PCB Tecnico - Circa il posizionamento di dispositivi di imballaggio avanzati PCB

Quanto segue è un'introduzione al posizionamento rapido di dispositivi di imballaggio avanzati sui circuiti stampati PCB

Con l'aumentare dell'importanza degli imballaggi per superfici, soprattutto nei settori automobilistico, delle telecomunicazioni e delle applicazioni informatiche, la produttività è diventata al centro della discussione. Il passo del perno è inferiore a 0,4 mm, che è 0,5 mm. Il problema principale dei pacchetti QFP e TSOP del passo fine è la bassa produttività. Tuttavia, poiché il passo del pacchetto array area non è molto piccolo (ad esempio, il chip flip è inferiore a 200 μm), dopo la saldatura a riflusso, la velocità dmp è almeno 10 volte migliore della tradizionale tecnologia a passo fine. Inoltre, rispetto ai pacchetti QFP e TSOP dello stesso passo, considerando l'allineamento automatico durante la saldatura a riflusso, i requisiti di precisione di montaggio sono molto più bassi.

Un altro vantaggio, in particolare il flip chip, l'impronta del circuito stampato PCB è notevolmente ridotta. Il pacchetto dell'array superficiale può anche fornire migliori prestazioni del circuito.

Pertanto, l'industria si sta sviluppando anche nella direzione degli imballaggi di superficie. L'μBGA con un passo minimo di 0,5 mm e il pacchetto chip-scale (CSP) attirano costantemente l'attenzione delle persone. Almeno 20 multinazionali stanno lavorando su questo. Ricerca su una serie di strutture di imballaggio. Nei prossimi anni, si prevede che il consumo di chips nudi aumenterà del 20% ogni anno. Il tasso di crescita più veloce saranno i chip flip-chip, seguiti dai chip nudi utilizzati in COB (Direct Mounting on Board).

Si stima che il consumo di chip flip-chip aumenterà da 500 milioni nel 1996 a 2,5 miliardi alla fine di questo secolo, mentre il consumo di TAB/TCP è stagnato o addirittura ha mostrato una crescita negativa. Come previsto, nel 1995 erano solo circa 700 milioni.

Metodo di montaggio PCB

I requisiti di montaggio sono diversi e anche il metodo di montaggio (principio) è diverso. Questi requisiti includono la capacità di pick-and-place dei componenti, la forza di posizionamento, l'accuratezza di posizionamento, la velocità di posizionamento e la fluidità del flusso. Quando si considera la velocità di posizionamento, una delle caratteristiche principali da considerare è l'accuratezza del posizionamento.

Pick and place

Meno sono le teste di posizionamento dell'apparecchiatura di posizionamento, maggiore è la precisione di posizionamento. L'accuratezza degli assi di posizionamento x, y e Î influisce sulla precisione complessiva del posizionamento. La testa di posizionamento è montata sul telaio di supporto del piano xy della macchina di posizionamento. La parte più importante della testa di posizionamento è l'asse di rotazione, ma non ignorare la precisione di movimento dell'asse z. Nel sistema di posizionamento ad alte prestazioni, il movimento dell'asse z è controllato da un microprocessore e la distanza di movimento verticale e la forza di posizionamento sono controllati da sensori.

Uno dei principali vantaggi del posizionamento è che la testa di posizionamento di precisione può muoversi liberamente nei piani x e y, compreso il prelievo di materiali dal disco waffle e l'esecuzione di più misurazioni sul dispositivo su una telecamera fissa rivolta verso l'alto.

Il sistema di posizionamento più avanzato può raggiungere 4 sigma e 20 μm di precisione sugli assi x e y. Lo svantaggio principale è che la velocità di posizionamento è bassa, di solito inferiore a 2000 cph, che non include altre azioni ausiliarie, come il flusso di rivestimento flip chip. Aspetta.

Il semplice sistema di posizionamento con una sola testa di posizionamento sarà presto eliminato e sostituito da un sistema flessibile. In tale sistema, il telaio di supporto è dotato di una testa di posizionamento ad alta precisione e di una testa revolver, che può montare pacchetti BGA e QFP di grandi dimensioni. La testa rotante (o shooter) può gestire dispositivi di forma irregolare, chip flip-chip a passo fine e chip μBGA/CSP con pitch di pin piccoli fino a 0,5 mm. Questo metodo di posizionamento è chiamato "raccogliere, pick and place".

Sul mercato sono apparse apparecchiature di posizionamento SMD ad alte prestazioni dotate di teste di spin chip flip. Può montare flip-chip e chip μBGA e CSP con un diametro della griglia della sfera di 125μm e un passo del perno di circa 200μm ad alta velocità. La velocità di posizionamento dell'attrezzatura con funzioni di raccolta, picking e posizionamento è di circa 5000cph.

Sniffer tradizionale per wafer

Tale sistema ha una testa rotante che ruota orizzontalmente mentre preleva componenti da un alimentatore in movimento e li attacca al circuito stampato in movimento. Teoricamente, la velocità di posizionamento del sistema può raggiungere i 40.000 cph, ma ha le seguenti limitazioni:

La raccolta delle cialde non può superare la piastra di griglia in cui è posizionato il dispositivo;

L'ugello vuoto a molla non consente l'ottimizzazione delle ore di lavoro durante il movimento dell'asse z o non può prelevare in modo affidabile lo stampo dal nastro trasportatore;

Per la maggior parte dei pacchetti di array di superficie, l'accuratezza del posizionamento non può soddisfare i requisiti e il valore tipico è superiore a 10μm a 4sigma;

Non può realizzare l'applicazione del flusso di saldatura per micro flip chip.

Raccolta e posizionamento

Nel sistema sniffer "raccogliere e posizionare", entrambe le teste rotanti sono montate sul telaio di supporto x-y. Quindi, la testa rotante è dotata di 6 o 12 ugelli di aspirazione, che possono toccare qualsiasi posizione sulla piastra della griglia. Per i chip SMD standard, questo sistema può raggiungere una precisione di posizionamento di 80μm e una velocità di posizionamento di 20.000 pch a 4sigma (compresa la deviazione theta). Cambiando le caratteristiche dinamiche di posizionamento del sistema e l'algoritmo di ricerca della griglia a sfera, per il pacchetto array superficiale, il sistema può raggiungere una precisione di posizionamento di 60μm a 80μm e una velocità di posizionamento superiore a 10.000 pch sotto 4sigma.

Precisione del posizionamento

Per avere una comprensione generale delle diverse apparecchiature di posizionamento, è necessario conoscere i principali fattori che influenzano l'accuratezza di posizionamento del pacchetto array area. La precisione di posizionamento della griglia della sfera P\/\/ACC\/\/ dipende dal tipo di lega della griglia della sfera, dal numero di griglie della sfera e dal peso del pacchetto.

Questi tre fattori sono interconnessi. Rispetto agli IC in pacchetti QFP e SOP con lo stesso passo, la maggior parte dei pacchetti array di superficie ha requisiti di precisione di montaggio inferiori. Nota: Inserisci equazione

Per i cuscinetti rotondi senza maschera di saldatura, la deviazione massima ammissibile di montaggio è pari al raggio del pad PCB. Quando l'errore di montaggio supera il raggio del pad PCB, ci sarà ancora contatto meccanico tra la griglia a sfera e il pad PCB. Supponendo che il diametro del solito pad PCB sia approssimativamente uguale al diametro della griglia a sfera, l'accuratezza di posizionamento dei pacchetti μBGA e CSP con un diametro della griglia a sfera di 0,3 mm e un passo di 0,5 mm è richiesto di essere 0,15 mm; Se il diametro della griglia della palla è 100μm e il passo è 175μm, il requisito di precisione è 50μm.

Nel caso dei pacchetti di griglia a sfera a nastro (TBGA) e dei pacchetti di griglia a sfera in ceramica pesante (CBGA), l'autoallineamento è limitato se si verifica. Pertanto, i requisiti di precisione per il posizionamento sono elevati.

Applicazione del flusso

Il forno utilizzato per la saldatura standard a riflusso su larga scala delle griglie a sfera flip chip richiede flusso. Al giorno d'oggi, l'apparecchiatura di posizionamento SMD per uso generale più potente ha dispositivi di applicazione del flusso incorporati e i due metodi di alimentazione incorporati comunemente utilizzati sono il rivestimento e la saldatura a immersione.

L'unità di rivestimento è installata vicino alla testa di posizionamento. Prima del posizionamento del chip flip, applicare il flusso alla posizione di posizionamento. La dose applicata al centro della posizione di montaggio dipende dalle dimensioni del flip chip e dalle caratteristiche di bagnatura della saldatura sul materiale specifico. Dovrebbe essere garantito che l'area di rivestimento a flusso sia abbastanza grande da evitare la mancanza di cuscinetti a causa di errori.

Per eseguire un riempimento efficace in un processo non pulente, il flusso deve essere un materiale non pulente (nessun residuo). Il flusso liquido contiene sempre pochissima materia solida ed è più adatto per i processi di non pulizia.

Tuttavia, a causa della fluidità del flusso liquido, dopo il posizionamento del chip flip, il movimento del nastro trasportatore del sistema di posizionamento causerà lo spostamento inerziale del chip. Ci sono due modi per risolvere questo problema:

Prima che la scheda PCB venga trasferita, impostare un tempo di attesa di diversi secondi. Durante questo periodo, il flusso intorno al flip chip evapora rapidamente per migliorare l'adesione, ma questo ridurrà la resa.

È possibile regolare l'accelerazione e la decelerazione del nastro trasportatore in base all'adesione del flusso. Il movimento regolare del nastro trasportatore non causerà lo spostamento del wafer.

Lo svantaggio principale del metodo di rivestimento a flusso è che il suo ciclo è relativamente lungo. Per ogni dispositivo da rivestire, il tempo di montaggio aumenta di circa 1,5s.

Metodo di saldatura a immersione PCB

In questo caso, il trasportatore di flusso è una benna rotante, e una lama viene utilizzata per raschiarlo in un film di flusso (circa 50μm). Questo metodo è adatto per il flusso ad alta viscosità. Immendendo solo la saldatura sul fondo della griglia a sfera, il consumo di saldatura può essere ridotto durante il processo di produzione.