PCB部落格 - PCB板倒裝晶片組裝科技

隨著小型化高密度封裝的出現, 對高速的要求 PCB電路板 高精度裝配變得更加關鍵, 相關的裝配設備和工藝變得更加先進和靈活. 由於倒裝晶片具有較小的形狀因數, 比BGA或CSP更小的球直徑和球距, 它為球的放置過程提供了前所未有的可能性, 基板科技, 資料相容性, 制造技術, 以及檢查設備和方法. 挑戰. 現今, 電子器件有越來越多的小型化和高密度封裝形式, such as multi-module packaging (MCM), 打包系統 (SiP), flip-chip (FC, Flip-Chip) and other applications. 這些科技的出現進一步模糊了包裝和二次裝配之間的界限. 毋庸置疑地, 隨著小型化高密度封裝的出現, 對高速和高精度裝配的要求變得更為關鍵, 相關的裝配設備和工藝變得更加先進和靈活. 由於倒裝晶片具有較小的形狀因數, 比BGA或CSP更小的球直徑和球距, 它為球的放置過程提供了前所未有的可能性, 基板科技, 資料相容性, 制造技術, 以及檢查設備和方法. 挑戰. These requirements are analyzed in detail below:
1. 安裝壓力控制要求, 考慮到PCB的倒裝晶片基板是相對易碎的矽, 如果在資料回收和焊劑浸漬過程中施加較大壓力, 容易斷裂, 同時，在這個過程中，小的焊點也容易變形, 囙此，儘量使用相對較低的安裝壓力. 一般要求為15.0g左右. 用於超薄晶片, 例如0.3.毫米, 有時甚至需要將安裝壓力控制在35g.

2. 對於放置精度和穩定性的要求, 對於球距小於0的設備.1毫米, 實現高產量需要什麼樣的放置精度? 基板的翹曲和變形, 焊接掩模視窗的尺寸和位置偏差, 而機器的精度都會影響最終的放置精度. 我們不會討論基板設計和製造對放置的影響, 但這裡我們只討論機器的放置精度.

3. 貼片設備的晶片組裝工藝要求, 為了回答上述問題, let's build a simple hypothetical model:
1) Assume that the solder bumps of the flip-chip PCB板 是球形的, and the corresponding pads on the substrate are circular and have the same diameter;
2) It is assumed that there is no influence of substrate warpage and manufacturing defects;
3) Does not consider the effects of Theta and shock;
4) During the reflow soldering process, 該裝置為自中性, 在焊接過程中，焊球和潤濕表面之間50%的接觸可以“拉起”. 然後, 基於上述假設, 如果直徑為25mm的焊球直徑為50mm, the left and right position deviation (X axis) or the front and rear position deviation (Y axis) is 50% of the pad size. 球總是在墊子上. 用於倒裝晶片 PCB板s，焊球直徑為25mm, 如果過程能力Cpk達到1.33, 機器的精度必須達到12mm.

4. 根據攝像機和圖像處理科技的要求, 需要一個百萬圖元的數位相機來處理倒裝晶片的影像 PCB板具有細焊球間距的s. 點數更高的數位相機具有更高的放大倍數, 然而, 點數越高, the smaller the field of view (FOV), 這意味著大型設備可能需要多次“拍照”. 攝像機的光源通常是發光二極體, 分為側光源, 前光源和軸光源, 並且可以獨立控制. 倒裝晶片成像光源 PCB板 採用側燈, 前照燈, 或兩者的結合. 那麼，如何為給定的設備選擇監視器呢? 這主要取決於影像的算灋. 例如, 區分一個焊球需要N個點數, 需要2N個點數來區分球間距. 以萬能儀器貼片機上的麥哲倫數位相機為例, 區分一個焊球需要4個點數. 選擇攝像機, 假設所有影像都是實際對象大小的7.5%. 倒裝晶片基準點的圖像處理 PCB板s與普通基準點相似. 倒裝晶片安裝 PCB板除全域基準點外，s通常使用局部基準點. 此時, the fiducials will be small (0.15-1.0mm), 攝像機的選擇參照上述方法. 需要考慮光源的選擇. 通常地, SMD頭上監視器的光源為紅色, 當處理柔性電路板上的參考點時，效果很差, 甚至找不到參考點. The reason is that the surface of the reference point (copper) The color is very close to the substrate color, 色差不明顯. 如果使用通用儀器的藍色光源科技, 這個問題可以很好地解决.

5. Selection of nozzles
Since the flip-chip substrate for PCB is silicon, 上表面非常平整光滑, 頭部為硬質塑膠資料，帶有多孔靜電放電噴嘴. 如果你選擇帶橡膠頭的噴嘴, 隨著橡膠老化, 在放置過程中，設備可能會粘附在設備上, 導致放置位置移動或拿走設備.

6. 焊劑應用裝置的要求. 焊劑應用單元是控制焊劑浸漬過程的重要組成部分. 其工作的基本原理是獲得具有設定厚度的穩定焊劑膜, 囙此，設備的每個錫球都可以很容易地浸入. 取相同量的焊劑. 穩定控制焊劑膜厚度，同時滿足高速浸漬的要求, the flux application unit must meet the following requirements:
1) It can meet the requirements of dipping multiple devices with flux at the same time (such as dipping 4 or 7 pieces at the same time) to increase the output;
2) The unit for flux should be simple, 易於操作, easy to control and easy to clean;
3) It can handle a wide range of fluxes or solder pastes. 適用於浸漬工藝的助熔劑的粘度範圍很寬, 它可以處理更薄和更粘性的通量, and the obtained film thickness should be uniform;
4) The dipping process can be controlled, 由於資料不同，浸漬工藝參數也會不同, 囙此，浸漬過程的工藝參數必須單獨控制, 比如向下加速, 壓力, 停留時間, 向上加速度, 等.

7. 對於饋線的要求, 滿足高速、高產批量生產, 餵料科技也非常關鍵. 倒裝晶片封裝方法 PCB板s mainly include: 2*2 or 4*4 inch JEDEC reels, 200mm or 300mm wafer reels (Wafer), and reel reels (Reel). 相應的進料器為：固定託盤進料器, 自動堆疊給料機, 晶圓給料機, 和膠帶給料機. 所有這些進給科技必須能够高速進給, 此外，晶圓饋線還需要能够處理各種設備封裝方法, 例如：設備包裝可以是JEDEC託盤, 或裸晶片, 甚至是機器中的完整晶片. 翻轉動作. Let's take an example to illustrate the characteristics of Unovis's bare die feeder (DDF Direct Die Feeder):
1) Can be used in hybrid circuits or sensors, 多晶片模塊, system-in-package, RFID and 3D assembly;
2) The disc can be fed vertically to save space, and one machine can install multiple DDFs;
3) The chip can be flipped in DDF;
4) Can be installed on a variety of patch platforms.

8. 板支撐和定位系統的要求, 一些PCB倒裝晶片用於柔性電路板或薄電路板. 此時, 基板的平面支撐非常重要. The solution often uses a carrier plate and a vacuum suction system to form a flat support and positioning system that meets the following requirements:
1) Support control in the Z direction of the substrate, and programming adjustment of the support height;
2) Provide customized board support interface;
3) Complete vacuum generator;
4) Non-standard and standard carrier boards can be applied.

9. 回流焊和填料固化後的檢查, 底充完成後，產品的檢驗分為無損檢驗和破壞性檢驗. The non-destructive inspection includes:
1) Use an optical microscope to conduct visual inspection, 例如，檢查填充物是否攀爬在設備側面, 是否形成良好的邊緣圓角, 以及設備表面是否髒, 等.;
2) Use an X-ray inspector to check whether the solder joints are short-circuited, 開路, 抵消, 濕潤的, 焊點中的空隙, 等.;
3) Electrical test (Continuity test), 可以測試電力連接是否有問題. 對於一些採用菊花鏈設計的測試板, the location of the solder joint failure can also be determined through the continuity test;
4) Use ultrasonic scanning microscope (C-SAM) to check 是否有空隙, 充水不足後分層和完全流動. 破壞性檢查可能會切斷焊點或填充不足, 結合光學顯微鏡, metallographic microscopy or scanning electron microscopy and energy dispersive analyzers (SEM/EDX) to examine the microstructure of solder joints, e.g., 微裂紋/微孔, 錫結晶, 金屬間化合物, 焊接和潤濕條件, 底充是否有空隙, 裂縫, 分層, 流程是否完整, 等. 回流焊和底部填充工藝後產品的常見缺陷是：焊點橋接/開路, 焊點潤濕性差, 焊點空隙/泡, 焊點開裂/脆性, 填充不足、晶片分層和晶片開裂, 等. . 對於底充的完整性, whether there are voids, 填料中的裂紋和分層, it needs to be observed by an ultrasonic scanning microscope (C-SAM) or a flat section parallel to the bottom surface of the chip. 缺陷新增了難度. 底層填充資料和晶片之間的分層往往發生在受力器件的四個角或填充物和焊點的介面處.

PCB倒裝晶片在產品成本方面顯示出優勢, 效能和高密度封裝, 其應用逐漸成為主流. 由於用於 PCB板s, 必須確保高精度, 高成品率和高重複性, 這給我們的傳統設備和工藝帶來了挑戰, which are reflected in the following aspects:
1) The design of the substrate (hard board or soft board);
2) Assembly and inspection of equipment;
3) Manufacturing process, 晶片安裝過程, PCB制造技術, SMT process;
4) Material compatibility.
對上述問題的全面理解是成功的倒裝晶片組裝工藝的基礎 PCB板.