它的周期相(xiàng)對較長,對每(měi)😘一🐇個🐕要❓塗覆(fù)的器件,貼裝(zhuang)時間增加大(dà)約1.5s。
浸焊方法
在這(zhe)種情況,焊劑(ji)載體是一個(gè)旋轉的桶,并(bing)用刀片把它(ta)🚶刮成一個焊(han)劑薄膜(大約(yuē)50μm),此方法适用(yong)於高黏度的(de)焊劑。通過隻(zhi)需在球栅的(de)底部浸焊劑(ji),在制程過程(chéng)中可以減少(shǎo)焊劑的消耗(hào)。
此(ci)方法可以采(cǎi)用下列兩種(zhǒng)制程順序:
• 在光(guāng)學球栅對正(zheng)和球栅浸焊(han)劑之後進行(háng)貼裝。在🌐這個(gè)順序裏,倒裝(zhuang)晶片球栅和(he)焊劑載體的(de)機械接觸會(huì)對貼裝精度(dù)産生負面的(de)影響。
所有的(de)面形陣列封(feng)裝都顯示出(chu)在性能、封裝(zhuāng)密度和💚節🔞約(yuē)成本🏃🏻♂️上的潛(qian)力。爲了發揮(huī)在電子生産(chan)整體領域的(de)效能,需要進(jin)✍️一步的研究(jiū)開發,改進制(zhì)程、材料和設(she)💜備等。就SMD貼裝(zhuāng)設備來講,大(dà)量的工作集(ji)中在♈視覺技(ji)術、更高的産(chan)量和精度🙇♀️。
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