Leiterplattentechnisch - Schnelle Montage von fortschrittlichen PCB-Verpackungsgeräten

Als Leiterplattenoberfläche Array Packaging wird immer wichtiger, insbesondere in den Bereichen Automotive, Telekommunikations- und Computeranwendungen, Produktivität steht im Mittelpunkt der Diskussion. Die Pin Pitch ist kleiner als 0.4mm, die 0 ist.5mm. Das Hauptproblem von Fine Pitch QFP und TSOP Paketen ist die geringe Produktivität. Allerdings, since die pitch of the area array package is not very small (for example, the flip chip is less than 200 μm), nach Reflow-Löten, Die DMP-Rate ist mindestens 10-mal besser als die traditionelle Fine-Pitch-Technologie. Darüber hinaus, verglichen mit den QFP- und TSOP-Paketen der gleichen Tonhöhe, Berücksichtigung der automatischen Ausrichtung beim Reflow-Löten, die Anforderungen an die Montagegenauigkeit sind viel geringer.

Ein weiterer Vorteil, insbesondere der Flip-Chip, ist der Footprint der Leiterplatte stark reduziert. Das Oberflächenarray-Paket kann auch eine bessere Schaltungsleistung bieten.

Daher, the Leiterplattenindustrie entwickelt sich auch in Richtung Oberflächenarray-Verpackung. μBGA mit einer Mindesthöhe von 0.5mm and chip-scale package (CSP) are constantly attracting people’s attention. Mindestens zwanzig multinationale Unternehmen arbeiten daran. Diese Reihe von Paketstrukturforschung. In den nächsten Jahren, Es wird geschätzt, dass der Verbrauch von blanken Chips um 20% jedes Jahr steigen wird. Die schnellste Wachstumsrate wird Flip-Chip Chips sein, followed by bare chips used on COB (Direct Mounting on Board).

Es wird geschätzt, dass der Verbrauch von Flip-Chip-Chips Ende dieses Jahrhunderts von 500 Millionen in 1996 auf 2,5 Milliarden steigen wird, während der Verbrauch von TAB/TCP stagnierte oder sogar ein negatives Wachstum zeigte. Erwartungsgemäß waren es nur etwa 700 Millionen in 1995.

MontageMethodee

Die Montageanforderungen sind unterschiedlich, und auch die Montagemethode (Prinzip) ist unterschiedlich. Diese Anforderungen umfassen die Pick-and-Place-Fähigkeit der Bauteile, die Platzierungsstärke, die Platzierungsgenauigkeit, die Platzierungsgeschwindigkeit und die Fließfähigkeit des Flusses. Bei der Betrachtung der Platzierungsgeschwindigkeit ist eines der wichtigsten Merkmale, die zu berücksichtigen sind, die Platzierungsgenauigkeit.

Pick and Place

Je weniger Bestückungsköpfe der Bestückungsgeräte vorhanden sind, desto höher ist die Bestückungsgenauigkeit. Die Genauigkeit der Positionierachsen x, y und θ beeinflusst die Gesamtplatzierungsgenauigkeit. Der Bestückungskopf wird auf dem Trägerrahmen der xy-Ebene der Bestückungsmaschine montiert. Der wichtigste Teil des Platzierungskopfes ist die Rotationsachse, aber ignorieren Sie nicht die Bewegungsgenauigkeit der z-Achse. Im Hochleistungsplatzierungssystem wird die Bewegung der z-Achse durch einen Mikroprozessor gesteuert, der vertikale Bewegungsabstand und die Platzierungskraft werden durch Sensoren gesteuert.

Einer der Hauptvorteile der Platzierung besteht darin, dass sich der Präzisionsplatzierungskopf frei in der x- und y-Ebene bewegen kann, einschließlich des Entnehmens von Materialien von der Waffelplatte und der Durchführung mehrerer Messungen am Gerät auf einer festen blickenden Kamera.

Das fortschrittlichste Platzierungssystem kann 4-Sigma- und 20μm-Genauigkeit auf der x- und y-Achse erreichen. Der Hauptnachteil ist, dass die Platzierungsgeschwindigkeit niedrig ist, in der Regel weniger als 2000 cph, was keine anderen Hilfsaktionen, wie Flip-Chip-Beschichtungsfluss beinhaltet. Warte.

Das einfache Bestückungssystem mit nur einem Bestückkopf wird bald entfallen und durch ein flexibles System ersetzt. In einem solchen System ist der Tragrahmen mit einem hochpräzisen Platzierungskopf und einem Revolverheld ausgestattet, der großformatige BGA- und QFP-Pakete montieren kann. Der rotierende (oder Shooter) Kopf kann unregelmäßig geformte Geräte, Fine-Pitch Flip-Chip Chips und μBGA/CSP Chips mit einer Pin Pitch bis 0,5mm verarbeiten. Diese Platzierungsmethode wird als "Sammeln, Picken und Platzieren" bezeichnet.

Hochleistungs-SMD-Bestückungsgeräte mit Flip-Chip-Spinköpfen sind auf dem Markt erschienen. Es kann Flip-Chips und μBGA und CSP Chips mit einem Kugelgitterdurchmesser von 125μm und einer Stiftneigung von ca. 200μm bei hoher Geschwindigkeit montieren. Die Platzierungsgeschwindigkeit von Geräten mit Sammel-, Kommissionier- und Platzierungsfunktionen beträgt ca. 5000cph.

PCB-Sammlung und -Platzierung

Beim Sniffersystem "collect and place" sind beide rotierenden Köpfe auf dem x-y Tragrahmen montiert. Dann ist der Drehkopf mit 6 oder 12 Saugdüsen ausgestattet, die jede Position auf der Gitterplatte berühren können. Für Standard-SMD-Chips kann dieses System eine Platzierungsgenauigkeit von 80μm und eine Platzierungsgeschwindigkeit von 20.000pch bei 4sigma (einschließlich Theta-Abweichung) erreichen. Durch Ändern der Positionierungsmechanismen des Systems und des Suchalgorithmus des Kugelgitters kann das System für das Oberflächenarray-Paket eine Platzierungsgenauigkeit von 60μm bis 80μm und eine Platzierungsgeschwindigkeit höher als 10.000pch unter 4sigma erreichen.

Montagegenauigkeit

Um ein umfassendes Verständnis der verschiedenen Platzierungsgeräte zu haben, müssen Sie die Hauptfaktoren kennen, die die Platzierungsgenauigkeit des Area Array Pakets beeinflussen. Die Genauigkeit der Platzierung des Kugelgitters P\/\/ACC\/\/ hängt von der Art der Kugelgitterlegierung, der Anzahl der Kugelgitter und dem Gewicht des Pakets ab.

Diese drei Faktoren hängen miteinander zusammen. Im Vergleich zu ICs gleicher Pitch-QFP- und SOP-Pakete haben die meisten Oberflächenarray-Pakete niedrigere Anforderungen an die Montagegenauigkeit.

Anmerkung: Gleichung einfügen

Bei runden Pads ohne Lötmaske ist die maximal zulässige Montageabweichung gleich dem Radius des PCB Pads. Wenn der Montagefehler den Radius des PCB-Pads überschreitet, gibt es immer noch mechanischen Kontakt zwischen dem Kugelgitter und dem PCB-Pad. Unter der Annahme, dass der Durchmesser des üblichen PCB-Pads ungefähr gleich dem Durchmesser des Kugelgitters ist, ist die Platzierungsgenauigkeit der μBGA- und CSP-Pakete mit einem Kugelgitterdurchmesser von 0,3mm und einer Neigung von 0,5mm erforderlich, um 0,15mm zu sein; Wenn der Kugelgitterdurchmesser 100μm und die Neigung 175μm ist, ist die Genauigkeitsanforderung 50μm.

Im Falle von Tape Ball Grid Array (TBGA) und Heavy Ceramic Ball Grid Array (CBGA) ist die Selbstausrichtung begrenzt, selbst wenn sie auftritt. Daher sind die Präzisionsanforderungen an die Platzierung hoch.

Fluxanwendung

Der Ofen, der beim Standard-großflächigen Reflow-Löten des Flip-Chip-Kugelgitters verwendet wird, benötigt Flussmittel. Heutzutage verfügt die leistungsstärkere SMD-Bestückungsanlage über eingebaute Flussmittelapplikationsgeräte, und die beiden allgemein verwendeten eingebauten Versorgungsmethoden sind Beschichtung und Tauchlöten.

Die Beschichtungseinheit ist in der Nähe des Bestückerkopfes installiert. Vor der Platzierung des Flip-Chips Flux auf die Platzierungsposition auftragen. Die in der Mitte der Montageposition aufgebrachte Dosis hängt von der Größe des Flip-Chips und den Benetzungseigenschaften des Lots auf das spezifische Material ab. Es sollte darauf geachtet werden, dass die Flussmittelbeschichtungsfläche groß genug ist, um fehlende Pads durch Fehler zu vermeiden.

Für eine effektive Abfüllung in einem nicht reinigenden Prozess muss das Flussmittel ein nicht reinigendes (rückstandsfreies) Material sein. Flüssiges Flussmittel enthält immer sehr wenig Feststoffe und eignet sich am besten für nicht reinigende Prozesse.

Aufgrund der Fließfähigkeit des flüssigen Flusses verursacht jedoch nach Flip-Chip-Platzierung die Bewegung des Platzierungssystem-Förderbandes die Trägheitsverschiebung des Chips. Es gibt zwei Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen:

Stellen Sie eine Wartezeit von mehreren Sekunden ein, bevor die Leiterplatte übertragen wird. Während dieser Zeit verdampft der Fluss um den Flip-Chip schnell, um die Haftung zu verbessern, aber dies verringert die Ausbeute.

Sie können die Beschleunigung und Verzögerung des Förderbandes an die Haftung des Flusses anpassen. Die reibungslose Bewegung des Förderbandes verursacht keine Waferverschiebung.

Der Hauptnachteil des Flussbeschichtungsverfahrens ist, dass sein Zyklus relativ lang ist. Für jedes zu beschichtende Gerät erhöht sich die Montagezeit um etwa 1,5s.

Leiterplatten-Tauchlöten method

In diesem Fall ist der Flussmittelträger ein rotierender Eimer, und eine Klinge wird verwendet, um ihn in eine Flussmittelfolie (ca. 50μm) zu kratzen. Dieses Verfahren eignet sich für hochviskose Flussmittel. Durch das Eintauchen des Lots auf den Boden des Kugelgitters kann der Lotverbrauch während des Herstellungsprozesses reduziert werden.

Diese Methode kann die folgenden zwei Prozessabläufe verwenden:

Nachdem das optische Kugelgitter ausgerichtet und das Kugelgitter in Lot getaucht ist, erfolgt die Montage. In dieser Folge wirkt sich der mechanische Kontakt zwischen dem Flip-Chip-Kugelgitter und dem Lötträger negativ auf die Platzierungsgenauigkeit aus.

Das Tauchflussverfahren ist nicht sehr geeignet für den Fluss mit hoher Verflüchtigungsfähigkeit, aber seine Geschwindigkeit ist viel schneller als das Beschichtungsverfahren. Entsprechend den verschiedenen Montagemethoden beträgt die zusätzliche Zeit für jedes Gerät ungefähr: 0,8s für reines Kommissionieren und Montieren und 0,3s für das Sammeln und Montieren

Alle Flächenarray-Pakete haben Potenzial in Bezug auf Leistung, Verpackungsdichte und Kosteneinsparungen gezeigt. Um die Wirksamkeit des gesamten Bereichs der elektronischen Produktion voll auszuschöpfen, sind weitere Forschung und Entwicklung erforderlich und der Herstellungsprozess, die Materialien und die Ausrüstung müssen verbessert werden. Bei SMD-Bestückungsgeräten wird viel Arbeit auf Bildverarbeitungstechnik, höhere Leistung und Präzision konzentriert.