先進封裝器(qì)件快速貼裝

由於面形(xíng)陣列封裝越來越(yuè)重要，尤其是在汽(qì)車、電訊和計算機(ji)應用等領域，因此(ci)生産率成爲讨論(lun)的焦點。管腳間距(ju)小於0.4mm、既是0.5mm，細間距(ju)QFP和TSOP封裝的主要問(wen)題是生産率低。然(ran)而，由於面形🈚陣列(liè)封裝的腳距不是(shì)很小(例🆚如，倒裝晶(jing)片小於200μm)，回流焊之(zhi)後，dmp速率至少🔴比傳(chuan)統的細間距技術(shu)好10倍。進一步，與同(tong)樣間距的QFP和TSOP封裝(zhuang)相比，考慮回流焊(han)時的自動對位，其(qí)貼裝精度要求要(yào)低的多。 
另一個優點，特别(bié)是倒裝晶片，印刷(shua)電路闆的占用面(miàn)積大大減🥵少。面形(xing)陣列封裝還可以(yǐ)提供更好的🏃電路(lù)性能。 
因(yin)此，産業也在朝著(zhe)面形陣列封裝的(de)方向發展，最❤️小間(jiān)距爲0.5mm的μBGA和晶片級(ji)封裝CSP(chip-scale package)在不斷地吸(xi)引人們注意，至少(shao)有🏃20家跨國公司正(zhèng)📱在緻力於這種系(xì)列封裝結構的研(yán)究。在今後幾年，預(yù)計裸晶片的消耗(hào)每年将增加20%，其中(zhōng)增長速度最快的(de)将是倒裝晶片，緊(jǐn)随💜其後的是應用(yòng)在COB(闆上直接貼裝(zhuang))上的裸晶片。 
預計倒裝晶(jīng)片的消耗将由1996年(nián)的5億片增加到本(běn)世紀末🔅的㊙️25億片，而(er)TAB/TCP消耗量則停滞不(bu)前、甚至出現負增(zeng)💔長，如預計的那樣(yàng)，在1995年隻有7億左右(you)。 
貼裝方(fāng)法 
貼裝(zhuang)的要求不同，貼裝(zhuāng)的方法(principle)也不同。這(zhè)些要求包括元件(jian)拾放能力、貼裝力(li)度、貼裝精度、貼裝(zhuang)速度和焊劑的流(liú)動性等。考慮貼裝(zhuang)速度時，需要考慮(lü)的一個主要特性(xing)就🧑🏽‍🤝‍🧑🏻是貼裝精度。 
拾取和貼(tie)裝 
貼裝(zhuāng)設備的貼裝頭越(yuè)少，則貼裝精度也(yě)越高。定位軸x、y和🙇🏻θ的(de)精度影響整體的(de)貼裝精度，貼裝頭(tou)裝在貼裝機x-y平面(mian)的支撐架上，貼裝(zhuang)頭中最重要的是(shi)旋轉🈲軸，但也不要(yào)忽略z軸的移動精(jīng)度。在高性能貼裝(zhuāng)系統中，z軸的運動(dong)由一個微處理器(qi)控制，利用傳感器(qi)🔴對垂直移動距離(lí)和貼裝力度進行(háng)控制。 
貼(tie)裝的一個主要優(yōu)點就是精密貼裝(zhuāng)頭可以在x、y平面😍自(zì)由運動，包括從格(ge)栅結構(waffle)盤上取料(liao)，以及在固定的仰(yǎng)視🌈攝像機上💋對器(qi)✂️件進行多項測量(liang)。 
最先進(jìn)的貼裝系統在x、y軸(zhóu)上可以達到4 sigma、20μm的精(jīng)度，主要🌈的缺點是(shì)✏️貼裝速度低，通常(cháng)低於2000 cph，這還不包括(kuò)其它輔助動作🌈，如(ru)倒裝晶💋片塗焊劑(jì)等。 
隻有(yǒu)一個貼裝頭的簡(jian)單貼裝系統很快(kuai)就要被淘汰，取而(er)代之的是靈活的(de)系統。這樣的系統(tong)，支撐架❄️上配備有(you)高精⭕度貼裝頭及(ji)多吸嘴旋轉頭(revolver head)(圖(tú)1)，可以貼裝大尺寸(cun)的☀️BGA和QFP封裝。旋轉(或(huò)稱shooter)頭可☔處理形狀(zhuang)不規則的器件、細(xi)間距💁倒裝晶片，以(yi)及管腳間距小至(zhì)🚶0.5mm的μBGA/CSP晶片。這種貼裝(zhuang)方法稱做"收集、拾(shi)取和貼裝"。 
圖1：對細間距倒(dǎo)裝晶片和其它器(qì)件，收集、拾取和貼(tiē)裝設備采用一個(gè)旋轉頭 

配有倒裝晶(jīng)片旋轉頭的高性(xìng)能SMD貼裝設備在市(shi)場上已🔞經出現。它(tā)可以高速貼裝倒(dao)裝晶片和球栅直(zhi)徑爲125μm、管腳♋間距大(dà)約爲200μm的🚩μBGA和CSP晶片。具(jù)有收集、拾取和貼(tiē)裝功能設備的貼(tie)裝速度大約是5000cph。 
傳統的晶(jing)片吸槍 
這樣的系統帶有(yǒu)一個水平旋轉的(de)轉動頭，同時從移(yi)動的送料😍器上拾(shi)取器件，并把它們(men)貼裝到運動☂️著的(de)☂️PCB上(圖2)。 
圖(tu)2：傳統的晶片射槍(qiāng)速度較快，由於PCB闆(pǎn)的運動而使✂️精度(dù)降💯低 

理論上，系統的(de)貼裝速度可以達(dá)到40,000cph，但具有下列限(xiàn)🌈制： 
晶片(piàn)拾取不能超出器(qì)件擺放的栅格盤(pán)； 
彈簧驅(qū)動的真空吸嘴在(zai)z軸上運動中不允(yun)許進行工時優化(hua)，或👌不能可靠地從(cóng)傳送帶上拾取裸(luǒ)片(die)； 
對大(da)多數面形陣列封(feng)裝，貼裝精度不能(néng)滿足要求，典⭕型值(zhi)📐高於4sigma時的10μm； 
不能實現爲微(wēi)型倒裝晶片塗焊(han)劑。 
收集(jí)和貼裝 

圖3：在拾取和(hé)貼裝系統，射槍頭(tóu)可以與栅格盤更(geng)換裝🔴置一同工⚽作(zuò) 
在"收集(jí)和貼裝"吸槍系統(tong)中(圖3)，兩個旋轉頭(tou)都裝在x-y支撐💃架上(shàng)。而後，旋轉頭配有(yǒu)6或12個吸嘴，可以接(jie)觸栅格盤上的任(rèn)意位置。對於🏃标準(zhǔn)的SMD晶片，這個系統(tǒng)可在4sigma(包括theta偏差)下(xià)☀️達到80μm的貼裝精度(dù)和20,000pch貼⭕裝速度。通過(guo)改變系統的定位(wei)動态特性和球栅(shan)的尋找算法，對🤩於(yú)面形陣列封裝，系(xì)統可在4sigma下達到60μm至(zhi)80μm的貼裝精度👣和高(gāo)於10,000pch的貼裝速度。 
貼裝精度(du) 
爲了對(duì)不同的貼裝設備(bèi)有一個整體了解(jiě)，你需要知道影響(xiang)面形陣列封裝貼(tiē)裝精度的主要因(yīn)素。球🏃‍♂️栅貼裝精度(du)P\/\/ACC\/\/依🏃賴於球栅合金(jīn)的類型、球栅的數(shu)目和封裝的重量(liàng)等。 
這三(san)個因素是互相聯(lian)系的，與同等間距(jù)QFP和SOP封裝的IC相比，大(da)多數面形陣列封(feng)裝的貼裝精度要(yào)求較低。
注：插入方程 
對沒有阻焊(hàn)膜的園形焊盤，允(yǔn)許的最大貼裝偏(piān)差💛等💃於PCB焊盤的半(bàn)徑，貼裝誤差超過(guo)PCB焊盤半徑時，球栅(shan)和PCB焊盤仍會有機(ji)械的接🈲觸。假定通(tōng)常的PCB焊盤直徑大(dà)緻等於球栅♌的直(zhí)徑，對球栅直徑爲(wèi)0.3mm、間距爲0.5mm的μBGA和CSP封裝(zhuāng)的貼裝精度要💃🏻求(qiú)爲0.15mm；如果球栅直徑(jìng)爲100μm、間距爲🧑🏾‍🤝‍🧑🏼175μm，則精度(du)要求爲50μm。 
在帶形球栅陣列(liè)封裝(TBGA)和重陶瓷球(qiú)栅陣列封裝(CBGA)情況(kuàng)，自♊對☔準🔞即使發生(shēng)也很有限。因此，貼(tie)裝的精度要求就(jiu)高。 
焊劑(ji)的應用 
倒裝晶片球栅的(de)标準大規模回流(liú)焊采用的爐子需(xū)🥰要焊劑。現在，功能(neng)較強的通用SMD貼裝(zhuang)設備都帶有内置(zhì)的焊劑應用裝置(zhi)，兩㊙️種常用的内置(zhi)供給方法是塗覆(fù)(圖4)和浸焊。 
圖4：焊劑塗覆方(fāng)法已證明性能可(kě)靠，但隻适用於低(dī)黏度的焊劑焊劑(jì)塗覆 液體焊劑 基(jī)闆 倒裝晶片 倒裝(zhuāng)晶片貼🐅裝 

塗覆單元(yuán)就安裝在貼裝頭(tou)的附近。倒裝晶片(pian)貼裝之前，在貼裝(zhuang)位置上塗上焊劑(ji)。在貼裝位置中心(xīn)塗覆的🔅劑量，依賴(lài)於倒裝晶片的尺(chi)寸和焊劑在特定(dìng)材料上的浸潤特(tè)性而🔅定。應該确保(bao)焊劑塗覆面積要(yao)足夠大💁，避免由於(yu)誤差而引起焊盤(pán)的漏塗。 
爲了在無清洗制(zhi)程中進行有效的(de)填充，焊劑必須是(shi)無清💞洗(無殘渣)材(cai)料。液體焊劑裏面(mian)總是很少包含固(gu)♉體物質，它最适🌍合(hé)應用在無清洗制(zhi)程。 
然而(ér)，由於液體焊劑存(cún)在流動性，在倒裝(zhuāng)晶片貼裝🌐之後，貼(tie)裝系統傳送帶的(de)移動會引起晶片(pian)的慣性位移，有兩(liǎng)個方🔴法可以解決(jue)這個問題： 
在PCB闆傳送前，設(she)定數秒的等待時(shí)間。在這個時間内(nèi)，倒裝晶片周圍的(de)焊劑迅速揮發而(er)提高了黏附性，但(dan)這會使産量🚶‍♀️降低(dī)。 
你可以(yǐ)調整傳送帶的加(jia)速度和減速度，使(shi)之與焊劑的黏附(fu)性相匹配。傳送帶(dai)的平穩運動不會(hui)引起晶片移位。
焊劑塗覆(fù)方法的主要缺點(diǎn)是它的周期相對(duì)較長，對每一✨個要(yào)塗覆的器件，貼裝(zhuāng)時間增加大約1.5s。 
浸焊方法(fa) 
在這種(zhong)情況，焊劑載體是(shì)一個旋轉的桶，并(bìng)用刀片把它刮成(cheng)一🌍個焊劑薄膜(大(da)約50μm)，此方法适用於(yú)高黏度的🏃‍♂️焊劑。通(tong)過隻需在球栅的(de)底部浸焊劑，在制(zhi)程過程中可以減(jiǎn)少焊劑😍的消耗。 
此方法可(ke)以采用下列兩種(zhǒng)制程順序： 
• 在光學球栅對(dui)正和球栅浸焊劑(ji)之後進行貼裝。在(zài)這㊙️個💃順♊序裏，倒裝(zhuāng)晶片球栅和焊劑(ji)載體的機械接觸(chu)會對貼😘裝精🐪度産(chǎn)生負面的影響。 
• 在球栅浸(jìn)焊劑和光學球栅(shān)對正之後進行貼(tiē)裝。這種🧡情況🐪下，焊(han)劑材料會影響光(guang)學球栅對正的圖(tu)像。 浸焊劑方法不(bú)太适用於揮發能(neng)力高的焊劑，但它(tā)的速度比塗覆方(fāng)法的要快得多。根(gen)據貼裝方法的不(bu)同，每個器件附加(jia)⁉️的時間大約是：純(chun)粹的拾取、貼裝爲(wei)0.8s，收集、貼裝爲0.3s. 
當用标準的(de)SMT貼裝球栅間距爲(wèi)0.5mm的μBGA或CSP時，還有一些(xie)事㊙️情💜應該㊙️注🧑🏾‍🤝‍🧑🏼意：對(dui)應用混合技術(采(cai)用μBGA/CSP的标準SMD)的産品(pǐn)📱，顯然最關鍵的制(zhi)程過程是焊劑塗(tú)覆印刷。邏輯上說(shuo)，也可采用綜合傳(chuán)統的倒裝晶片制(zhi)程和焊劑應用的(de)貼裝✂️方法。 
所有的面形陣(zhen)列封裝都顯示出(chu)在性能、封裝密度(dù)和節🧡約成本上的(de)潛力。爲了發揮在(zai)電子生産整體領(lǐng)域的效能，需要進(jin)一步的研究開發(fa)，改進制程、材🌈料和(he)設👌備等。就SMD貼裝設(she)備來講，大量的工(gōng)作集中在💘視覺技(jì)術、更高的産量和(he)精度👉。

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