先進封(fēng)裝器件快速貼(tiē)裝

由於面形陣(zhèn)列封裝越來越(yue)重要，尤其是在(zai)汽車、電訊和😍計(ji)☎️算🏃‍♀️機應用等領(lǐng)域，因此生産率(lǜ)成爲讨論的焦(jiao)點。管腳間距小(xiǎo)於0.4mm、既是🐕0.5mm，細間距(jù)QFP和TSOP封裝的主要(yao)問🆚題是生産率(lǜ)低。然而，由於面(mian)形陣列封裝的(de)腳距不是很小(xiǎo)(例㊙️如，倒裝晶片(piàn)小於200μm)，回流焊之(zhi)後，dmp速率至少比(bi)傳統的細間距(ju)技術好10倍。進一(yi)步，與⭐同樣間距(jù)的QFP和TSOP封裝相比(bi)，考🌏慮回流焊時(shi)的自動對位，其(qí)貼裝精度要求(qiú)要低的多。 
另一個優(yōu)點，特别是倒裝(zhuang)晶片，印刷電路(lu)闆的占用🚶面積(jī)大大減少。面形(xing)陣列封裝還可(ke)以提供更好的(de)㊙️電路性能。 
因此，産業(yè)也在朝著面形(xíng)陣列封裝的方(fāng)向發展，最小間(jian)距爲0.5mm的μBGA和晶片(piàn)級封裝CSP(chip-scale package)在不斷(duan)地吸引人們注(zhù)意，至少有20家跨(kua)國公司正在緻(zhì)力於這種系列(liè)封裝結構的研(yán)究。在今後幾年(nián)，預計裸晶片的(de)消耗每年将增(zēng)加20%，其中增長速(sù)度最快的将是(shì)倒裝晶片，緊随(sui)㊙️其後的是應🤟用(yòng)在COB(闆上直接貼(tie)裝)上的🏃‍♀️裸晶片(pian)。 
預計(jì)倒裝晶片的消(xiāo)耗将由1996年的5億(yi)片增加到本世(shi)紀末的25億片，而(ér)TAB/TCP消耗量則停滞(zhi)不前、甚至出現(xiàn)負增長，如預計(ji)的那樣，在1995年隻(zhī)有7億左右。 
貼裝方法(fa) 
貼裝(zhuang)的要求不同，貼(tie)裝的方法(principle)也不(bú)同。這些要求包(bāo)括元件拾放能(néng)力、貼裝力度、貼(tie)裝精度、貼裝速(su)度和焊劑的流(liú)動性等。考慮貼(tie)裝速度時，需要(yào)考慮的一個主(zhu)要特性就💔是貼(tie)裝✏️精度。 
拾取和貼裝(zhuāng) 
貼裝(zhuāng)設備的貼裝頭(tou)越少，則貼裝精(jīng)度也越高。定位(wèi)🔴軸x、y和θ的精度❌影(ying)響整體的貼裝(zhuang)精度，貼裝頭裝(zhuang)在貼裝機x-y平面(mian)的支撐架上，貼(tie)裝頭中最重要(yào)的是旋轉💜軸，但(dàn)也不要忽略z軸(zhóu)的移動精☎️度。在(zài)高性能貼裝系(xì)統中，z軸的運動(dong)由一🌈個微處理(lǐ)器控制，利用傳(chuan)感器對垂直移(yí)動距離和貼裝(zhuāng)力度進行控制(zhì)。 
貼裝(zhuang)的一個主要優(yōu)點就是精密貼(tie)裝頭可以在x、y平(píng)面自由運動，包(bāo)括從格栅結構(gòu)(waffle)盤上取料，以及(jí)在固定的仰視(shi)攝像✊機上⚽對器(qì)件進行多項測(ce)量。 
最(zuì)先進的貼裝系(xì)統在x、y軸上可以(yǐ)達到4 sigma、20μm的精度，主(zhǔ)要的缺點是貼(tie)裝速度低，通常(chang)低於2000 cph，這還不包(bāo)括其它輔助動(dong)作，如倒裝晶片(pian)塗焊劑等。 
隻有一個(gè)貼裝頭的簡單(dān)貼裝系統很快(kuai)就要被淘汰，取(qu)而代🚶‍♀️之的是靈(líng)活的系統。這樣(yàng)的系統，支撐架(jia)上配💋備有🐉高精(jīng)度貼🈲裝頭及多(duō)吸嘴旋轉頭(revolver head)(圖(tu)1)，可以貼裝大尺(chǐ)寸的BGA和QFP封裝。旋(xuan)轉(或稱shooter)頭可處(chu)理形狀不規則(ze)的器件、細間距(ju)🔴倒裝晶片，以及(jí)管腳間距小至(zhi)☀️0.5mm的μBGA/CSP晶片。這種貼(tie)裝方法稱💋做"收(shōu)集、拾取和貼裝(zhuang)"。 
圖1：對(duì)細間距倒裝晶(jīng)片和其它器件(jian)，收集、拾取和貼(tie)裝設備采用👄一(yi)個旋轉頭 

配有(you)倒裝晶片旋轉(zhuan)頭的高性能SMD貼(tiē)裝設備在市場(chang)上已經出現。它(tā)可以高速貼裝(zhuāng)倒裝晶片和球(qiú)栅直徑爲💃🏻125μm、管腳(jiǎo)間距大約爲200μm的(de)μBGA和CSP晶片。具有收(shou)集、拾取和貼裝(zhuāng)功能設備的貼(tiē)裝📐速度大約是(shì)5000cph。 
傳統(tǒng)的晶片吸槍 
這樣的(de)系統帶有一個(ge)水平旋轉的轉(zhuǎn)動頭，同時從移(yi)動的送🐇料器上(shàng)拾取器件，并把(ba)它們貼裝到運(yùn)動著的PCB上(圖2)。 
圖2：傳統(tǒng)的晶片射槍速(sù)度較快，由於PCB闆(pǎn)的運動而使精(jīng)🥵度降🚩低 

理論上(shang)，系統的貼裝速(su)度可以達到40,000cph，但(dàn)具有下列限制(zhi)： 
晶片(piàn)拾取不能超出(chū)器件擺放的栅(shan)格盤； 
彈簧驅動的真(zhen)空吸嘴在z軸上(shang)運動中不允許(xǔ)進行工時優化(huà)，或不能可靠地(di)從傳送帶上拾(shí)取裸片(die)； 
對大多數面(miàn)形陣列封裝，貼(tie)裝精度不能滿(mǎn)足要求，典型值(zhi)高於4sigma時的10μm； 
不能實現(xiàn)爲微型倒裝晶(jīng)片塗焊劑。 
收集和貼(tiē)裝 

圖3：在拾取和(he)貼裝系統，射槍(qiang)頭可以與栅格(gé)盤更換裝置一(yī)同工🙇‍♀️作 
在"收集和貼(tie)裝"吸槍系統中(zhong)(圖3)，兩個旋轉頭(tóu)都裝在x-y支撐架(jia)🔱上。而後，旋轉頭(tou)配有6或12個吸嘴(zuǐ)，可以接觸栅格(gé)盤上的任意位(wèi)置。對於标準的(de)SMD晶片，這個系統(tǒng)可♍在4sigma(包括theta偏差(chà))下達到80μm的貼裝(zhuang)精🐆度和20,000pch貼裝速(sù)度。通過改變系(xi)統的定位動态(tài)特性和球栅的(de)尋找算法，對♍於(yú)面形陣列封裝(zhuang)，系統可在4sigma下達(da)到60μm至80μm的貼裝精(jing)度🔆和高於10,000pch的貼(tie)裝速度。 
貼裝精度 
爲了對(dui)不同的貼裝設(shè)備有一個整體(tǐ)了解，你需要知(zhi)道影響🥵面形陣(zhen)列封裝貼裝精(jīng)度的主要因素(su)。球栅貼裝精度(dù)P\/\/ACC\/\/依賴於球栅合(he)金的類型、球栅(shan)的數目和封裝(zhuang)的重量等。 
這三個因(yin)素是互相聯系(xì)的，與同等間距(ju)QFP和SOP封裝的IC相比(bǐ)，大多數面形陣(zhen)列封裝的貼裝(zhuang)精度要求較低(dī)。
注：插(cha)入方程 
對沒有阻焊(hàn)膜的園形焊盤(pán)，允許的最大貼(tiē)裝偏差等於PCB焊(hàn)盤的半徑，貼裝(zhuāng)誤差超過PCB焊盤(pan)半徑時，球栅和(he)PCB焊💔盤仍會有機(ji)械的接🈲觸。假定(dìng)通常的PCB焊盤直(zhí)徑大緻等於球(qiú)栅🚶的直徑，對球(qiú)栅直徑爲0.3mm、間距(jù)爲0.5mm的μBGA和CSP封裝的(de)貼裝精度要求(qiú)爲0.15mm；如果球栅直(zhi)徑爲100μm、間距爲☔175μm，則(ze)精度要求爲50μm。 
在帶形(xíng)球栅陣列封裝(zhuang)(TBGA)和重陶瓷球栅(shān)陣列封裝(CBGA)情況(kuàng)，自對準🈲即使發(fā)生也很有限。因(yīn)此，貼裝的精度(du)要求就高。 
焊劑的應(yīng)用 
倒(dao)裝晶片球栅的(de)标準大規模回(huí)流焊采用的爐(lu)子需♈要焊😘劑。現(xiàn)在，功能較強的(de)通用SMD貼裝設備(bei)都帶有内置的(de)焊🧑🏾‍🤝‍🧑🏼劑應用裝置(zhì)，兩種常用的内(nèi)置供給方法是(shì)塗覆(圖4)和浸焊(hàn)。 
圖4：焊(han)劑塗覆方法已(yi)證明性能可靠(kào)，但隻适用於低(di)黏度的焊劑焊(han)劑塗覆 液體焊(han)劑 基闆 倒裝晶(jing)片 倒🧑🏾‍🤝‍🧑🏼裝晶片貼(tiē)裝 

塗覆單元就(jiù)安裝在貼裝頭(tou)的附近。倒裝晶(jing)片貼裝之前，在(zai)貼裝位置上塗(tu)上焊劑。在貼裝(zhuāng)位置中心塗❗覆(fù)的劑量，依賴於(yú)倒裝晶片的尺(chi)寸和焊劑在特(te)定材料上💚的浸(jin)潤👨‍❤️‍👨特性而🌈定。應(ying)該🔅确保焊劑塗(tu)覆面積要足夠(gòu)大🤩，避免由於☎️誤(wù)差而引🆚起焊盤(pan)的漏塗。 
爲了在無清(qing)洗制程中進行(hang)有效的填充，焊(hàn)劑必須♍是👈無清(qīng)洗(無☁️殘渣)材料(liao)。液體焊劑裏面(miàn)總是很少包含(hán)固體物質，它最(zui)适合應用在無(wu)清洗制程。 
然而，由於(yu)液體焊劑存在(zài)流動性，在倒裝(zhuang)晶片貼裝🔞之後(hou)，貼裝系統傳送(sòng)帶的移動會引(yǐn)起晶片的慣性(xìng)位移，有兩🐪個方(fāng)法可以解決這(zhe)個問題： 
在PCB闆傳送前(qian)，設定數秒的等(deng)待時間。在這個(ge)時間内，倒裝晶(jīng)片周圍的焊劑(ji)迅速揮發而提(ti)高了黏附性，但(dan)這會使💘産量降(jiang)低。 
你(nǐ)可以調整傳送(sòng)帶的加速度和(hé)減速度，使之與(yǔ)焊劑的黏附性(xìng)相匹配。傳送帶(dai)的平穩運動不(bú)會引起晶片移(yí)位。
焊(han)劑塗覆方法的(de)主要缺點是它(ta)的周期相對較(jiao)長，對每一個⚽要(yào)塗覆的器件，貼(tiē)裝時間增加大(da)約1.5s。 
浸(jìn)焊方法 
在這種情況(kuang)，焊劑載體是一(yi)個旋轉的桶，并(bìng)用刀片把它📱刮(gua)成一個焊劑薄(báo)膜(大約50μm)，此方法(fǎ)适用於高黏度(du)的🚶‍♀️焊劑🔞。通過🤟隻(zhi)需在球栅的底(dǐ)部浸焊劑，在制(zhì)程過程中可以(yi)減少焊劑的消(xiāo)耗🔞。 
此(ci)方法可以采用(yòng)下列兩種制程(chéng)順序： 
• 在光學球栅對(dui)正和球栅浸焊(han)劑之後進行貼(tie)裝。在這個順序(xu)裏，倒裝晶片球(qiu)栅和焊劑載體(tǐ)的機械接觸會(huì)對貼💋裝精🤟度産(chǎn)生負面的影響(xiǎng)。 
• 在球(qiu)栅浸焊劑和光(guang)學球栅對正之(zhī)後進行貼裝。這(zhe)種情況下，焊劑(jì)材料會影響光(guang)學球栅對正的(de)圖像。 浸焊劑方(fāng)法不太适用於(yu)揮發能力高的(de)焊劑，但它的速(su)度比塗覆方法(fa)的要快得多。根(gēn)據貼裝方法的(de)不同，每個器件(jian)附加🚶的時間大(dà)約是：純粹🐉的拾(shí)取、貼裝爲0.8s，收集(jí)、貼裝爲0.3s. 
當用标準的(de)SMT貼裝球栅間距(ju)爲0.5mm的μBGA或CSP時，還有(you)一些事情應該(gai)🌐注意：對應用混(hùn)合技術(采用μBGA/CSP的(de)标準SMD)的産品，顯(xiǎn)然⭕最關鍵的制(zhi)程過程是焊劑(jì)塗覆印刷。邏輯(jí)上🧑🏾‍🤝‍🧑🏼說，也可采用(yong)綜合傳統的倒(dao)裝晶片制✉️程和(he)焊劑應㊙️用的貼(tie)裝🐪方法。 
所有的面形(xíng)陣列封裝都顯(xian)示出在性能、封(feng)裝密度和節約(yuē)成本上的潛力(lì)。爲了發揮在電(dian)子生産整體領(ling)域的效🔞能，需要(yào)進一步的研究(jiu)開發，改進制程(cheng)、材料和設備等(deng)。就SMD貼裝設備來(lái)講，大量的工作(zuò)集中在視覺技(jì)術、更高的産量(liang)和精度。

更(geng)多資訊：/