先(xiān)進封裝器(qì)件快速貼(tiē)裝

由於面(miàn)形陣列封(fēng)裝越來越(yuè)重要，尤其(qí)是在汽車(chē)、電訊和計(ji)算機🌈應用(yòng)等領域，因(yin)此生産率(lü)成爲讨論(lùn)的焦點。管(guan)腳間距小(xiǎo)於0.4mm、既是0.5mm，細(xi)間距QFP和TSOP封(fēng)裝的主要(yào)問題是生(shēng)産率低🏃‍♀️。然(ran)而，由💘於面(mian)形陣列封(feng)裝的腳距(ju)不是很小(xiǎo)(例如，倒裝(zhuāng)晶片小於(yú)200μm)，回流焊之(zhi)後，dmp速率至(zhì)少比傳統(tǒng)的細間距(ju)技術好10倍(bei)。進一步，與(yǔ)同樣間距(jù)的🌏QFP和TSOP封裝(zhuang)相比，考👅慮(lü)回流焊時(shí)的自動對(duì)位，其貼裝(zhuāng)精度要求(qiú)要低的多(duō)。 
另一個優(you)點，特别是(shi)倒裝晶片(pian)，印刷電路(lu)闆的占用(yòng)🔱面積📧大大(da)👉減少。面形(xíng)陣列封裝(zhuāng)還可以提(ti)供更好的(de)🐆電路性能(neng)🈲。 
因此，産業(ye)也在朝著(zhe)面形陣列(liè)封裝的方(fāng)向發展，最(zui)小間距爲(wèi)0.5mm的μBGA和晶片(pian)級封裝CSP(chip-scale package)在(zai)不斷地吸(xī)引人們注(zhù)意，至少有(yǒu)🎯20家跨國公(gong)司正在緻(zhì)力於這種(zhong)系列封裝(zhuang)結構的研(yán)究。在🔱今後(hòu)幾年，預計(jì)裸晶片的(de)消耗每年(nian)🔞将增加20%，其(qi)中增長速(sù)度最快的(de)✌️将是倒裝(zhuang)晶片，緊随(suí)其後的是(shi)應用在COB(闆(pan)上直接貼(tiē)裝)上的㊙️裸(luo)晶片。 
預計(jì)倒裝晶片(pian)的消耗将(jiāng)由1996年的5億(yi)片增加到(dao)本世紀末(mò)的25億片🔞，而(ér)TAB/TCP消耗量則(ze)停滞不前(qián)、甚至出現(xiàn)負增長，如(ru)預計的那(na)樣，在🚩1995年隻(zhī)有7億左右(you)。 
貼裝方法(fa) 
貼裝的要(yao)求不同，貼(tiē)裝的方法(fa)(principle)也不同。這(zhè)些要求包(bao)括元件拾(shi)放能力、貼(tiē)裝力度、貼(tiē)裝精度、貼(tiē)裝速度和(hé)焊劑的流(liú)動性等。考(kǎo)☁️慮貼裝速(sù)度時，需要(yào)考慮的一(yī)個主要特(te)性就是貼(tiē)裝精度。 
拾(shi)取和貼裝(zhuang) 
貼裝設備(bei)的貼裝頭(tóu)越少，則貼(tie)裝精度也(yě)越高。定位(wei)軸✏️x、y和θ的精(jing)🐇度🌏影響整(zheng)體的貼裝(zhuang)精度，貼裝(zhuang)頭裝在貼(tiē)裝機x-y平面(mian)的支撐架(jià)上，貼裝頭(tóu)中最重要(yao)的是旋轉(zhuǎn)軸，但也不(bu)要忽略z軸(zhóu)的移動精(jing)度。在高性(xing)能貼裝系(xì)統中，z軸的(de)運動由一(yi)個微處理(lǐ)器控制，利(lì)用傳感器(qi)對垂直移(yí)動距離和(he)貼裝力度(dù)進行控制(zhi)。 
貼裝的一(yī)個主要優(yōu)點就是精(jing)密貼裝頭(tou)可以在x、y平(píng)⛱️面自由運(yun)動，包括從(cong)格栅結構(gou)(waffle)盤上取料(liào)，以及在固(gù)定的仰視(shi)攝像機上(shang)對器件進(jin)行多項測(ce)量。 
最先進(jìn)的貼裝系(xì)統在x、y軸上(shàng)可以達到(dao)4 sigma、20μm的精度，主(zhǔ)要的缺點(dian)是貼裝速(sù)度低，通常(cháng)低於2000 cph，這還(hai)不包括其(qi)它👅輔助動(dòng)作，如倒裝(zhuāng)晶片塗💞焊(hàn)劑等。 
隻有(you)一個貼裝(zhuang)頭的簡單(dan)貼裝系統(tong)很快就要(yào)被淘汰，取(qu)而代之🏃‍♀️的(de)是靈活的(de)系統。這樣(yang)的系統，支(zhi)撐架上配(pei)備有🌍高精(jing)度貼裝頭(tóu)及多吸嘴(zui)旋轉頭(revolver head)(圖(tu)1)，可以貼裝(zhuang)大尺寸的(de)BGA和QFP封裝。旋(xuan)轉(或稱shooter)頭(tou)可處理形(xing)狀不規則(zé)的器件、細(xì)間距倒裝(zhuang)晶片✨，以及(jí)管腳🌈間距(ju)小至🛀0.5mm的μBGA/CSP晶(jīng)片。這種🈲貼(tie)裝方法稱(chēng)做"收集、拾(shí)取和貼裝(zhuāng)"。 
圖1：對細間(jian)距倒裝晶(jing)片和其它(tā)器件，收集(jí)、拾取和貼(tiē)裝設備采(cǎi)用一個旋(xuán)轉頭 

配有倒裝(zhuāng)晶片旋轉(zhuan)頭的高性(xing)能SMD貼裝設(she)備在市場(chǎng)上🔅已經🌂出(chu)現🚶。它可以(yǐ)高速貼裝(zhuāng)倒裝晶片(piàn)和球栅直(zhí)❤️徑爲♉125μm、管腳(jiǎo)間距大約(yue)爲200μm的🔅μBGA和CSP晶(jing)片。具有收(shōu)集、拾取和(he)貼裝功能(neng)設備🔴的貼(tiē)裝速度大(da)約是5000cph。 
傳統(tǒng)的晶片吸(xī)槍 
這樣的(de)系統帶有(you)一個水平(ping)旋轉的轉(zhuan)動頭，同時(shí)從移🌈動的(de)⛷️送料器上(shang)拾取器件(jian)，并把它們(men)貼裝到運(yùn)動著的PCB上(shàng)(圖2)。 
圖2：傳統(tong)的晶片射(shè)槍速度較(jiao)快，由於PCB闆(pan)的運動而(ér)使精度降(jiàng)低 

理(li)論上，系統(tǒng)的貼裝速(su)度可以達(dá)到40,000cph，但具有(yǒu)下列限制(zhì)： 
晶片拾取(qu)不能超出(chū)器件擺放(fang)的栅格盤(pan)； 
彈簧驅動(dong)的真空吸(xi)嘴在z軸上(shang)運動中不(bu)允許進行(háng)工時🔆優🈲化(hua)🏃‍♀️，或不能可(ke)靠地從傳(chuan)送帶上拾(shí)取裸片(die)； 
對(duì)大多數面(mian)形陣列封(feng)裝，貼裝精(jing)度不能滿(man)足要求，典(dian)型值高於(yú)4sigma時的10μm； 
不能(neng)實現爲微(wei)型倒裝晶(jīng)片塗焊劑(jì)。 
收集和貼(tie)裝 

圖(tu)3：在拾取和(hé)貼裝系統(tǒng)，射槍頭可(kě)以與栅格(gé)盤更換裝(zhuāng)置一✌️同工(gōng)作 
在"收集(jí)和貼裝"吸(xī)槍系統中(zhong)(圖3)，兩個旋(xuan)轉頭都裝(zhuāng)在x-y支撐架(jia)上。而🈲後，旋(xuan)轉頭配有(you)6或12個吸嘴(zuǐ)，可以接觸(chu)栅⭐格盤上(shang)的任意🔆位(wèi)置。對於标(biao)準的SMD晶片(pian)，這個系統(tong)可❄️在4sigma(包括(kuo)theta偏差)下達(da)到80μm的貼裝(zhuang)精度和20,000pch貼(tie)裝速度。通(tōng)過🆚改變系(xi)統的定位(wèi)動💛态特性(xìng)和球栅的(de)尋🤞找算法(fǎ)，對於面形(xíng)陣列🌏封裝(zhuang)，系統可在(zài)4sigma下達到60μm至(zhì)80μm的貼裝精(jīng)度和高於(yú)10,000pch的貼裝速(su)度。 
貼裝精(jing)度 
爲了對(duì)不同的貼(tie)裝設備有(yǒu)一個整體(ti)了解，你需(xu)要知📱道影(ying)響面形陣(zhen)列封裝貼(tiē)裝精度的(de)主要因素(sù)。球💁栅貼裝(zhuāng)精度P\/\/ACC\/\/依賴(lài)於球栅合(he)金的類型(xíng)、球栅的數(shù)目和封裝(zhuang)的重量等(deng)。 
這三個因(yīn)素是互相(xiàng)聯系的，與(yǔ)同等間距(jù)QFP和SOP封裝的(de)IC相比，大多(duo)數面形陣(zhèn)列封裝的(de)貼裝精度(dù)要求較低(di)。
注：插入方(fang)程 
對沒有(you)阻焊膜的(de)園形焊盤(pán)，允許的最(zuì)大貼裝偏(piān)差等於PCB焊(han)🏃‍♀️盤的半徑(jìng)，貼裝誤差(chà)超過PCB焊盤(pan)半徑時，球(qiú)栅和PCB焊盤(pán)仍會有機(ji)械的接觸(chu)。假定通常(cháng)的PCB焊盤直(zhí)徑大緻等(děng)於球栅的(de)直徑，對球(qiú)栅⛷️直徑爲(wei)✍️0.3mm、間距爲0.5mm的(de)μBGA和CSP封裝的(de)貼裝精度(du)要求爲0.15mm；如(rú)果球栅直(zhí)徑爲100μm、間距(ju)爲175μm，則精度(dù)要求爲50μm。 
在(zài)帶形球栅(shan)陣列封裝(zhuāng)(TBGA)和重陶瓷(ci)球栅陣列(lie)封裝(CBGA)情況(kuang)，自對準即(jí)㊙️使發生也(yě)很有限。因(yīn)此，貼裝的(de)精度要求(qiu)就高。 
焊劑(ji)的應用 
倒(dǎo)裝晶片球(qiu)栅的标準(zhǔn)大規模回(hui)流焊采用(yòng)的爐子需(xū)要👈焊劑。現(xian)在，功能較(jiao)強的通用(yong)SMD貼裝設備(bèi)都帶有🈚内(nèi)置的焊🔞劑(ji)應用裝置(zhi)，兩種常用(yong)的内置供(gòng)給方法是(shì)塗覆(圖4)和(he)浸焊。 
圖4：焊(hàn)劑塗覆方(fāng)法已證明(míng)性能可靠(kào)，但隻适用(yòng)於低黏度(du)的🍉焊劑焊(hàn)劑塗覆 液(yè)體焊劑 基(ji)闆 倒裝晶(jīng)片 倒裝晶(jing)片貼裝 

塗覆單(dan)元就安裝(zhuāng)在貼裝頭(tou)的附近。倒(dao)裝晶片貼(tiē)裝之前，在(zai)貼🏃🏻‍♂️裝位置(zhi)上塗上焊(han)劑。在貼裝(zhuāng)位置中心(xīn)塗覆的劑(jì)量✏️，依賴於(yu)倒裝晶片(pian)的尺寸和(he)焊劑在特(te)定材料上(shàng)的浸潤🐆特(te)性而定。應(ying)該确保焊(han)劑塗覆面(miàn)積要足夠(gòu)大，避免由(you)於誤差而(ér)引🙇🏻起焊盤(pán)的漏塗。 
爲(wei)了在無清(qīng)洗制程中(zhōng)進行有效(xiao)的填充，焊(hàn)劑必須是(shì)無清洗(無(wú)殘渣)材料(liào)。液體焊劑(jì)裏面總是(shi)很少包❌含(han)固體物質(zhi)，它🏃‍♂️最适合(he)應📱用在無(wú)清洗制程(chéng)。 
然而，由於(yú)液體焊劑(jì)存在流動(dòng)性，在倒裝(zhuāng)晶片貼裝(zhuāng)之後，貼裝(zhuāng)系統傳送(sòng)帶的移動(dong)會引起晶(jing)片的慣性(xìng)位移，有兩(liǎng)個方法可(kě)以解🌈決這(zhe)個問題： 
在(zai)PCB闆傳送前(qián)，設定數秒(miao)的等待時(shi)間。在這個(gè)時間内❓，倒(dao)裝⭐晶片周(zhou)圍的焊劑(ji)迅速揮發(fā)而提高了(le)黏附性🌂，但(dan)這會使産(chǎn)量降低。 
你(ni)可以調整(zhěng)傳送帶的(de)加速度和(hé)減速度，使(shi)之與焊劑(jì)的黏附性(xìng)相匹配。傳(chuan)送帶的平(ping)穩運動不(bú)會引起晶(jīng)片‼️移位。
焊(han)劑塗覆方(fāng)法的主要(yao)缺點是它(tā)的周期相(xiang)對較長，對(dui)每一♉個要(yao)塗覆的器(qì)件，貼裝時(shí)間增加大(da)約1.5s。 
浸焊方(fang)法 
在這種(zhǒng)情況，焊劑(jì)載體是一(yi)個旋轉的(de)桶，并用刀(dāo)片把它刮(gua)⛱️成一✊個焊(hàn)劑薄膜(大(dà)約50μm)，此方法(fa)适用於高(gao)黏度的焊(han)劑。通過隻(zhi)需在球🎯栅(shan)的底部浸(jin)焊劑，在制(zhì)程過程中(zhōng)可以減少(shao)焊劑的消(xiao)耗。 
此方法(fǎ)可以采用(yòng)下列兩種(zhǒng)制程順序(xu)： 
• 在光學球(qiú)栅對正和(he)球栅浸焊(han)劑之後進(jìn)行貼裝。在(zài)🌈這💃🏻個順序(xu)裏，倒裝晶(jīng)片球栅和(he)焊劑載體(ti)的機械接(jiē)觸會對貼(tiē)裝精度産(chan)生負面的(de)影響。 
• 在球(qiú)栅浸焊劑(ji)和光學球(qiu)栅對正之(zhī)後進行貼(tie)裝。這種情(qing)況下👈，焊劑(ji)材料會影(yǐng)響光學球(qiu)栅對正的(de)圖像。 浸焊(han)劑方法不(bu)💁太适用於(yú)揮發能力(li)高的焊劑(jì)，但它📱的速(sù)度比塗覆(fu)方法的要(yào)快得多。根(gēn)據貼裝方(fāng)法的不同(tóng)，每個器件(jian)附加的時(shí)間大約是(shì)：純粹的拾(shí)取、貼裝爲(wei)0.8s，收集、貼裝(zhuang)爲0.3s. 
當用标(biao)準的SMT貼裝(zhuang)球栅間距(ju)爲0.5mm的μBGA或CSP時(shí)，還有一些(xie)事情應該(gai)注💛意：對應(ying)用混合技(ji)術(采用μBGA/CSP的(de)标準SMD)的産(chǎn)品，顯然最(zui)關鍵的制(zhi)程過程是(shì)焊劑塗覆(fu)印刷。邏輯(jí)上說，也可(ke)🍉采用綜合(he)傳統的倒(dǎo)裝晶片制(zhì)程和焊劑(ji)應🐪用的貼(tiē)裝♊方法。 
所(suo)有的面形(xíng)陣列封裝(zhuāng)都顯示出(chu)在性能、封(feng)裝密度和(hé)節約成本(běn)上的潛力(lì)。爲了發揮(hui)在電子生(shēng)産整體領(lǐng)域的效能(néng)，需要進一(yi)步的研究(jiū)開發，改進(jin)制程、材料(liao)和設備等(deng)。就SMD貼裝設(she)備來講，大(dà)量的工作(zuo)集中在視(shi)覺技術、更(gèng)高的産量(liàng)和精度。

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