00243封裝器件的高速貼裝技術(shù)

1、封裝器件的高速貼裝技術(shù)由於面形陣列封裝越來越重要，尤其是在汽車、電訊和計算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域，因此生產(chǎn)率成為討論的焦點。管腳間距小於0.4mm、既是0.5mm，細(xì)間距qfp和tsop封裝的主要問題是生產(chǎn)率低。然而，由於面形陣列封裝的腳距不是很小(例如，倒裝晶片小於200m)，回流焊之后，dmp速率至少比傳統(tǒng)的細(xì)間距技術(shù)好10倍。進(jìn)一步，與同樣間距的qfp和tsop封裝相比，考慮回流焊時的自動對位，其貼裝精度要求要低的多。另一個優(yōu)點，特別是倒裝晶片，印刷電路板的占用面積大大減少。面形陣列封裝還可以提供更好的電路性能。因此，產(chǎn)業(yè)也在朝著面形陣列封裝的方向發(fā)展，最小間距為0.5mm的bga和晶片級封裝cs

2、p(chip-scale package)在不斷地吸引人們注意，至少有20家跨國公司正在致力於這種系列封裝結(jié)構(gòu)的研究。在今后幾年，預(yù)計裸晶片的消耗每年將增加20%，其中增長速度最快的將是倒裝晶片，緊隨其后的是應(yīng)用在cob(板上直接貼裝)上的裸晶片。預(yù)計倒裝晶片的消耗將由1996年的5億片增加到本世紀(jì)末的25億片，而tab/tcp消耗量則停滯不前、甚至出現(xiàn)負(fù)增長，如預(yù)計的那樣，在1995年只有7億左右。一、貼裝的方法貼裝的要求不同，貼裝的方法(principle)也不同。這些要求包括元件拾放能力、貼裝力度、貼裝精度、貼裝速度和焊劑的流動性等?？紤]貼裝速度時，需要考慮的一個主要特性就是貼裝精度。二

3、、拾取和貼裝貼裝設(shè)備的貼裝頭越少，則貼裝精度也越高。定位軸x、y和的精度影響整體的貼裝精度，貼裝頭裝在貼裝機(jī)x-y平面的支撐架上，貼裝頭中最重要的是旋轉(zhuǎn)軸，但也不要忽略z軸的移動精度。在高性能貼裝系統(tǒng)中，z軸的運動由一個微處理器控制，利用傳感器對垂直移動距離和貼裝力度進(jìn)行控制。貼裝的一個主要優(yōu)點就是精密貼裝頭可以在x、y平面自由運動，包括從格柵結(jié)構(gòu)(waffle)盤上取料，以及在固定的仰視攝像機(jī)上對器件進(jìn)行多項測量。最先進(jìn)的貼裝系統(tǒng)在x、y軸上可以達(dá)到4 sigma、20m的精度，主要的缺點是貼裝速度低，通常低於2000 cph，這還不包括其它輔助動作，如倒裝晶片涂焊劑等。只有一個貼裝頭的簡單

4、貼裝系統(tǒng)很快就要被淘汰，取而代之的是靈活的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)，支撐架上配備有高精度貼裝頭及多吸嘴旋轉(zhuǎn)頭(revolver head)(圖1)，可以貼裝大尺寸的bga和qfp封裝。旋轉(zhuǎn)(或稱shooter)頭可處理形狀不規(guī)則的器件、細(xì)間距倒裝晶片，以及管腳間距小至0.5mm的bga/csp晶片。這種貼裝方法稱做收集、拾取和貼裝。圖1：對細(xì)間距倒裝晶片和其它器件，收集、拾取和貼裝設(shè)備采用一個旋轉(zhuǎn)頭配有倒裝晶片旋轉(zhuǎn)頭的高性能smd貼裝設(shè)備在市場上已經(jīng)出現(xiàn)。它可以高速貼裝倒裝晶片和球柵直徑為125m、管腳間距大約為200m的bga和csp晶片。具有收集、拾取和貼裝功能設(shè)備的貼裝速度大約是5000cph。

5、三、傳統(tǒng)的晶片吸槍這樣的系統(tǒng)帶有一個水平旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動頭，同時從移動的送料器上拾取器件，并把它們貼裝到運動著的pcb上(圖2)。圖2：傳統(tǒng)的晶片射槍速度較快，由於pcb板的運動而使精度降低理論上，系統(tǒng)的貼裝速度可以達(dá)到40,000cph，但具有下列限制：晶片拾取不能超出器件擺放的柵格盤；彈簧驅(qū)動的真空吸嘴在z軸上運動中不允許進(jìn)行工時優(yōu)化，或不能可靠地從傳送帶上拾取裸片(die)；對大多數(shù)面形陣列封裝，貼裝精度不能滿足要求，典型值高於4sigma時的10m；不能實現(xiàn)為微型倒裝晶片涂焊劑。四、收集和貼裝圖3：在拾取和貼裝系統(tǒng)，射槍頭可以與柵格盤更換裝置一同工作在收集和貼裝吸槍系統(tǒng)中(圖3)，兩個旋轉(zhuǎn)頭

6、都裝在x-y支撐架上。而后，旋轉(zhuǎn)頭配有6或12個吸嘴，可以接觸柵格盤上的任意位置。對於標(biāo)準(zhǔn)的smd晶片，這個系統(tǒng)可在4sigma(包括theta偏差)下達(dá)到80m的貼裝精度和20,000pch貼裝速度。通過改變系統(tǒng)的定位動態(tài)特性和球柵的尋找算法，對於面形陣列封裝，系統(tǒng)可在4sigma下達(dá)到60m至80m的貼裝精度和高於10,000pch的貼裝速度。五、貼裝精度為了對不同的貼裝設(shè)備有一個整體了解，你需要知道影響面形陣列封裝貼裝精度的主要因素。球柵貼裝精度p/acc/依賴於球柵合金的類型、球柵的數(shù)目和封裝的重量等。這三個因素是互相聯(lián)系的，與同等間距qfp和sop封裝的ic相比，大多數(shù)面形陣列封裝的

7、貼裝精度要求較低。注：插入方程對沒有阻焊膜的園形焊盤，允許的最大貼裝偏差等於pcb焊盤的半徑，貼裝誤差超過pcb焊盤半徑時，球柵和pcb焊盤仍會有機(jī)械的接觸。假定通常的pcb焊盤直徑大致等於球柵的直徑，對球柵直徑為0.3mm、間距為0.5mm的bga和csp封裝的貼裝精度要求為0.15mm；如果球柵直徑為100m、間距為175m，則精度要求為50m。在帶形球柵陣列封裝(tbga)和重陶瓷球柵陣列封裝(cbga)情況，自對準(zhǔn)即使發(fā)生也很有限。因此，貼裝的精度要求就高。六、焊劑的應(yīng)用倒裝晶片球柵的標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)?；亓骱覆捎玫臓t子需要焊劑?，F(xiàn)在，功能較強(qiáng)的通用smd貼裝設(shè)備都帶有內(nèi)置的焊劑應(yīng)用裝置，兩種常

8、用的內(nèi)置供給方法是涂覆(圖4)和浸焊。圖4：焊劑涂覆方法已證明性能可靠，但只適用於低黏度的焊劑焊劑涂覆液體焊劑基板倒裝晶片倒裝晶片貼裝涂覆單元就安裝在貼裝頭的附近。倒裝晶片貼裝之前，在貼裝位置上涂上焊劑。在貼裝位置中心涂覆的劑量，依賴於倒裝晶片的尺寸和焊劑在特定材料上的浸潤特性而定。應(yīng)該確保焊劑涂覆面積要足夠大，避免由於誤差而引起焊盤的漏涂。為了在無清洗制程中進(jìn)行有效的填充，焊劑必須是無清洗(無殘渣)材料。液體焊劑里面總是很少包含固體物質(zhì)，它最適合應(yīng)用在無清洗制程。然而，由於液體焊劑存在流動性，在倒裝晶片貼裝之后，貼裝系統(tǒng)傳送帶的移動會引起晶片的慣性位移，有兩個方法可以解決這個問題：在pcb板

9、傳送前，設(shè)定數(shù)秒的等待時間。在這個時間內(nèi)，倒裝晶片周圍的焊劑迅速揮發(fā)而提高了黏附性，但這會使產(chǎn)量降低。你可以調(diào)整傳送帶的加速度和減速度，使之與焊劑的黏附性相匹配。傳送帶的平穩(wěn)運動不會引起晶片移位。焊劑涂覆方法的主要缺點是它的周期相對較長，對每一個要涂覆的器件，貼裝時間增加大約1.5s。七、浸焊方法在這種情況，焊劑載體是一個旋轉(zhuǎn)的桶，并用刀片把它刮成一個焊劑薄膜(大約50m)，此方法適用於高黏度的焊劑。通過只需在球柵的底部浸焊劑，在制程過程中可以減少焊劑的消耗。此方法可以采用下列兩種制程順序： 在光學(xué)球柵對正和球柵浸焊劑之后進(jìn)行貼裝。在這個順序里，倒裝晶片球柵和焊劑載體的機(jī)械接觸會對貼裝精度產(chǎn)生負(fù)面的影響。 在球柵浸焊劑和光學(xué)球柵對正之后進(jìn)行貼裝。這種情況下，焊劑材料會影響光學(xué)球柵對正的圖像。浸焊劑方法不太適用於揮發(fā)能力高的焊劑，但它的速度比涂覆方法的要快得多。根據(jù)貼裝方法的不同，每個器件附加的時間大約是：純粹的拾取、貼裝為0.8s，收集、貼裝為0.3s.。當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)的smt貼裝球柵間距為0.5mm的bga或csp時，還有一些事情應(yīng)該注意：對應(yīng)用混合技術(shù)(采用bga/csp的標(biāo)準(zhǔn)smd)的產(chǎn)品，顯