Tecnología de PCB - Sobre la colocación de equipos de encapsulamiento avanzado de PCB

La siguiente es una introducción a la colocación rápida de dispositivos de encapsulamiento avanzado en placas de circuito pcb.

A medida que el encapsulamiento de la matriz superficial se vuelve cada vez más importante, especialmente en los campos de la automoción, las telecomunicaciones y las aplicaciones informáticas, la productividad se ha convertido en el foco de discusión. El espaciamiento de los pines es inferior a 0,4 mm, es decir, 0,5 mm. el principal problema de los envases qfps y tsop de espaciamiento fino es la baja productividad. Sin embargo, debido a que el espaciamiento del encapsulamiento de la matriz de área no es muy pequeño (por ejemplo, el chip invertido es inferior a 200 micras), después de la soldadura de retorno, la velocidad DMP es al menos 10 veces mejor que la tecnología tradicional de espaciamiento fino. Además, los requisitos de precisión de instalación son mucho más bajos teniendo en cuenta la alineación automática durante la soldadura de retorno en comparación con los envases qfps y tsop con la misma distancia.

Otra ventaja, especialmente el chip invertido, reduce en gran medida el área ocupada de la placa de circuito impreso de pcb. El encapsulamiento de matriz superficial también puede proporcionar un mejor rendimiento del circuito.

Por lo tanto, la industria también se está moviendo hacia el embalaje de matriz superficial. La bga insular y el paquete a nivel de chip (csp), con una distancia mínima de 0,5 mm, siguen atrayendo la atención de la gente. Al menos 20 multinacionales están trabajando para ello. Una serie de estudios sobre la estructura del embalaje. En los próximos años, se espera que el consumo de chips desnudos crezca a una tasa anual del 20%. El que más crecerá será el chip invertido, seguido del chip desnudo para cob (instalado directamente en el tablero).

Se estima que el consumo de chips invertidos aumentará de 500 millones en 1996 a 2.500 millones a finales de siglo, mientras que el consumo de TAB / TCP se estancará e incluso experimentará un crecimiento negativo. Como era de esperar, la cifra en 1995 era de solo unos 700 millones.

Método de instalación de PCB

Los requisitos de instalación son diferentes y el método de instalación (principio) también es diferente. Estos requisitos incluyen la capacidad de recogida y colocación de componentes, la intensidad de colocación, la precisión de colocación, la velocidad de colocación y la fluidez del flujo. Una de las principales características a considerar al considerar la velocidad de colocación es la precisión de colocación.

Selección y colocación

Cuanto menor sea la cabeza de colocación del equipo, mayor será la precisión de colocación. La precisión de los ejes de posicionamiento x, y e afectará la precisión general de colocación. La cabeza de colocación se instala en el marco de soporte del plano XY donde se coloca la máquina. La parte más importante para colocar la cabeza es el eje de rotación, pero no ignore la precisión de movimiento del eje Z. En un sistema de colocación de alto rendimiento, el movimiento del eje Z está controlado por un procesador, y la distancia de movimiento vertical y la fuerza de colocación están controladas por un sensor.

Una de las principales ventajas de la colocación es que la cabeza de colocación precisa puede moverse libremente en los planos X e y, incluida la extracción del material de la bandeja de waffle y la medición múltiple del dispositivo en una cámara fija de mirada hacia arriba.

El sistema de colocación más avanzado permite una precisión de 4 Sigma y 20 Angstroms en los ejes X e Y. La principal desventaja es la baja velocidad de colocación, generalmente por debajo de 2000cph, que no incluye otros efectos auxiliares, como el flujo de recubrimiento de chip invertido. Esperar

El sistema de colocación simple con solo una cabeza de colocación será eliminado rápidamente y reemplazado por un sistema flexible. En este sistema, el marco de soporte está equipado con una cabeza de colocación de alta precisión y una cabeza giratoria, que permite instalar paquetes bga y qfps de gran tamaño. La cabeza giratoria (o tiradora) puede manejar dispositivos con formas irregulares, chips invertidos con intervalos finos y chips bga / CSP en forma de isla con intervalos de pin tan pequeños como 0,5 mm. este método de colocación se llama "recogida, recogida y colocación".

En el mercado han aparecido dispositivos de colocación de SMD de alto rendimiento equipados con cabezas giratorias de chips invertidos. Puede instalar chips invertidos a alta velocidad, chips bga y CSP con un diámetro de rejilla de 125 micras y una distancia entre los pines de unos 200 micras. La velocidad de colocación de los dispositivos con funciones de recogida, recogida y colocación es de aproximadamente 5000cph.

Olfateador de obleas tradicional

Este sistema tiene una cabeza giratoria que gira horizontalmente mientras recoge los componentes de los alimentadores en movimiento y los une a la placa de circuito PCB en movimiento. En teoría, el sistema puede colocarse a una velocidad de 40.000 cph, pero con las siguientes restricciones:

La recogida de obleas no puede exceder la placa de rejilla donde se coloca el dispositivo;

La boquilla de vacío impulsada por resorte no permite optimizar el tiempo de trabajo durante el movimiento del eje z, o no puede recoger el molde de la cinta transportadora de manera confiable;

Para la mayoría de los envases de matriz superficial, la precisión de colocación no puede cumplir con los requisitos, y el valor típico es superior a 10 ° m en 4sigma;

No se puede lograr la aplicación de flujo en chips micro - invertidos.

Recogida y colocación

En el sistema de olfato "recogida y colocación", ambas cabezas giratorias están instaladas en el soporte X - Y. A continuación, la cabeza giratoria está equipada con 6 o 12 bocas de succión que pueden tocar cualquier posición en la placa de rejilla. Para los chips SMd estándar, el sistema puede lograr una precisión de colocación de 80 Angstroms y una velocidad de colocación de 20000pch bajo 4 Sigma (incluida la desviación theta). Al cambiar las características dinámicas de posicionamiento del sistema y el algoritmo de búsqueda de la rejilla esférica, para el encapsulamiento de la matriz superficial, el sistema puede lograr una precisión de colocación de 60 a 80 micras y una velocidad de colocación superior a 10000pch bajo 4sigma.

Precisión de colocación

Para comprender completamente los diferentes dispositivos de colocación, necesita conocer los principales factores que afectan la precisión de colocación de los envases de matriz facial. La precisión de colocación de la rejilla de bola P ¿ depende del tipo de aleación de rejilla de bola, el número de rejillas de bola y el peso del embalaje.

Estos tres factores están interrelacionados. En comparación con los IC en los envases qfps y SOP con la misma distancia, la mayoría de los envases de matriz superficial requieren una menor precisión de instalación. Nota: insertar la ecuación

Para las almohadillas redondas sin máscara de soldadura, la desviación máxima permitida de instalación es igual al radio de las almohadillas de pcb. Cuando el error de instalación supera el radio de la almohadilla de pcb, todavía habrá contacto mecánico entre la rejilla de bola y la almohadilla de pcb. Suponiendo que el diámetro de la almohadilla de PCB sea aproximadamente igual al diámetro de la rejilla de bola, el requisito de precisión de colocación de la bga en forma de isla con un diámetro de la rejilla de bola de 0,3 mm y una distancia de 0,5 mm y el paquete CSP es de 0,15 mm; Si el diámetro de la rejilla de bola es de 100 Angstroms y el espaciamiento es de 175 angstroms, el requisito de precisión es de 50 angstroms.

En el caso de los envases de matriz de rejilla de bola (tbga) y los envases de matriz de rejilla de bola de cerámica pesada (cbga), si se produce autoajuste, se restringe. Por lo tanto, los requisitos de precisión para la colocación son muy altos.

Aplicación de flujos

El crisol para la soldadura de retorno a gran escala estándar para invertir la rejilla de bola del chip requiere flujo. Hoy en día, los dispositivos universales de colocación de SMD más potentes tienen dispositivos de aplicación de flujo incorporados, y dos métodos comunes de suministro incorporados son el recubrimiento y la soldadura por inmersión.

El dispositivo de recubrimiento se instala cerca de la cabeza de colocación. Aplicar el flujo a la posición de colocación antes de colocar el chip invertido. La dosis aplicada en el Centro de la posición de instalación depende del tamaño del chip invertido y de las características de humectación de la soldadura sobre un material específico. Se asegurará de que el área de recubrimiento del flujo sea lo suficientemente grande como para evitar la pérdida de almohadillas debido a errores.

Para un relleno efectivo durante el proceso no limpio, el flujo debe ser un material no limpio (sin residuos). Los flujos líquidos siempre contienen muy poca materia sólida y son los más adecuados para procesos no limpios.

Sin embargo, debido a la fluidez del flujo líquido, después de la colocación del chip invertido, el Movimiento de la cinta transportadora del sistema de colocación provocará un desplazamiento inercial del chip. Hay dos maneras de resolver este problema:

Antes de transferir el tablero de pcb, establezca un tiempo de espera de unos segundos. Durante este período, el flujo alrededor del chip invertido se evapora rápidamente para aumentar la adherencia, pero esto reducirá la producción.

Puede ajustar la aceleración y la desaceleración de la cinta transportadora para coincidir con la adherencia del flujo. El movimiento constante de la cinta transportadora no provocará el desplazamiento del chip.

La principal desventaja del método de recubrimiento de flujo es que su ciclo es relativamente largo. Para cada dispositivo a recubrir, el tiempo de instalación aumenta en aproximadamente 1,5 S.

Método de soldadura por inmersión de PCB

En este caso, el portador del flujo es un cubo giratorio que se raspa en una película de flujo (unos 50 angstroms) con una cuchilla. Este método es adecuado para flujos de alta viscosidad. Al sumergir la soldadura solo en la parte inferior de la rejilla esférica, se puede reducir el consumo de soldadura durante el proceso de fabricación.