先進封裝器(qi)件快速貼裝

由於面形(xing)陣列封裝越來越(yue)重要，尤其是在汽(qi)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(wèn)題是生🏃‍♀️産率低。然(ran)而，由於面形陣列(liè)封🐆裝的腳距不是(shi)很小(例如，倒裝晶(jing)片小於200μm)，回流焊之(zhī)後，dmp速率至少🈲比傳(chuán)統的細間距技術(shù)好10倍。進一步，與同(tóng)樣間距的📱QFP和TSOP封裝(zhuang)相比✍️，考慮回流焊(hàn)時的自動對位，其(qi)貼裝精度要求要(yao)低的多。 
另一個優點，特别(bie)是倒裝晶片，印刷(shuā)電路闆的占用面(mian)積大大💰減少。面形(xíng)陣列封裝還可以(yi)提供更好的電路(lu)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(shǎo)有20家跨國公司正(zheng)在緻力於這種系(xi)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(yong)在COB(闆上直🔴接貼裝(zhuāng))上的裸晶片。 
預計倒裝晶(jing)片的消耗将由1996年(nian)的5億片增加到本(ben)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(yang)，在👈1995年隻有7億左右(you)。 
貼裝方(fāng)法 
貼裝(zhuāng)的要求不同，貼裝(zhuāng)的方法(principle)也不同。這(zhe)些要求包括元🔞件(jiàn)拾放能力、貼裝力(li)度、貼裝精度、貼裝(zhuāng)速度和😘焊劑的流(liú)動性等。考慮貼👈裝(zhuāng)速度時，需要考慮(lǜ)的一個主要特性(xìng)就🌍是貼裝精度。 
拾取和貼(tiē)裝 
貼裝(zhuang)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(tóu)裝在貼裝機x-y平面(miàn)的支👌撐架上，貼裝(zhuāng)頭中最重要的是(shi)旋轉❗軸，但也不要(yao)忽略z軸的移動精(jing)度。在高性能貼裝(zhuang)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(li)和貼裝力度進行(hang)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(zi)由運動，包括從格(gé)栅結構(waffle)盤上取料(liào)，以及在固定的仰(yang)視攝像機上對器(qì)件進行多項測量(liàng)。 
最先進(jìn)的貼裝系統在x、y軸(zhóu)上可以達到4 sigma、20μm的精(jing)度，主要的缺點是(shi)🐪貼裝速度低，通常(chang)低於2000 cph，這還不包括(kuò)其它輔助動作，如(rú)倒裝晶片塗焊劑(ji)等。 
隻有(you)一個貼裝頭的簡(jian)單貼裝系統很快(kuài)就要被淘汰，取而(ér)代之的是靈活的(de)系統。這樣的系統(tǒng)，支撐架💋上配✊備有(yǒu)高精度貼裝頭🧑🏽‍🤝‍🧑🏻及(ji)多吸嘴旋轉頭(revolver head)(圖(tu)1)，可以⭐貼裝大㊙️尺寸(cun)的💛BGA和QFP封裝。旋轉(或(huo)稱shooter)頭可處理形狀(zhuang)不規則的器件、細(xì)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(dao)裝晶片和其它器(qì)件，收集、拾取和貼(tiē)裝設備采📱用一個(ge)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(shì)場上已經♈出現。它(ta)可以高速貼裝倒(dǎo)裝晶片和球栅直(zhí)🤩徑爲125μm、管腳間距大(da)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(tú)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(du)降低 

理論上，系統的(de)貼裝速度可以達(da)到40,000cph，但具有下列限(xian)制： 
晶片(piàn)拾取不能超出器(qi)件擺放的栅格盤(pan)； 
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(huà)，或不能可靠地從(cong)傳送帶上拾取裸(luǒ)片(die)； 
對大(da)多數面形陣列封(fēng)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(wei)型倒裝晶片塗焊(han)劑。 
收集(jí)和貼裝 

圖3：在拾取和(he)貼裝系統，射槍頭(tou)可以與栅格盤更(gèng)換裝置一同工作(zuò) 
在"收集(ji)和貼裝"吸槍系統(tong)中(圖3)，兩個旋轉頭(tóu)都裝在‼️x-y支撐😘架上(shang)🤞。而後，旋轉頭配有(you)6或12個吸嘴，可以接(jiē)觸栅格盤上的任(ren)意位置。對於🙇‍♀️标準(zhun)的SMD晶片，這個系統(tong)可在4sigma(包括👨‍❤️‍👨theta偏差)下(xià)😘達到80μm的貼裝精度(du)和20,000pch貼🔴裝速度。通過(guò)改變系統的定位(wèi)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(zhì)☎️80μm的貼裝精度和高(gao)於10,000pch的貼裝速度。 
貼裝精度(dù) 
爲了對(dui)不同的貼裝設備(bèi)有一個整體了解(jie)，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(jin)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(ju)QFP和SOP封裝的IC相比，大(dà)多數面形陣列封(fēng)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(pian)差等於PCB焊盤的半(bàn)徑，貼裝誤差超過(guò)PCB焊盤半徑時，球栅(shān)和PCB焊盤仍會有機(jī)械的接觸。假定通(tong)常的PCB焊盤直徑大(da)緻等😘於球栅的直(zhi)徑，對球栅♍直徑爲(wei)0.3mm、間距爲0.5mm的μBGA和CSP封裝(zhuang)的貼裝精度要💋求(qiú)爲0.15mm；如果球栅直徑(jing)爲100μm、間距爲🌈175μm，則精度(dù)要求爲50μm。 
在帶形球栅陣列(liè)封裝(TBGA)和重陶瓷球(qiu)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(jì)的應用 
倒裝晶片球栅的(de)标準大規模回流(liu)焊采用的爐子需(xu)要焊劑。現在，功能(neng)較強的通用SMD貼裝(zhuāng)設備都帶有内置(zhi)的焊💃🏻劑應用裝置(zhì)，兩種常用的内置(zhì)供給方法是塗覆(fu)(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(di)🔞黏度的✏️焊👅劑焊劑(jì)塗覆 液體焊劑 基(ji)闆 倒裝晶片 倒裝(zhuāng)晶片貼裝 

塗覆單元(yuán)就安裝在貼裝頭(tóu)的附近。倒裝晶片(pian)貼裝之前，在貼✏️裝(zhuāng)位置上塗上焊劑(jì)。在貼裝位置中心(xin)塗覆的劑量，依賴(lai)於倒裝晶片的尺(chi)寸和焊劑在特定(ding)材料上的浸潤✨特(te)性而定。應該确保(bao)焊劑塗覆面積要(yao)足夠大♻️，避免由於(yú)誤差而引🔴起焊盤(pan)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(cái)料。液體焊劑裏面(miàn)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(zhuang)晶片貼裝之🏃‍♂️後，貼(tiē)裝系統傳送帶的(de)移動會引起晶片(pian)的慣性😘位移，有兩(liang)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(jiā)速度和減速度，使(shǐ)之與焊劑的黏附(fù)性♉相匹配。傳送帶(dài)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(yao)塗覆的器件，貼裝(zhuāng)時間增加大約1.5s。 
浸焊方法(fa) 
在這種(zhǒng)情況，焊劑載體是(shì)一個旋轉的桶，并(bìng)用刀片把🆚它⛱️刮成(chéng)一個焊劑薄膜(大(dà)約50μm)，此方法适用於(yú)高黏度的焊劑♉。通(tōng)過隻需💋在球栅的(de)底部浸焊劑，在制(zhì)程🌈過程中可以減(jiǎn)🌈少焊劑🔴的消耗。 
此方法可(kě)以采用下列兩種(zhǒng)制程順序： 
• 在光學球栅對(duì)正和球栅浸焊劑(ji)之後進行貼裝。在(zai)🌍這個順序裏，倒裝(zhuang)晶片球栅和焊劑(ji)載體的機械接觸(chù)會㊙️對貼裝精度産(chan)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(tie)裝。這種情況下，焊(hàn)♻️劑材料會影響光(guāng)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(gēn)據貼裝方法的不(bu)同，每個器件附加(jia)的時間大約是：純(chún)粹的拾取、貼裝爲(wèi)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(xiē)事♋情應該注意🚶：對(duì)應用混合技術(采(cǎi)用μBGA/CSP的标準SMD)的産品(pin)，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(zhì)程和焊劑應🈚用的(de)貼裝方法。 
所有的面形陣(zhèn)列封裝都顯示出(chu)在性能、封裝密度(du)和節🐉約成本上的(de)潛力。爲了發揮在(zài)電子生産整體㊙️領(ling)域的效能，需要進(jin)‼️一步🤩的研究開發(fā)，改進制程、材料和(hé)設備等。就SMD貼裝設(she)💋備來講，大量的工(gōng)作集中在視覺技(ji)術、更高的産量和(he)精度。

更多資(zi)訊：/