先進封(fēng)裝器件(jiàn)快速貼(tiē)裝

由於(yu)面形陣(zhen)列封裝(zhuang)越來越(yue)重要，尤(yóu)其是在(zai)汽車、電(diàn)訊和📞計(jì)✨算機應(ying)用等領(ling)域，因此(cǐ)生産率(lü)成爲讨(tǎo)論的焦(jiāo)點。管腳(jiǎo)間距❌小(xiao)於🏃🏻0.4mm、既是(shi)0.5mm，細間距(jù)QFP和TSOP封裝(zhuāng)的主要(yao)問題是(shi)生産率(lǜ)低。然而(ér)，由於面(miàn)形陣列(lie)封♻️裝的(de)腳距不(bu)是很小(xiǎo)(例如，倒(dao)裝晶片(pian)小於200μm)，回(huí)流焊之(zhī)後，dmp速率(lǜ)至少比(bǐ)傳統的(de)細間距(jù)技術好(hao)10倍。進一(yī)步，與同(tóng)樣間距(ju)的👈QFP和TSOP封(fēng)裝相比(bi)，考慮回(hui)流焊時(shí)的自動(dòng)對位，其(qi)貼裝精(jing)♊度要求(qiu)要低的(de)多👌。 
另(ling)一個優(yōu)點，特别(bie)是倒裝(zhuāng)晶片，印(yìn)刷電路(lù)闆的占(zhàn)用面✊積(jī)大大♌減(jian)少。面形(xíng)陣列封(fēng)裝還可(ke)以提供(gong)更好的(de)電路性(xing)能。 
因(yin)此，産業(ye)也在朝(cháo)著面形(xíng)陣列封(fēng)裝的方(fang)向發展(zhǎn)，最🤞小間(jian)距🥵爲🔴0.5mm的(de)μBGA和晶片(piàn)級封裝(zhuang)CSP(chip-scale package)在不斷(duàn)地吸引(yin)人們注(zhù)⭕意，至少(shǎo)有20家跨(kuà)♍國公司(sī)正在緻(zhi)力於這(zhe)種系列(liè)封裝結(jie)構的研(yan)究。在🈲今(jīn)後幾📞年(nián)，預計裸(luǒ)晶片的(de)消耗每(mei)年将增(zeng)加20%，其中(zhōng)增長速(su)度最快(kuài)的将是(shi)倒裝晶(jing)片，緊随(sui)其後的(de)是應♊用(yòng)在COB(闆上(shang)直💘接貼(tiē)裝)上的(de)裸晶片(pian)。 
預計(jì)倒裝晶(jīng)片的消(xiao)耗将由(yóu)1996年的5億(yi)片增加(jiā)到本世(shì)✌️紀末的(de)25億片，而(er)TAB/TCP消耗量(liang)則停滞(zhi)不前、甚(shèn)至出現(xian)負增長(zhang)，如預計(ji)的那樣(yàng)，在🥵1995年隻(zhī)有7億左(zuǒ)右。 
貼(tiē)裝方法(fa) 
貼裝(zhuāng)的要求(qiu)不同，貼(tie)裝的方(fang)法(principle)也不(bu)同。這些(xie)要求包(bāo)括元件(jian)拾放能(neng)力、貼裝(zhuang)力度、貼(tiē)裝精度(du)、貼裝速(su)度和焊(han)劑的流(liu)動性等(děng)。考慮貼(tie)裝速度(du)時，需要(yao)考慮的(de)一個主(zhǔ)要特性(xing)就是貼(tie)裝精度(du)。 
拾取(qu)和貼裝(zhuāng) 
貼裝(zhuang)設備的(de)貼裝頭(tou)越少，則(ze)貼裝精(jing)度也越(yue)高。定位(wei)軸x、y和θ的(de)🔅精度影(ying)響整體(ti)的貼裝(zhuāng)精度，貼(tiē)裝頭裝(zhuāng)在貼裝(zhuāng)機📧x-y平面(miàn)⚽的支撐(cheng)架上，貼(tiē)裝頭中(zhōng)最重要(yào)的是旋(xuán)轉軸，但(dan)也不要(yào)忽略z軸(zhou)的移動(dòng)精度。在(zai)高性能(neng)貼裝系(xi)統中，z軸(zhóu)的運動(dòng)由一個(gè)微處理(li)器控制(zhì)，利用傳(chuan)感器💋對(dui)垂直移(yi)動距離(lí)和貼裝(zhuāng)力度進(jìn)行控制(zhi)。 
貼裝(zhuang)的一個(ge)主要優(you)點就是(shi)精密貼(tiē)裝頭可(ke)以在x、y平(píng)🚶‍♀️面自由(you)運㊙️動，包(bao)括從格(gé)栅結構(gou)(waffle)盤上取(qu)料，以及(jí)在固😄定(ding)的仰視(shì)攝像機(ji)上對器(qi)件進行(háng)多項測(cè)量。 
最(zuì)先進的(de)貼裝系(xi)統在x、y軸(zhóu)上可以(yi)達到4 sigma、20μm的(de)精度，主(zhu)要的缺(quē)點是貼(tie)裝速度(du)低，通常(cháng)低於2000 cph，這(zhe)還不包(bāo)括其它(ta)🤞輔助動(dong)作，如倒(dao)裝晶片(piàn)塗焊劑(ji)等。 
隻(zhi)有一個(ge)貼裝頭(tou)的簡單(dān)貼裝系(xi)統很快(kuai)就要被(bèi)淘汰✏️，取(qǔ)而代之(zhi)的是靈(líng)活的系(xì)統。這樣(yàng)的系統(tong)，支撐架(jià)上配備(bei)有高精(jing)度貼裝(zhuāng)頭及多(duō)吸嘴旋(xuan)轉頭(revolver head)(圖(tú)1)，可以貼(tiē)裝大尺(chi)寸的BGA和(hé)QFP封裝。旋(xuán)轉(或稱(chēng)shooter)頭可處(chu)理形狀(zhuang)不規則(zé)的器件(jian)、細間距(ju)倒裝晶(jīng)片，以及(ji)管腳💜間(jiān)距小至(zhì)0.5mm的μBGA/CSP晶片(piàn)。這種貼(tie)裝方法(fǎ)稱🙇🏻做"收(shou)集、拾取(qu)和貼裝(zhuang)"。 
圖1：對(dui)細間距(ju)倒裝晶(jing)片和其(qi)它器件(jiàn)，收集、拾(shí)取和貼(tiē)📐裝設備(bèi)采用一(yi)個旋轉(zhuan)頭 

配有(you)倒裝晶(jing)片旋轉(zhuǎn)頭的高(gāo)性能SMD貼(tiē)裝設備(bèi)在市場(chang)上✌️已經(jīng)出現。它(ta)可以高(gao)速貼裝(zhuang)倒裝晶(jīng)片和球(qiu)栅直徑(jing)爲125μm、管腳(jiao)☔間距♍大(da)約爲200μm的(de)✍️μBGA和CSP晶片(piàn)。具有收(shōu)集、拾取(qǔ)和貼裝(zhuang)功📱能設(shè)備的貼(tiē)裝速度(du)大約是(shi)5000cph。 
傳統(tǒng)的晶片(pian)吸槍 
這樣的(de)系統帶(dài)有一個(ge)水平旋(xuan)轉的轉(zhuan)動頭，同(tong)時從移(yí)動的送(sòng)料器上(shang)拾取器(qì)件，并把(bǎ)它們貼(tie)裝到運(yun)動著的(de)PCB上(圖2)。 
圖2：傳統(tong)的晶片(piàn)射槍速(su)度較快(kuài)，由於PCB闆(pan)的運動(dong)而使😄精(jīng)度💋降低(dī) 

理論上(shang)，系統的(de)貼裝速(su)度可以(yǐ)達到40,000cph，但(dàn)具有下(xia)列限制(zhì)： 
晶片(piàn)拾取不(bu)能超出(chū)器件擺(bǎi)放的栅(shān)格盤； 
彈簧驅(qu)動的真(zhēn)空吸嘴(zuǐ)在z軸上(shàng)運動中(zhong)不允許(xu)進行👉工(gōng)🌂時優化(huà)，或不能(néng)可靠地(dì)從傳送(sòng)帶上拾(shi)取裸片(pian)(die)； 
對大(dà)多數面(mian)形陣列(liè)封裝，貼(tie)裝精度(dù)不能滿(mǎn)足要求(qiú)，典型值(zhí)高於4sigma時(shí)的10μm； 
不(bu)能實現(xiàn)爲微型(xing)倒裝晶(jīng)片塗焊(hàn)劑。 
收(shou)集和貼(tie)裝 

圖3：在(zài)拾取和(hé)貼裝系(xi)統，射槍(qiāng)頭可以(yǐ)與栅格(ge)盤更換(huan)裝🔴置一(yi)同工作(zuò) 
在"收(shōu)集和貼(tiē)裝"吸槍(qiang)系統中(zhōng)(圖3)，兩個(gè)旋轉頭(tou)都裝在(zài)x-y支撐架(jià)上。而後(hòu)，旋轉頭(tou)配有6或(huò)12個吸嘴(zui)，可以接(jiē)觸栅格(gé)盤上的(de)🎯任意位(wèi)置。對於(yu)标準的(de)SMD晶片，這(zhè)個系統(tǒng)可㊙️在4sigma(包(bāo)括theta偏差(chà))下達到(dao)80μm的貼裝(zhuang)精☂️度和(hé)20,000pch貼裝速(sù)度。通過(guo)☎️改變系(xi)統的定(dìng)位動态(tài)特性和(he)球栅的(de)尋找算(suan)法，對於(yú)面形陣(zhèn)列封裝(zhuang)，系統可(ke)☂️在4sigma下達(da)到60μm至80μm的(de)貼裝精(jīng)度和高(gāo)於10,000pch的貼(tiē)☂️裝速度(dù)。 
貼裝(zhuang)精度 
爲了對(dui)不同的(de)貼裝設(she)備有一(yī)個整體(ti)了解，你(nǐ)需要🏃🏻‍♂️知(zhi)道影🌈響(xiǎng)面形陣(zhèn)列封裝(zhuāng)貼裝精(jīng)度的主(zhǔ)要因素(su)。球栅貼(tiē)🌏裝精度(du)P\/\/ACC\/\/依賴於(yu)球栅合(hé)金的類(lei)型、球栅(shan)的數目(mù)和封裝(zhuāng)的重量(liàng)等。 
這(zhe)三個因(yin)素是互(hù)相聯系(xì)的，與同(tóng)等間距(ju)QFP和SOP封裝(zhuang)的IC相比(bi)，大多數(shù)面形陣(zhen)列封裝(zhuāng)的貼裝(zhuang)精度要(yào)求較低(dī)。
注：插(cha)入方程(cheng) 
對沒(mei)有阻焊(hàn)膜的園(yuán)形焊盤(pán)，允許的(de)最大貼(tiē)裝偏差(cha)等㊙️於PCB焊(hàn)盤的半(ban)徑，貼裝(zhuāng)誤差超(chao)過PCB焊盤(pán)半徑時(shí)，球栅和(he)PCB焊盤仍(réng)會有🧑🏽‍🤝‍🧑🏻機(ji)械的接(jiē)觸。假定(dìng)通常的(de)PCB焊盤直(zhí)徑大緻(zhì)等於球(qiú)栅的直(zhi)徑🔱，對球(qiú)栅直徑(jìng)爲0.3mm、間距(ju)爲0.5mm的μBGA和(hé)CSP封裝的(de)貼裝精(jīng)度要求(qiu)爲0.15mm；如果(guo)球栅直(zhí)徑爲100μm、間(jian)距爲175μm，則(zé)精度要(yao)求🏃‍♀️爲50μm。 
在帶形(xíng)球栅陣(zhen)列封裝(zhuāng)(TBGA)和重陶(tao)瓷球栅(shan)陣列封(feng)裝(CBGA)情況(kuang)，自對準(zhǔn)即使發(fa)生也很(hen)有限。因(yīn)此，貼裝(zhuāng)的精度(dù)要求就(jiù)高。 
焊(han)劑的應(yīng)用 
倒(dao)裝晶片(pian)球栅的(de)标準大(da)規模回(hui)流焊采(cai)用的爐(lu)子需要(yào)焊劑。現(xian)在，功能(neng)較強的(de)通用SMD貼(tiē)裝設備(bei)都帶有(yǒu)💯内置的(de)焊劑應(yīng)用裝置(zhì)，兩種常(cháng)用的内(nei)置供給(gěi)方法是(shi)塗覆(圖(tu)4)和浸焊(hàn)。 
圖4：焊(hàn)劑塗覆(fu)方法已(yǐ)證明性(xing)能可靠(kao)，但隻适(shì)用於低(dī)🌏黏度的(de)焊劑☁️焊(han)劑塗覆(fu) 液體焊(hàn)劑 基闆(pan) 倒裝晶(jing)片 倒裝(zhuang)晶片貼(tiē)🔴裝 

塗覆(fù)單元就(jiù)安裝在(zài)貼裝頭(tóu)的附近(jin)。倒裝晶(jing)片貼裝(zhuāng)之前，在(zài)👣貼🌈裝位(wèi)置上塗(tu)上焊劑(jì)。在貼裝(zhuang)位置中(zhōng)心塗覆(fu)的⛹🏻‍♀️劑量(liang)，依賴於(yu)倒裝晶(jīng)片的尺(chi)寸和焊(han)劑在特(te)定💜材料(liao)上的浸(jin)潤特性(xing)而定。應(ying)該确保(bǎo)焊🔴劑塗(tu)覆面積(ji)🛀要足夠(gòu)大，避免(mian)由於誤(wù)差而引(yin)起焊盤(pán)的漏塗(tú)。 
爲了(le)在無清(qīng)洗制程(chéng)中進行(háng)有效的(de)填充，焊(han)劑必須(xū)是無清(qing)洗(無殘(cán)渣)材料(liào)。液體焊(hàn)劑裏面(mian)總是很(hen)少包含(han)固體物(wu)質，它🧑🏽‍🤝‍🧑🏻最(zuì)适👌合應(ying)用在無(wú)清洗制(zhi)程。 
然(ran)而，由於(yu)液體焊(han)劑存在(zài)流動性(xìng)，在倒裝(zhuang)晶片貼(tiē)裝📐之後(hou)🌈，貼裝系(xi)統傳送(sòng)帶的移(yí)動會引(yin)起晶片(pian)的慣性(xìng)位移💘，有(you)兩個方(fang)法可以(yǐ)解決這(zhè)個問題(ti)： 
在PCB闆(pǎn)傳送前(qián)，設定數(shù)秒的等(děng)待時間(jian)。在這個(ge)時間内(nei)，倒🎯裝晶(jing)片周圍(wei)的焊劑(ji)迅速揮(huī)發而提(tí)高了黏(nian)附性，但(dan)這會使(shi)産量降(jiang)低。 
你(nǐ)可以調(diào)整傳送(song)帶的加(jia)速度和(he)減速度(dù)，使之與(yǔ)焊劑的(de)🌂黏附性(xìng)相匹配(pèi)。傳送帶(dài)的平穩(wen)運動不(bú)會引起(qǐ)晶片移(yi)位。
焊(han)劑塗覆(fu)方法的(de)主要缺(que)點是它(ta)的周期(qī)相對較(jiao)長，對每(měi)🎯一個要(yao)塗覆的(de)器件，貼(tie)裝時間(jiān)增加大(da)約1.5s。 
浸(jin)焊方法(fǎ) 
在這(zhe)種情況(kuàng)，焊劑載(zai)體是一(yi)個旋轉(zhuǎn)的桶，并(bing)用刀片(piàn)把它刮(guā)🚶‍♀️成🔱一🔅個(gè)焊劑薄(bao)膜(大約(yue)50μm)，此方法(fa)适用於(yu)高黏度(du)的焊劑(jì)。通過隻(zhi)需在球(qiú)栅的底(di)部浸焊(han)劑，在制(zhi)程過程(cheng)中可以(yi)減少焊(han)劑的消(xiāo)耗。 
此(cǐ)方法可(kě)以采用(yòng)下列兩(liǎng)種制程(cheng)順序： 
• 在光學(xué)球栅對(dui)正和球(qiu)栅浸焊(hàn)劑之後(hòu)進行貼(tiē)裝。在這(zhè)個🔆順序(xu)裏❓，倒裝(zhuāng)晶片球(qiu)栅和焊(hàn)劑載體(ti)的機械(xiè)接觸會(huì)對貼裝(zhuāng)精🐕度産(chan)生負面(miàn)的影響(xiǎng)。 
• 在球(qiú)栅浸焊(han)劑和光(guang)學球栅(shan)對正之(zhi)後進行(háng)貼裝。這(zhè)種情🥰況(kuang)🏃‍♀️下🛀🏻，焊劑(ji)材料會(hui)影響光(guang)學球栅(shān)對正的(de)圖像。 浸(jin)焊劑方(fang)法不💘太(tài)适💔用於(yu)揮發能(neng)力高的(de)焊劑，但(dan)它的速(su)度比塗(tú)覆方法(fa)的要快(kuài)得多。根(gēn)據貼裝(zhuang)方法的(de)不同，每(mei)個器件(jian)附加的(de)時間大(dà)♍約是：純(chún)粹的拾(shí)取、貼裝(zhuang)爲0.8s，收集(ji)、貼裝爲(wei)0.3s. 
當用(yòng)标準的(de)SMT貼裝球(qiú)栅間距(jù)爲0.5mm的μBGA或(huo)CSP時，還有(yǒu)一些事(shi)情應該(gai)注意：對(duì)應用混(hùn)合技術(shu)(采用μBGA/CSP的(de)标準SMD)的(de)産品，顯(xiǎn)然最關(guān)💃鍵的制(zhì)程過程(cheng)是焊劑(jì)塗覆印(yìn)刷。邏輯(jí)上🏃‍♀️說，也(yě)可采用(yong)綜合傳(chuán)統的倒(dao)裝晶片(piàn)制程和(hé)焊劑應(yīng)用的貼(tiē)裝方法(fǎ)。 
所有(you)的面形(xíng)陣列封(feng)裝都顯(xiǎn)示出在(zài)性能、封(fēng)裝密度(du)和節約(yue)成本上(shang)的潛力(li)。爲了發(fa)揮在電(dian)子生産(chǎn)整體領(lǐng)域的效(xiao)能，需要(yao)進一步(bù)的研究(jiū)開發，改(gai)進制程(cheng)、材料和(he)設備等(děng)。就SMD貼裝(zhuāng)設備來(lai)講，大量(liàng)的工作(zuo)集中在(zài)視覺技(jì)術、更高(gāo)的産量(liang)和精度(du)。

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