先進封裝器(qi)件快速貼裝(zhuang)

由於面(miàn)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(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(sheng)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(jing)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(ji)術好10倍。進一(yī)步，與同樣間(jiān)距的🏃‍♀️QFP和TSOP封裝(zhuang)相比🏃，考😘慮回(huí)流焊時的㊙️自(zì)動對位，其貼(tiē)裝精度要求(qiu)要低的多。 
另一(yi)個優點，特别(bié)是倒裝晶片(piàn)，印刷電路闆(pǎn)的占用面積(jī)大大減少。面(mian)形陣列封裝(zhuāng)還可以提供(gong)更好的電路(lù)性能。 
因此，産業(yè)也在朝著面(mian)形陣列封裝(zhuāng)的方向發展(zhǎn)，最小間距爲(wei)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(yǒu)🤟20家跨國公司(sī)正在緻力於(yu)這種系列封(fēng)裝結構的研(yan)究。在🌈今後幾(ji)年，預計裸晶(jīng)片的消耗每(mei)年将增加20%，其(qí)中增長速度(dù)最快的将是(shì)倒裝晶片，緊(jǐn)随其後的是(shi)應用在COB(闆上(shàng)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(nián)的5億片增加(jia)到本世紀末(mò)的25億片，而TAB/TCP消(xiao)耗量則停滞(zhì)不前、甚至出(chū)現負增長，如(rú)預計的那🙇‍♀️樣(yàng)，在1995年隻有7億(yì)左右。 
貼裝方法(fǎ) 
貼(tie)裝的要求不(bú)同，貼裝的方(fāng)法(principle)也不同。這(zhè)些要求包括(kuò)元件拾放能(neng)力、貼裝力度(du)、貼裝精度、貼(tie)裝速度和焊(han)劑的流動性(xìng)等。考✏️慮貼裝(zhuāng)速度時，需要(yào)考慮的一個(ge)主要🥵特性就(jiù)是貼裝精度(du)。 
拾(shi)取和貼裝 
貼裝(zhuang)設備的貼裝(zhuāng)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(jī)🐪x-y平面的支撐(chēng)架上，貼裝頭(tóu)中最重要的(de)是旋轉軸，但(dan)也不要忽🌍略(lue)z軸的移動精(jīng)度。在高性能(neng)貼裝系統中(zhong)，z軸的運動由(yóu)一個微處理(lǐ)器控制，利用(yong)傳感器💜對垂(chui)直移動距離(lí)和貼裝力度(du)進行控☂️制。 
貼裝(zhuāng)的一個主要(yào)優點就是精(jing)密貼裝頭可(kě)以在x、y平🚶面自(zì)由運動，包括(kuo)從格栅結構(gòu)(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(bú)包括其它輔(fu)助動作，如倒(dao)裝晶片塗焊(han)劑等。 
隻有一個(ge)貼裝頭的簡(jian)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(yang)的系統，支撐(cheng)架上配備有(yǒu)高精度貼🔞裝(zhuang)頭及多吸嘴(zui)旋轉頭(revolver head)(圖1)，可(ke)以貼裝大尺(chi)寸的BGA和QFP封裝(zhuāng)。旋轉(或稱shooter)頭(tóu)可✍️處理形狀(zhuang)不規則的器(qi)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(fa)稱做"收集、拾(shi)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(shi)取和貼📞裝設(shè)備💔采用一個(ge)旋轉頭 

配(pèi)有倒裝晶片(pian)旋轉頭的高(gao)性能SMD貼裝設(she)備在市場上(shang)已經出現。它(ta)可以高速貼(tiē)裝倒裝晶片(piàn)和球栅直徑(jing)爲125μm、管腳間距(ju)大約爲200μm的🤞μBGA和(he)CSP晶片。具有收(shōu)集、拾取和貼(tie)裝功能設備(bei)🙇‍♀️的貼裝⭐速度(du)大約是5000cph。 
傳統的(de)晶片吸槍 
這樣(yàng)的系統帶有(you)一個水平旋(xuan)轉的轉動頭(tou)，同時從移動(dòng)的送料器上(shang)拾取器件，并(bìng)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(su)度較快，由於(yú)PCB闆的運動而(er)使精👌度🧑🏽‍🤝‍🧑🏻降低(di) 

理論上，系(xì)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(shan)格盤； 
彈簧驅動(dòng)的真空吸嘴(zui)在z軸上運動(dong)中不允許進(jin)行工時優化(huà)，或💜不能可靠(kào)地從傳送帶(dài)上拾取裸片(pian)(die)； 
對(dui)大多數面形(xíng)陣列封裝，貼(tie)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(wei)微型倒裝晶(jīng)片塗焊劑。 
收集(ji)和貼裝 

圖(tu)3：在拾取和貼(tie)裝系統，射槍(qiang)頭可以與栅(shan)格盤更換裝(zhuang)置一同工作(zuo) 
在(zài)"收集和貼裝(zhuang)"吸槍系統中(zhong)(圖3)，兩個旋轉(zhuan)頭都裝在x-y支(zhi)💰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(ge)盤上的任意(yi)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(xià)達到80μm的貼裝(zhuāng)精❤️度和20,000pch貼🤞裝(zhuāng)速度。通過改(gǎi)變系統的定(ding)位動态特性(xìng)和球栅的尋(xun)找算法，對📞於(yú)面形陣列封(feng)裝，系統可在(zai)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(wei)了對不同的(de)貼裝設備有(you)一個整體了(le)解，你需要🎯知(zhi)道影響面形(xíng)陣列封裝貼(tiē)裝精度的主(zhu)要因素。球栅(shān)貼裝精度P\/\/ACC\/\/依(yī)賴於球栅合(hé)金的類型、球(qiu)栅的數目和(he)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(shu)面形陣列封(feng)裝的貼裝精(jīng)度要求較低(dī)。
注(zhù)：插入方程 
對沒(mei)有阻焊膜的(de)園形焊盤，允(yun)許的最大貼(tiē)裝偏差等於(yú)PCB焊盤的半徑(jing)，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(han)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(zhuāng)的貼裝精度(dù)要求爲0.15mm；如果(guǒ)🐇球栅直徑爲(wèi)100μm、間距爲175μm，則精(jing)度要求爲50μm。 
在帶(dài)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(fa)生也很有限(xiàn)。因此，貼裝的(de)精度要🌐求就(jiù)高。 
焊劑的應用(yòng) 
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(xu)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(jin)焊。 
圖4：焊劑塗覆(fu)方法已證明(ming)性能可靠，但(dan)隻适用於低(di)黏💋度的焊劑(jì)焊劑塗覆 液(ye)體焊劑 基闆(pan) 倒裝晶片 倒(dao)裝晶片貼👅裝(zhuāng) 

塗覆單元(yuan)就安裝在貼(tiē)裝頭的附近(jìn)。倒裝晶片貼(tiē)裝🌂之💛前，在貼(tiē)裝位置上塗(tú)上焊劑。在貼(tiē)裝位置中心(xin)塗覆的劑量(liàng)🛀🏻，依賴於倒💃裝(zhuang)晶片的尺寸(cun)和焊劑在特(te)定材料上的(de)浸潤特性而(er)定。應該确保(bǎo)焊劑塗覆面(miàn)積要足夠大(da)，避免由於誤(wu)差而引起焊(han)盤的漏塗。 
爲了(le)在無清洗制(zhi)程中進行有(you)效的填充，焊(han)劑必須是無(wú)清洗(無殘渣(zhā))材料。液體焊(han)劑裏面總是(shi)很少包含固(gu)體物質，它最(zuì)适合應用在(zài)無清洗制程(cheng)。 
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(fāng)🙇‍♀️法可以解決(jué)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(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(zhè)會使産量降(jiang)低。 
你可以調整(zheng)傳送帶的加(jia)速度和減速(su)度，使之與焊(han)劑的黏附性(xìng)相匹配。傳送(sòng)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(shì)它的周期相(xiang)對較長，對🥵每(měi)😄一個⚽要塗覆(fù)的器件，貼裝(zhuāng)時間增加大(dà)約1.5s。 
浸焊方法 
在這(zhè)種情況，焊劑(ji)載體是一個(gè)旋轉的桶，并(bìng)用刀片把它(tā)刮成一個焊(han)劑薄膜(大約(yue)50μm)，此方法适用(yong)於高黏度的(de)焊劑。通過隻(zhī)需在球栅的(de)底部浸焊劑(ji)，在制程過程(chéng)中可以減少(shao)焊劑🌈的消耗(hao)。 
此(cǐ)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(zhuang)晶片球栅和(hé)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(jìn)焊劑和光學(xue)球栅對正之(zhi)後進行貼裝(zhuāng)。這種情況下(xià)，焊劑材料會(huì)影響光學球(qiú)栅對正的圖(tú)像🌐。 浸焊🌈劑方(fāng)法不太适用(yong)於揮發能力(lì)高的焊劑，但(dàn)它的速度比(bǐ)塗覆方法的(de)要快得多。根(gen)據貼裝方法(fa)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(jí)、貼裝爲0.3s. 
當用标(biāo)準的SMT貼裝球(qiu)栅間距爲0.5mm的(de)μBGA或CSP時，還有一(yi)些事情應該(gāi)注意：對應用(yong)混合技術(采(cǎi)用μBGA/CSP的标準SMD)的(de)産品，顯然最(zuì)關鍵的制程(cheng)過程💜是焊劑(ji)塗覆印刷。邏(luo)輯上✌️說，也可(kě)♋采用綜合傳(chuan)統的倒裝💘晶(jing)片制💁程和焊(han)劑應用的貼(tie)裝♉方法。 
所有的(de)面形陣列封(fēng)裝都顯示出(chu)在性能、封裝(zhuang)密度和節約(yue)成本🏃‍♂️上的潛(qián)力。爲了發揮(hui)在電子生産(chan)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(zhuang)設備來講，大(dà)量的工作集(jí)中在視覺技(ji)術、更高的産(chan)量和精度。

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