先進封(fēng)裝器件快速貼(tie)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(ling)域，因此生産率(lü)成爲讨論的焦(jiao)點💞。管腳間距💛小(xiao)於0.4mm、既是📐0.5mm，細間距(ju)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(xiao)(例如，倒裝晶片(piàn)小於200μm)，回流焊之(zhi)後🚩，dmp速率至少比(bǐ)傳統的細📐間距(jù)技術好10倍。進一(yī)步，與同樣間距(ju)的🥰QFP和TSOP封裝相比(bǐ)，考㊙️慮回流焊時(shí)的自動對位，其(qí)貼🛀🏻裝精度要求(qiu)要低的多。 
另一個優(yōu)點，特别是倒裝(zhuāng)晶片，印刷電路(lu)闆的占用面積(jī)🐆大🌈大減少。面形(xíng)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(xing)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(kuà)國公司正在緻(zhì)力於這種系列(lie)封裝結構的研(yan)究。在今後幾年(nián)，預計裸晶片🙇🏻的(de)消耗每年将增(zeng)加20%，其🤟中增長速(su)🈲度最快的将是(shi)倒裝🍓晶片，緊随(suí)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼其後的是應用(yong)在COB(闆上直🧑🏽‍🤝‍🧑🏻接貼(tie)裝)上的裸晶片(piàn)。 
預計(ji)倒裝晶片的消(xiao)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(zhì)不前、甚至出現(xian)負增長，如🏃預計(jì)的那樣，在1995年隻(zhī)🈲有7億左右。 
貼裝方法(fǎ) 
貼裝(zhuang)的要求不同，貼(tie)裝的方法(principle)也不(bú)同。這些要求包(bao)括元件拾放能(neng)力、貼裝力度、貼(tie)裝精度、貼裝速(su)度和焊劑的流(liu)動性等。考慮貼(tie)裝速度時，需要(yao)考慮的一個主(zhu)要特性就是貼(tiē)裝🔅精度。 
拾取和貼裝(zhuang) 
貼裝(zhuāng)設備的貼裝頭(tóu)越少，則貼裝精(jīng)度也越高。定位(wei)㊙️軸x、y和θ的精🈚度影(yǐng)響整體的貼裝(zhuāng)精度，貼裝頭裝(zhuāng)在貼裝機x-y平面(mian)的支撐架上，貼(tiē)裝頭中最重要(yao)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(xi)統中，z軸的❤️運動(dong)由一個微處理(li)器控制，利用傳(chuán)感器📐對垂直移(yi)動距離和貼裝(zhuang)力度進行控制(zhi)。 
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(gou)(waffle)盤上取料，以及(jí)在固定的仰視(shi)攝像♻️機上對器(qi)件進行多項測(cè)量。 
最(zui)先進的貼裝系(xì)統在x、y軸上可以(yi)達到4 sigma、20μm的精度，主(zhǔ)要的♍缺點是貼(tie)裝速度低，通常(cháng)低於2000 cph，這還不包(bao)括其它輔助🥵動(dong)作，如倒㊙️裝晶☔片(piàn)塗焊劑等。 
隻有一個(gè)貼裝頭的簡單(dān)貼裝系統很快(kuài)就要被淘汰，取(qǔ)而代之的是靈(ling)活的系統。這樣(yàng)的系統，支撐架(jia)上配備有高精(jing)度貼裝頭⛷️及多(duo)吸嘴旋轉頭(revolver head)(圖(tú)1)，可以貼裝大尺(chǐ)寸的BGA和QFP封裝🍉。旋(xuán)轉(或稱shooter)頭可處(chù)理形狀不規則(ze)的器件、細間距(ju)🏃‍♀️倒裝晶片，以及(ji)管腳❤️間距小至(zhì)0.5mm的μBGA/CSP晶片。這種貼(tiē)裝方法稱做"收(shou)集、拾取和貼裝(zhuang)"。 
圖1：對(dui)細間距倒裝晶(jīng)片和其它器件(jiàn)，收集、拾取和貼(tie)裝設備采用一(yī)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(ta)可以高速貼裝(zhuāng)倒裝晶片和球(qiu)栅直🏃‍♂️徑爲125μm、管腳(jiao)間距大約爲200μm的(de)μBGA和CSP晶片。具有收(shou)集、拾取和貼裝(zhuang)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(yí)動的🈚送料器上(shang)拾取器件，并把(ba)它們貼裝到運(yun)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(pan)的運動而使精(jing)度🥵降💋低 

理論上(shàng)，系統的貼裝速(sù)度可以達到40,000cph，但(dàn)具有下列限制(zhì)： 
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(zhēn)空吸嘴在z軸上(shang)運動中不允許(xǔ)進行工時優✍️化(hua)，或🤞不能可靠地(di)從傳送帶上拾(shí)取裸片(die)； 
對大多數面(mian)形陣列封裝，貼(tiē)裝精度不能滿(man)足要求，典型值(zhí)高於💋4sigma時的10μm； 
不能實現(xian)爲微型倒裝晶(jing)片塗焊劑。 
收集和貼(tiē)裝 

圖3：在拾取和(hé)貼裝系統，射槍(qiāng)頭可以與栅格(ge)盤更換裝置一(yī)同工⚽作 
在"收集和貼(tiē)裝"吸槍系統中(zhong)(圖3)，兩個旋轉頭(tóu)都裝在x-y支🥰撐架(jià)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(cha))下達到80μm的貼裝(zhuang)精度和20,000pch貼裝速(sù)度。通過改變系(xì)統的定位動态(tai)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(she)備有一個整體(tǐ)了解，你需要知(zhī)🐕道影響面✨形陣(zhèn)列封裝貼裝精(jing)度的主要因素(su)。球栅貼裝精度(dù)P\/\/ACC\/\/依賴於球栅合(hé)金的類型、球栅(shān)的數目和封裝(zhuang)的重量🌂等。 
這三個因(yin)素是互相聯系(xi)的，與同等間距(jù)QFP和SOP封裝的IC相比(bi)，大多數面形陣(zhen)列封裝的貼裝(zhuāng)精度要求較低(dī)。
注：插(chā)入方程 
對沒有阻焊(han)膜的園形焊盤(pán)，允許的最大貼(tie)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(ding)通常的PCB焊盤直(zhi)徑大緻等於球(qiú)栅的直徑，對球(qiu)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(qiu)爲0.15mm；如果球栅直(zhí)徑爲100μm、間距爲175μm，則(zé)精度要求💃爲50μm。 
在帶形(xing)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(fa)生也很有限。因(yīn)此，貼裝的精度(du)要求就高。 
焊劑的應(ying)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(zhi)，兩🔞種常用的内(nei)置供給方法是(shì)塗覆(圖4)和浸焊(han)。 
圖4：焊(han)劑塗覆方法已(yi)證明性能可靠(kào)，但隻适用於低(dī)📧黏度的焊劑焊(hàn)劑塗覆 液體焊(hàn)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(tóu)的附近。倒裝晶(jing)片貼裝之🌈前，在(zài)貼裝位置上塗(tú)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(jìn)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(wu)差而引🏒起焊盤(pan)的😘漏塗。 
爲了在無清(qīng)洗制程中進行(háng)有效的填充，焊(han)劑必須是🏒無清(qing)洗(無✉️殘渣)材料(liào)。液體焊劑裏面(miàn)總是很少包含(hán)固體物質，它最(zuì)适合應用在無(wu)清洗制程。 
然而，由於(yu)液體焊劑存在(zai)流動性，在倒裝(zhuang)晶片貼裝之後(hòu)，貼裝🍉系🌈統傳送(song)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(zhè)個問題： 
在PCB闆傳送前(qián)，設定數秒的等(deng)待時間。在這個(ge)時間内🏃🏻‍♂️，倒裝晶(jing)片周⛱️圍的焊劑(jì)迅速揮發而提(ti)高了黏附性🏃，但(dàn)這會使産量降(jiàng)低。 
你(ni)可以調整傳送(song)帶的加速度和(he)減速度，使之與(yu)焊✉️劑的黏附📐性(xing)相匹配。傳送帶(dai)的平穩運動不(bú)會引起晶片移(yi)位⁉️。
焊(hàn)劑塗覆方法的(de)主要缺點是它(ta)的周期相對較(jiào)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(guā)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(zhī)需在球栅的底(dǐ)部浸焊劑，在制(zhi)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(cheng)順序： 
• 在光學球栅對(duì)正和球栅浸焊(hàn)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(chan)生負面的影響(xiǎng)。 
• 在球(qiú)栅浸焊劑和光(guāng)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(guāng)學球栅對正的(de)圖像。 浸焊劑方(fang)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(fǎ)的要快得多。根(gen)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(shi)取、貼❓裝爲0.8s，收集(ji)、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(hun)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(yòng)綜合傳統的倒(dǎo)裝晶片制程和(hé)焊劑應用的貼(tiē)裝方法。 
所有的面形(xing)陣列封裝都顯(xian)示出在性能、封(feng)裝密度和☂️節約(yue)成本上的潛力(lì)。爲了發揮在電(diàn)子生産整體領(lǐng)域的效能，需要(yào)進♉一步的研究(jiū)開發，改進制程(cheng)、材料和設備等(děng)。就SMD貼裝設備來(lai)講，大量的工作(zuo)集中在視覺技(ji)術✍️、更高的産量(liang)和精度。

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