先進封裝器(qi)件快速貼裝(zhuang)

由於面(mian)形陣列封裝(zhuāng)越來越重要(yào)，尤其是在汽(qì)車、電訊和🌂計(jì)算🈲機應用等(děng)領域，因此生(shēng)産率成爲讨(tao)論的焦點。管(guan)腳間距小於(yu)0.4mm、既是0.5mm，細間距(jù)QFP和TSOP封裝的主(zhǔ)要問題是生(shēng)産率低。然而(ér)，由於面形📐陣(zhen)列封裝的腳(jiao)距不是很小(xiǎo)(例如，倒裝晶(jīng)片小於200μm)，回🔴流(liú)焊之後，dmp速率(lü)至少比傳統(tong)的細間距技(jì)術好10倍。進一(yī)步，與同樣間(jian)距的QFP和TSOP封裝(zhuāng)相比，考慮回(huí)流焊時的自(zì)動對位，其貼(tie)裝精度要求(qiú)要⛹🏻‍♀️低的多。 
另一(yi)個優點，特别(bié)是倒裝晶片(piàn)，印刷電路闆(pan)的占用面積(jī)大大減少。面(miàn)形陣列封裝(zhuāng)還可以提供(gòng)更好的電路(lu)性能。 
因此，産業(ye)也在朝著面(miàn)形陣列封裝(zhuang)的方向發展(zhǎn)，最小間距爲(wèi)0.5mm的μBGA和晶片級(ji)封裝CSP(chip-scale package)在不斷(duàn)地吸引人們(men)注意，至少有(you)20家跨國公司(si)正在緻力於(yu)這種系列封(feng)裝結構的研(yán)究。在今後幾(jǐ)年，預計裸晶(jing)片的消耗每(mei)年将增加20%，其(qí)中增長速❓度(du)最快的将是(shì)倒裝晶片，緊(jǐn)随其後的是(shì)應用在COB(闆上(shang)直接貼裝)上(shàng)的裸晶片。 
預計(jì)倒裝晶片的(de)消耗将由1996年(nian)的5億片增加(jiā)到本世紀末(mò)的💚25億片😄，而TAB/TCP消(xiāo)耗量則停滞(zhì)不前、甚至出(chu)現負增長，如(rú)預計的那樣(yàng)，在1995年隻有7億(yi)左右。 
貼裝方法(fǎ) 
貼(tie)裝的要求不(bú)同，貼裝的方(fang)法(principle)也不同。這(zhe)些要求包括(kuo)元件拾放能(neng)力、貼裝力度(dù)、貼裝精度、貼(tie)裝速度和焊(han)劑的流動性(xing)等。考慮貼裝(zhuang)速度時，需要(yào)考慮的一個(ge)主要特性就(jiù)是貼裝精度(dù)。 
拾(shí)取和貼裝 
貼裝(zhuang)設備的貼裝(zhuang)頭越少，則貼(tie)裝精度也越(yue)高。定位🏃🏻軸x、y和(hé)θ的♻️精度影響(xiang)整體的貼裝(zhuang)精度，貼裝頭(tou)裝在貼裝機(jī)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(dan)也不要忽略(luè)z軸的✨移動精(jing)度。在高性能(néng)貼裝系📐統中(zhong)，z軸的運動由(you)一個微處理(lǐ)器控制，利用(yòng)傳感器對垂(chuí)直移動距離(li)和貼裝力度(dù)進行控制。 
貼裝(zhuang)的一個主要(yao)優點就是精(jing)密貼裝頭可(kě)以在x、y平😄面🌈自(zi)由運動💔，包括(kuo)從格栅結構(gou)(waffle)盤上取料，以(yi)及在固定的(de)仰視攝像機(jī)上對器🔞件進(jìn)行多項測量(liang)。 
最(zui)先進的貼裝(zhuāng)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(zhuāng)速度低，通常(cháng)低於2000 cph，這還不(bu)包括其它輔(fu)助動作，如倒(dǎo)☁️裝晶片塗焊(hàn)劑等。 
隻有一個(gè)貼裝頭的簡(jiǎn)單貼裝系統(tong)很快就要被(bei)淘汰，取而代(dài)之的是靈活(huo)的系統。這樣(yàng)的系統，支撐(cheng)架上配備有(you)高精度貼裝(zhuāng)頭及多吸嘴(zuǐ)旋轉頭(revolver head)(圖1)，可(ke)以貼裝大尺(chǐ)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(jí)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(tā)器件，收集、拾(shi)取和貼❗裝設(shè)備采㊙️用一個(gè)旋轉頭 

配(pèi)有倒裝晶片(piàn)旋轉頭的高(gao)性能SMD貼裝設(shè)備在市場⭕上(shàng)已經出現。它(tā)可以高速貼(tie)裝倒裝晶片(pian)和球栅直徑(jing)爲125μm、管腳間距(ju)大約爲200μm的μBGA和(hé)CSP晶片。具有收(shou)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 
這樣(yàng)的系統帶有(yǒu)一個水平旋(xuán)轉的轉動頭(tou)，同時從移動(dong)的送料器上(shàng)拾取器件，并(bing)把它們貼裝(zhuāng)到運動著的(de)PCB上(圖2)。 
圖2：傳統的(de)晶片射槍速(sù)度較快，由於(yú)PCB闆的運動而(ér)使精度🔞降低(dī) 

理論上，系(xi)統的貼裝速(su)度可以達到(dao)40,000cph，但具有下列(liè)限制： 
晶片拾取(qu)不能超出器(qì)件擺放的栅(shān)格盤； 
彈簧驅動(dong)的真空吸嘴(zui)在z軸上運動(dòng)中不允許進(jin)行工🐉時👌優化(hua)，或不能可靠(kao)地從傳送帶(dài)上拾取裸片(piàn)(die)； 
對(duì)大多數面形(xíng)陣列封裝，貼(tiē)裝精度不能(néng)滿足要求🌈，典(dian)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(ji)和貼裝 

圖(tu)3：在拾取和貼(tie)裝系統，射槍(qiāng)頭可以與栅(shān)格盤更換裝(zhuang)置一同工作(zuo) 
在(zai)"收集和貼裝(zhuāng)"吸槍系統中(zhong)(圖3)，兩個旋轉(zhuǎn)頭都裝在x-y支(zhī)撐架🔞上。而♍後(hou)，旋轉頭配有(yǒu)6或12個吸嘴，可(ke)以接觸栅格(gé)盤上的任意(yì)位置。對於标(biāo)準的SMD晶片，這(zhè)個系統可在(zai)4sigma(包括theta偏差)下(xia)達到80μm的貼裝(zhuang)精度和20,000pch貼裝(zhuāng)速度。通過🐉改(gai)變系統的定(ding)位動🏃🏻态特性(xing)和球栅的尋(xun)找算法，對於(yú)面形陣列✨封(feng)裝，系統可在(zài)4sigma下達到60μm至80μm的(de)貼裝精度和(hé)高於10,000pch的貼裝(zhuang)速度。 
貼裝精度(dù) 
爲(wèi)了對不同的(de)貼裝設備有(yǒu)一個整體了(le)解，你需要知(zhi)道影響面形(xíng)陣列封裝貼(tie)裝精度的主(zhu)要因素。球栅(shan)貼裝精度P\/\/ACC\/\/依(yi)賴於球栅合(hé)金的類型、球(qiú)栅的數目和(he)封裝的重量(liàng)等。 
這三個因素(su)是互相聯系(xì)的，與同等間(jiān)距QFP和SOP封裝的(de)IC相比，大多數(shu)面形陣列封(feng)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(hàn)盤仍會有機(ji)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(shan)直徑爲0.3mm、間距(jù)爲0.5mm的μBGA和CSP封裝(zhuang)的貼裝精度(du)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(dai)形球栅陣列(lie)封裝(TBGA)和重陶(tao)瓷球栅陣列(lie)封裝(CBGA)情🍉況，自(zi)對準⭕即使發(fā)生也很有限(xian)。因此，貼裝的(de)精度要求就(jiu)高。 
焊劑的應用(yong) 
倒(dǎo)裝晶片球栅(shān)的标準大規(guī)模回流焊采(cai)用的爐子需(xū)要焊劑🚶‍♀️。現在(zài)，功能較強的(de)通用SMD貼裝設(shè)備都帶有内(nèi)置✉️的焊劑應(ying)用裝置，兩種(zhong)常用的内置(zhi)供給方法是(shi)塗覆🌂(圖4)和浸(jìn)焊。 
圖4：焊劑塗覆(fu)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(zhuang) 

塗覆單元(yuán)就安裝在貼(tiē)裝頭的附近(jìn)。倒裝晶片貼(tie)裝之前，在貼(tie)裝位置上塗(tú)上焊劑。在貼(tie)裝位置中心(xin)塗🚩覆的劑量(liang)，依賴於倒裝(zhuang)晶片的尺寸(cùn)和焊劑在特(te)定材料上的(de)浸潤特性而(er)定。應該确保(bao)焊🏃‍♂️劑塗覆面(miàn)積要足夠大(da)，避免由於誤(wu)差而引起焊(hàn)盤的漏塗。 
爲了(le)在無清洗制(zhì)程中進行有(you)效的填充，焊(han)劑必須是無(wu)清🔞洗(無殘渣(zha))材料。液體焊(hàn)劑裏面總是(shì)很少包含固(gu)體物質，它最(zui)适合應用在(zài)無清洗制程(cheng)。 
然(ran)而，由於液體(tǐ)焊劑存在流(liú)動性，在倒裝(zhuang)晶片貼裝之(zhī)後🌏，貼裝系統(tong)傳送帶的移(yi)動會引起晶(jīng)片的慣性位(wèi)移，有兩個方(fang)法可以解💃決(jue)這個問題： 
在PCB闆(pǎn)傳送前，設定(dìng)數秒的等待(dai)時間。在這個(gè)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(zhè)會使産量降(jiàng)低。 
你可以調整(zheng)傳送帶的加(jiā)速度和減速(su)度，使之與焊(hàn)劑📐的黏附✉️性(xìng)相匹配。傳送(song)帶的平穩運(yùn)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(mei)一個要塗覆(fu)的器件，貼裝(zhuāng)時間增加大(dà)約1.5s。 
浸焊方法 
在這(zhe)種情況，焊劑(jì)載體是一個(gè)旋轉的桶，并(bing)用刀片🚶把它(tā)刮成一個焊(han)劑薄膜(大約(yue)50μm)，此方法适用(yòng)於高黏💯度的(de)焊劑。通過隻(zhī)需在球栅的(de)底部浸焊劑(jì)，在制程過程(cheng)中可以減少(shao)焊劑💜的消耗(hao)💘。 
此(ci)方法可以采(cǎi)用下列兩種(zhǒng)制程順序： 
• 在光(guang)學球栅對正(zhèng)和球栅浸焊(han)劑之後進行(háng)貼裝。在這個(ge)🎯順♻️序🌈裏🏃‍♂️，倒裝(zhuāng)晶片球栅和(he)焊劑載體的(de)機械接觸會(hui)對貼裝精度(dù)産👉生負面的(de)影響。 
• 在球栅浸(jin)焊劑和光學(xue)球栅對正之(zhi)後進行貼裝(zhuāng)。這種情🍓況下(xia)，焊劑材料會(huì)影響光學球(qiu)栅對正的圖(tu)像。 浸焊劑方(fāng)法不太适用(yong)於揮發能力(li)高的焊劑，但(dàn)它的速度♌比(bi)塗覆方法的(de)要快得多。根(gen)據貼裝方法(fǎ)的不同，每個(ge)器件附加的(de)時間大約是(shì)：純粹的拾取(qu)、貼裝爲0.8s，收集(ji)、貼裝爲0.3s. 
當用标(biao)準的SMT貼裝球(qiu)栅間距爲0.5mm的(de)μBGA或CSP時，還有一(yī)些事情應該(gai)注♍意：對應用(yòng)混合技術(采(cai)用μBGA/CSP的标準SMD)的(de)産品🌈，顯然🥰最(zui)關鍵的制程(chéng)過程是焊劑(jì)塗覆印刷。邏(luo)輯上說，也可(ke)采用綜合傳(chuán)統的倒裝晶(jīng)片制👈程和焊(hàn)劑應用的貼(tie)裝方法。 
所有的(de)面形陣列封(fēng)裝都顯示出(chū)在性能、封裝(zhuang)密度和節約(yue)成本上的潛(qian)力。爲了發揮(huī)在電子生産(chǎn)整體領域的(de)效能，需要進(jìn)一步的研究(jiū)開發，改進制(zhi)程、材料和設(she)備等。就SMD貼裝(zhuāng)設備來講，大(dà)量的工作集(jí)中在視覺技(ji)術、更高的産(chǎn)量和精度。

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