Teknik PCB - Peran pemasangan cip pada PCB

PCB yang lebih kecil, termasuk sirkuit flex-ketat, memerlukan salah satu dari tiga kaedah untuk pemasangan cip, bergantung pada aplikasi. Teknologi yang telah menjadi satu-satunya medan produksi setengah konduktor selama bertahun-tahun kini telah migrasi ke papan sirkuit cetak (PCB) proses dan proses produksi hari ini.

Ini bukan PCB tradisional lama yang kami tumbuh dengan; sebaliknya, ia adalah jenis baru papan sirkuit, terutama sirkuit ketat kecil dan sirkuit fleksibel, atau kombinasi kedua-dua, yang dipanggil kombinasi ketat-fleksibel. Semakin banyak produk elektronik kecil, seperti peranti yang boleh dipakai, peranti yang boleh dipakai dan peranti Internet benda, berdasarkan papan sirkuit mikro yang dikemaskini.

Pada tahun 2019 dan di masa depan, kerana produk elektronik yang maju hari ini mengurangi ruang PCB, mikroelektronik akan bermain peran penting. Salah satu alasan untuk saiz papan sirkuit yang berkurang adalah bahawa komponen juga berkurang dalam saiz dan menjadi semakin baik, dan ia semakin sukar untuk mengumpulkan, memeriksa, dan menguji produk.

Contohnya, banyak PCB kecil ini tidak boleh melewati garis pengumpulan dan penghasilan PCB tradisional. Semakin banyak papan sirkuit ini mesti melalui pakej mikroelektronik khusus, termasuk ikatan wayar dan sambungan cip.

Sambungan Chip adalah kawasan relatif baru penghasilan PCB kecil. Secara singkat, ia adalah proses menyambungkan cip atau mati ke pakej, substrat, atau sirkuit tegar, fleks, atau fleks tegar. Sebenarnya, ia mungkin melibatkan sambungan satu cip dengan yang lain.

Kaedah penyelesaian cip yang digunakan bergantung pada konduktiviti panas dan penyebaran panas. Oleh itu, sebelum proses sambungan cip, setiap cip mesti dijalankan pemeriksaan dan analisis konduktiviti panas yang berhati-hati untuk menentukan jumlah panas yang akan dikeluarkan.

Chips biasanya ditemui pada pita, dalam wafer, atau dalam dulang waffle. Dulang waffle atau set cip mempunyai banyak cip terpotong (Figure 1).

Figur 1: Pakej Waffle dengan cip (Sumber: Teknologi NexLogic)

Apabila cip sasaran ditangkap dari dulang wafer atau pakej wafer dengan alat penghisap vakum kecil, proses sambungan cip bermula (Figur 2).

Gambar 2: Alat penapisan vakum untuk mengambil cip (Sumber: Teknologi NexLogic)

Selepas mati dilepaskan oleh vakum, ia betul-betul disesuaikan dengan substrat atau PCB, dan kemudian tersambung secara kekal menggunakan salah satu daripada tiga kaedah. Epoksi dan askar yang digunakan untuk patch boleh tidak konduktif atau konduktif. Semasa melekap cip, sepatutnya ada kenalan sempurna antara cip/cip dan substrat/PCB; Selain itu, tidak sepatutnya ada ruang.

Selain itu, lipatan yang menyambungkan cip dengan substrat mesti sangat tepat. Proses ini sangat sensitif; Selain mengambil cip, ia juga mesti ditempatkan pada substrat tanpa merusak atau menghancurkannya. ikatan mati yang dicipta seharusnya mampu menahan julat suhu yang sangat tinggi tanpa kehilangan produktifiti, kehilangan prestasi, dan mana-mana kerosakan yang signifikan.

Kaedah sambungan cip biasa adalah ikatan epoksi, sambungan eutek dan solder. Proses ikatan epoksi boleh melibatkan kaca epoksi perak atau bahan berasaskan poliimid. Epoksi ini dibersihkan menggunakan pemberian yang sangat baik yang membersihkan kuantiti dengan sangat tepat, dengan toleransi dalam mikron. Dalam kes ini, substrat perlu dihangat hingga suhu dari suhu bilik hingga 200°C, bergantung kepada jenis epoksi yang digunakan. Suhu ini membolehkan resin epoksi untuk sembuh dengan betul sehingga ia memegang substrat, dengan itu membentuk persatuan antara substrat dan cip.

Apabila epoksi dibersihkan, ia meliputi kawasan di mana sambungan cip perlu dibuat dan mencipta sudut bulat di tepi ikatan. Jika terlalu banyak epoksi dibersihkan, ia akan menyebabkan pencemaran dan dislokasi. Coplanarity juga akan menjadi isu, dalam kes itu cip tidak akan berfungsi dengan betul. Sebaliknya, jika anda tidak menyebarkan epoksi yang cukup, ia akan menyebabkan pecahan, kosong, dan kongsi berikutnya akan menjadi sub-optimal.

Seperti yang dipaparkan dalam Gambar 3, perlukan persediaan yang sangat tepat akan dilakukan. Selain itu, alat pemeriksaan yang sangat canggih diperlukan untuk mencapai tempatan cip yang sempurna. Lekat yang digunakan biasanya bukan konduktor-ia adalah insulator elektrik dan tidak mempunyai konduktiviti panas yang baik. Untuk menjadikannya lebih konduktif secara panas, bahan perak atau emas digunakan untuk mengurangi resistensi panas kepada nilai yang lebih rendah.

Tambahan emas, perak, karbid silikon, oksid beryllium atau komponen unsur berbeza membantu menyembuhkan adhesif ini pada suhu yang lebih rendah. Pengikatan Epoxy juga boleh digunakan untuk menyambungkan saiz cip berbilang bahan-bahan yang berbeza.

Teknologi ini menggunakan ikatan eutek untuk menyambungkan cip ke ruang atau substrat. Substrat dalam aplikasi ini boleh menjadi keramik atau logam seperti aluminum atau tembaga, yang biasanya digunakan dalam aplikasi kuasa tinggi seperti komponen frekuensi mikrogelombang dan radio. Alasan untuk menggunakan proses cip eutektik (selain daripada proses cip lipat) adalah bahawa kaedah eutektik boleh mengendalikan julat suhu 300°C atau lebih. Suhu yang lebih tinggi diperlukan kerana substrat seperti keramik dan logam mempunyai titik cair yang lebih tinggi.

Sambungan cip eutektik-yang juga boleh disebut sebagai "proses sambungan tentera bebas aliran"-lapisan logam tipis yang disebut preform (Figure 4). Preformasi ini ialah selai (campuran) dua atau lebih unsur yang berbeza (emas-perak atau emas-tin atau serupa) yang boleh digunakan untuk mencipta kongsi dalam atmosfer inert. Seperti yang dibenarkan, preform ini mencair pada suhu yang lebih rendah dibandingkan dengan substrat.

Figure 4: Juga dikenali sebagai "soldering bebas aliran", sambungan cip eutektik menggunakan lapisan logam tipis yang dipanggil preform. (Sumber: Teknologi NexLogic)

Contohnya, suhu cair emas murni sangat tinggi, melebihi 1,000°C, sementara suhu cair silikon melebihi 1,400°C. Di sisi lain, preform yang dibuat dari tin dan perak membolehkan mencair di 231°C, tin emas di 295°C, germanium emas di 350°C, dan silikon emas di 400°C, membuat ia lebih mudah untuk mencair Cipta gabungan yang kuat dalam julat suhu terkawal.

Alasan lain untuk menggunakan preform berasaskan emas ialah kerana elemen mempunyai konduktiviti elektrik tinggi-elektrik dan panas-yang menyediakan cara yang baik untuk menjangkau panas.

Sambungan Solder adalah sama dengan penciptaan bersama teknologi lekap permukaan (SMT). Kerana konduktiviti panas tinggi bahan askar sendiri, sambungan askar adalah jenis biasa ikatan cip.

Seperti yang kita lihat, apabila kita juga mempertimbangkan pelbagai kaedah yang dibincangkan di atas, proses penyelesaian cip mungkin mengalami perubahan suhu ekstrim. Contohnya, bagi SAC 305 lead tin atau beberapa tentera yang sama, julat suhu proses sambungan solder lembut adalah 180°C hingga 250°C. Untuk tentera yang dibuat dari emas-tin, emas-silikon atau legasi yang sama, kaedah sambungan tentera suhu tinggi boleh melebihi 250°C atau lebih tinggi. Apabila ia berkaitan dengan penyebaran panas peranti seperti LED, sambungan tentera juga penting.

Aspek penting lampiran askar ialah cip memerlukan aliran. Sebelum ini, ikatan prajurit awal perlu diletakkan pada metalisasi cip dan metalisasi substrat. Jika lapisan tertentu diperlukan, komposisi cip dan substrat sedikit berbeza diperlukan. Setelah pelaksanaan selesai, pemasang cip digunakan untuk meletakkan cip pada substrat.

Apabila menggunakan kaedah sambungan solder, wayar dimasukkan ke dalam sistem, di mana ia dihanaskan, kemudian solder dicair dan kongsi dicipta (selepas itu, aliran pada cip mesti dibuang sebelum pakej).

Karakteristik terbaik teknologi lampiran solder termasuk kekuatannya, kekuatan mekanik, penyebaran panas yang baik dan konduktiviti panas yang tinggi.

Apabila proses lampiran mati selesai (menggunakan sebarang teknik di atas), proses tambahan digunakan untuk melakukan ikatan wayar, yang menyambung pads pada die/chip ke pads yang sepadan pada substrat/PCB. Bond wayar ini boleh dicapai menggunakan wayar emas, wayar aluminium, wayar tembaga, atau (dalam beberapa kes) wayar perak.

Secara singkat, untuk PCB kecil seperti sirkuit ketat, fleks, dan flex ketat, pemasangan cip menjadi teknologi yang lebih terkenal. Oleh itu, ia adalah sangat penting bagi desainer OEM untuk mempunyai faham yang baik dari tiga jenis kaedah pemasangan cip untuk memilih kaedah yang paling sesuai untuk aplikasi mereka.