先(xiān)進封裝器(qi)件快速貼(tie)裝

由於面(mian)形陣列封(fēng)裝越來越(yue)重要，尤其(qi)是在汽車(che)、電訊和計(jì)算機✨應用(yòng)等領域，因(yin)此生産率(lǜ)成爲讨論(lun)的焦點。管(guan)腳👅間距小(xiao)於0.4mm、既是0.5mm，細(xì)間距QFP和TSOP封(feng)裝的主要(yao)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(xiao)(例如，倒裝(zhuāng)晶片小於(yú)200μm)，回流焊之(zhī)後，dmp速率至(zhi)少🐆比傳統(tong)的細間距(jù)技術好10倍(bèi)。進一步，與(yǔ)🐅同樣間距(jù)的QFP和TSOP封裝(zhuāng)相比，考慮(lǜ)回流焊時(shi)的自動對(dui)位，其貼裝(zhuāng)精度要求(qiú)要低的多(duo)。 
另一個優(yōu)點，特别是(shì)倒裝晶片(pian)，印刷電路(lù)闆的占用(yòng)面積大大(dà)減少。面形(xing)陣列封裝(zhuang)還可以提(ti)供更好的(de)電路⚽性能(néng)。 
因此，産業(ye)也在朝著(zhe)面形陣列(liè)封裝的方(fang)向發展，最(zui)小間♻️距爲(wèi)0.5mm的♈μBGA和晶片(piàn)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(gōng)司正在緻(zhi)力於這種(zhong)系列封裝(zhuāng)結構的研(yan)究。在今後(hòu)幾年，預計(ji)裸晶片的(de)消耗每年(nián)将增加20%，其(qí)中增長速(su)度最快的(de)🌈将是倒裝(zhuang)晶片，緊随(suí)其後的是(shì)應用在COB(闆(pǎn)上直🌍接貼(tie)裝)上的裸(luo)晶片。 
預計(ji)倒裝晶片(pian)的消耗将(jiang)由1996年的5億(yì)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(yòu)。 
貼裝方法(fa) 
貼裝的要(yào)求不同，貼(tie)裝的方法(fǎ)(principle)也不同。這(zhè)些要求包(bao)括元件🔴拾(shí)放💛能力、貼(tie)裝力度、貼(tiē)裝精度、貼(tie)裝速度和(he)🙇‍♀️焊劑🌈的流(liu)動性等。考(kǎo)慮貼🚶‍♀️裝速(su)度時，需要(yao)考慮的一(yī)個主要特(te)性就是貼(tie)裝精度。 
拾(shí)取和貼裝(zhuang) 
貼裝設備(bei)的貼裝頭(tóu)越少，則貼(tie)裝精度也(ye)越高。定位(wèi)軸☔x、y和θ的🈚精(jīng)度影響整(zhěng)體的貼裝(zhuang)精度，貼裝(zhuāng)頭裝在貼(tie)裝機x-y平面(mian)❤️的支撐架(jia)上，貼裝頭(tóu)中最重要(yào)的是旋轉(zhuan)軸，但也不(bu)要忽略z軸(zhou)的🔱移動精(jing)度。在高性(xing)能貼裝系(xi)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(hé)貼裝🔆力度(dù)進行控⛹🏻‍♀️制(zhi)。 
貼裝的一(yī)個主要優(you)點就是精(jīng)密貼裝頭(tou)可以在x、y平(ping)面自由🛀運(yun)動，包括從(cong)格栅結構(gòu)(waffle)盤上取料(liào)，以及在固(gù)定的💃🏻仰視(shì)攝像🔴機上(shàng)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(dào)4 sigma、20μm的精度，主(zhu)要的缺🧑🏾‍🤝‍🧑🏼點(dian)是貼裝速(sù)度低，通常(chang)低於2000 cph，這還(hái)不包括其(qi)它輔助動(dòng)作，如倒🐇裝(zhuang)晶片塗🐉焊(han)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(yàng)的系統，支(zhī)撐架上配(pei)🈚備有高精(jīng)🤞度貼裝頭(tou)及多吸嘴(zui)旋轉頭(revolver head)(圖(tu)1)，可以貼裝(zhuāng)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(ze)的器件、細(xi)間距倒裝(zhuāng)晶片🌈，以及(jí)管腳間距(ju)小至✔️0.5mm的μBGA/CSP晶(jing)片。這種貼(tiē)裝方法稱(cheng)做"收集、拾(shí)取和貼裝(zhuāng)"。 
圖1：對細間(jiān)距倒裝晶(jīng)片和其它(ta)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(zhuǎn)頭的高性(xìng)能SMD貼裝設(she)備在市場(chǎng)上已經🏃‍♂️出(chū)⛱️現。它可以(yi)高速貼裝(zhuāng)倒裝晶片(pian)和球栅直(zhi)徑爲125μm、管腳(jiao)⁉️間距大約(yue)💚爲200μm的μBGA和CSP晶(jing)片。具有收(shou)集、拾取和(he)貼裝功能(néng)設備的貼(tiē)裝速度大(da)約是5000cph。 
傳統(tong)的晶片吸(xī)槍 
這樣的(de)系統帶有(you)一個水平(píng)旋轉的轉(zhuan)動頭，同時(shi)從移動🥰的(de)送料器上(shàng)拾取器件(jiàn)，并把它們(men)貼裝到運(yun)動著的PCB上(shang)(圖2)。 
圖2：傳統(tong)的晶片射(she)槍速度較(jiào)快，由於PCB闆(pan)的運動而(ér)使精度降(jiang)低 

理(li)論上，系統(tong)的貼裝速(sù)度可以達(da)到40,000cph，但具有(you)下列限💯制(zhì)： 
晶片拾取(qǔ)不能超出(chu)器件擺放(fàng)的栅格盤(pán)； 
彈簧驅動(dòng)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(huà)，或不能可(ke)靠地從傳(chuán)送帶上拾(shi)取裸片(die)； 
對(duì)大多數面(mian)形陣列封(fēng)裝，貼裝精(jing)度不能滿(man)足要求，典(diǎn)型值高於(yu)😍4sigma時的10μm； 
不能(neng)實現爲微(wei)型倒裝晶(jing)片塗焊劑(ji)。 
收集和貼(tie)裝 

圖(tu)3：在拾取和(he)貼裝系統(tong)，射槍頭可(ke)以與栅格(ge)盤更換裝(zhuāng)置一同工(gōng)作 
在"收集(jí)和貼裝"吸(xi)槍系統中(zhong)(圖3)，兩個旋(xuán)轉頭都裝(zhuāng)在x-y支❄️撐架(jià)上。而後，旋(xuán)轉頭配有(you)6或12個吸嘴(zuǐ)，可以接觸(chu)栅❄️格盤上(shàng)的任意位(wei)置。對於标(biāo)準的SMD晶片(piàn)，這個系統(tong)可在4sigma(包括(kuo)theta偏差)下♈達(dá)到80μm的貼裝(zhuāng)精💰度和20,000pch貼(tiē)💔裝速度。通(tōng)過🤞改變系(xi)統的定位(wei)動态特性(xing)和球栅的(de)尋找算法(fǎ)，對❄️於面形(xíng)陣列封裝(zhuāng)，系統可在(zài)4sigma下達到60μm至(zhi)80μm的貼裝精(jing)度和高於(yú)10,000pch的貼裝速(sù)度。 
貼裝精(jīng)度 
爲了對(dui)不同的貼(tie)裝設備有(yǒu)一個整體(ti)了解，你需(xū)要知道影(yǐng)響面形陣(zhèn)列封裝貼(tie)裝精度的(de)主要因素(sù)。球栅貼裝(zhuang)精度P\/\/ACC\/\/依💃賴(lai)於球栅😘合(hé)金的類型(xíng)、球栅的數(shu)目和封裝(zhuang)💁的重量等(děng)。 
這三個因(yīn)素是互相(xiàng)聯系的，與(yǔ)同等間距(ju)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(dī)。
注：插入方(fang)程 
對沒有(yǒu)阻焊膜的(de)園形焊盤(pan)，允許的最(zuì)大貼裝偏(piān)差等於PCB焊(hàn)盤的半徑(jìng)，貼裝誤差(chà)超過PCB焊盤(pán)半徑時，球(qiu)栅和PCB焊盤(pán)仍會有機(ji)械的接觸(chù)。假定通常(chang)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(wèi)0.3mm、間距爲0.5mm的(de)μBGA和😘CSP封裝的(de)貼裝精度(dù)要求爲0.15mm；如(rú)果球栅直(zhi)徑爲100μm、間距(jù)爲♈175μm，則精度(dù)要求🈲爲50μm。 
在(zài)帶形球栅(shān)陣列封裝(zhuang)(TBGA)和重陶瓷(cí)球栅陣列(liè)封裝(CBGA)情況(kuàng)，自對準即(jí)使發生也(yě)很有限。因(yīn)此，貼裝的(de)精度要😍求(qiú)就高。 
焊劑(ji)的應用 
倒(dao)裝晶片球(qiú)栅的标準(zhǔn)大規模回(huí)流焊采用(yong)的爐子🛀需(xu)要焊劑。現(xian)在，功能較(jiao)強的通用(yòng)SMD貼裝設備(bèi)都帶有内(nei)置的焊劑(jì)應🌈用裝置(zhì)，兩種常用(yong)的内置供(gong)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(ming)性能可靠(kao)，但隻适用(yong)於低黏㊙️度(du)的焊劑焊(hàn)劑塗覆 液(yè)體焊劑 基(jī)闆 倒裝晶(jīng)片 倒裝晶(jīng)片貼裝 

塗覆單(dān)元就安裝(zhuāng)在貼裝頭(tóu)的附近。倒(dao)裝晶片貼(tiē)裝之前，在(zài)貼裝位置(zhi)上塗上焊(han)劑。在貼裝(zhuāng)位置中心(xin)塗覆的♍劑(jì)量，依賴📐於(yu)倒裝晶片(piàn)的尺寸和(hé)焊劑在特(te)定材料上(shàng)的浸潤特(te)性而定。應(yīng)該确保焊(hàn)劑塗覆面(miàn)積🙇‍♀️要足夠(gou)大，避免由(you)於誤差而(er)引🌏起焊盤(pan)的漏塗。 
爲(wèi)了在無清(qīng)洗制程中(zhong)進行有效(xiào)的填充，焊(hàn)劑必須是(shì)無清洗(無(wu)殘渣)材料(liao)。液體焊劑(ji)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(yu)液體焊劑(jì)存在流動(dong)性，在倒裝(zhuang)晶片貼裝(zhuang)之後，貼裝(zhuāng)🔆系統傳送(sòng)帶的移動(dong)會引起晶(jing)片的慣性(xing)位移，有兩(liang)個方法可(ke)🛀以解決這(zhe)個問題： 
在(zài)PCB闆傳送前(qián)，設定數秒(miao)的等待時(shí)間。在這個(ge)時間内，倒(dǎo)裝晶片周(zhou)圍的焊劑(jì)迅速揮發(fa)而提高了(le)黏附性，但(dan)這會使🐅産(chan)量降低。 
你(ni)可以調整(zheng)傳送帶的(de)加速度和(hé)減速度，使(shi)之與焊劑(jì)的黏附性(xing)🔞相匹配。傳(chuán)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(ta)的周期相(xiàng)對較長☁️，對(dui)每一個要(yao)塗覆的器(qi)件，貼裝時(shi)間增加大(da)約1.5s。 
浸焊方(fāng)法 
在這種(zhong)情況，焊劑(ji)載體是一(yī)個旋轉的(de)桶，并用刀(dao)片🈚把💛它刮(gua)成一個焊(hàn)劑薄膜(大(dà)約50μm)，此方法(fǎ)适用於高(gāo)黏度的焊(han)劑。通過隻(zhī)需在球栅(shān)的底部浸(jin)焊劑，在制(zhì)程🚶過程中(zhong)可以減少(shao)焊劑☎️的消(xiao)耗。 
此方法(fa)可以采用(yong)下列兩種(zhong)制程順序(xù)： 
• 在光學球(qiú)栅對正和(hé)球栅浸焊(hàn)劑之後進(jin)行貼裝。在(zài)這個順序(xu)裏，倒裝晶(jīng)片球栅和(hé)焊劑載體(tǐ)的機械接(jie)觸會對貼(tiē)裝精🌈度産(chǎn)😍生負面的(de)影響。 
• 在球(qiú)栅浸焊劑(ji)和光學球(qiu)栅對正之(zhi)後進行貼(tiē)裝。這種情(qing)況下，焊劑(jì)材料會影(ying)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(lì)高的焊劑(jì)，但它的速(su)度比塗覆(fu)👅方法的要(yao)快得多。根(gen)據貼裝方(fāng)法的不同(tóng)，每個器件(jian)附加🐆的時(shi)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(biāo)準的SMT貼裝(zhuāng)球栅間距(ju)爲0.5mm的μBGA或CSP時(shi)，還有一些(xie)事情應該(gāi)注意：對應(yīng)用混合技(jì)術(采用μBGA/CSP的(de)标準SMD)的産(chǎn)品🈲，顯然👨‍❤️‍👨最(zuì)關鍵的制(zhì)程過程🈚是(shì)焊劑塗覆(fu)印刷。邏輯(jí)上說，也可(ke)采用綜合(hé)傳統的倒(dao)裝晶片制(zhi)程和焊劑(ji)應用的貼(tiē)裝方法。 
所(suǒ)有的面形(xing)陣列封裝(zhuang)都顯示出(chū)在性能、封(fēng)裝密度和(he)🏃‍♂️節約成本(běn)上的潛力(lì)。爲了發揮(hui)在電子生(shēng)産整體領(ling)域的效能(néng)，需要進一(yi)步的研究(jiu)開發，改進(jin)制程、材料(liao)和設備等(děng)。就SMD貼裝設(she)備來講，大(da)量的工作(zuò)集中在視(shi)覺技術、更(geng)高的産🔴量(liàng)和精度。

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