先進(jìn)封裝器件(jiàn)快速貼裝(zhuāng)

由於面形(xíng)陣列封裝(zhuāng)越來(lái)越重要，尤其是(shì)在汽車、電訊和(hé)計算機應用等(děng)領域，因(yīn)此(cǐ)生(shēng)産(chǎn)率成爲讨論的(de)焦點。管腳間距(jù)小於(yú)0.4mm、既是0.5mm，細間(jiān)距(jù)qfp和tsop封裝的主(zhǔ)要問題(tí)是(shì)生産(chǎn)率低。然而(ér)，由於(yú)面形陣列(liè)封裝(zhuāng)的腳(jiǎo)距不(bú)是很小(例(lì)如，倒(dǎo)裝晶(jīng)片小於200μm)，回流焊(hàn)之後(hòu)，dmp速(sù)率至少(shǎo)比傳統的(de)細間(jiān)距技(jì)術(shù)好10倍。進(jìn)一步(bù)，與同樣間(jiān)距的qfp和tsop封(fēng)裝相(xiàng)比，考(kǎo)慮(lǜ)回(huí)流焊(hàn)時的自動對位(wèi)，其貼(tiē)裝(zhuāng)精(jīng)度要(yào)求要(yào)低的多。 
另(lìng)一(yī)個優點，特别(bié)是倒(dǎo)裝晶片，印(yìn)刷電(diàn)路闆的占用面(miàn)積大大減(jiǎn)少。面(miàn)形陣列封裝還(hái)可以提供(gòng)更好(hǎo)的電(diàn)路性能。 
因此，産(chǎn)業也(yě)在朝(cháo)著面(miàn)形陣列封裝(zhuāng)的(de)方向(xiàng)發展，最小(xiǎo)間距爲0.5mm的μbga和晶片級(jí)封(fēng)裝(zhuāng)csp(chip-scale package)在不(bú)斷地吸引(yǐn)人們(men)注意(yì)，至少有20家(jiā)跨國公司正在緻力於(yú)這(zhè)種系(xì)列封裝結構的研(yán)究。在今後幾(jǐ)年，預計裸(luǒ)晶片(piàn)的消耗每(měi)年将(jiāng)增加20%，其(qí)中(zhōng)增長(zhǎng)速度(dù)最快的将(jiāng)是倒裝晶(jīng)片，緊(jǐn)随其後的是應(yīng)用在cob(闆上(shàng)直接(jiē)貼裝)上(shàng)的裸晶(jīng)片。 
預(yù)計倒裝晶片的(de)消耗将由(yóu)1996年的(de)5億片(piàn)增加(jiā)到本世紀末(mò)的(de)25億片(piàn)，而tab/tcp消(xiāo)耗量則停(tíng)滞不前、甚(shèn)至出(chū)現負增長，如預(yù)計的那樣，在1995年(nián)隻有(yǒu)7億左右。 
貼(tiē)裝方(fāng)法 
貼(tiē)裝的(de)要求不同(tóng)，貼裝的方法(principle)也(yě)不同。這些要求(qiú)包括(kuò)元(yuán)件拾放(fàng)能力、貼裝力度、貼裝(zhuāng)精度、貼裝(zhuāng)速度和焊(hàn)劑的(de)流動(dòng)性等(děng)。考慮(lǜ)貼裝(zhuāng)速度時，需(xū)要考慮的一個(gè)主要特性就是(shì)貼裝精度。 
拾(shí)取(qǔ)和貼(tiē)裝 
貼(tiē)裝(zhuāng)設(shè)備(bèi)的(de)貼裝頭越(yuè)少，則貼裝(zhuāng)精度也越高。定位軸x、y和θ的精度影響整體的貼(tiē)裝精度，貼裝頭(tóu)裝在貼裝(zhuāng)機x-y平面的支撐架上，貼裝頭中最重(zhòng)要的(de)是(shì)旋(xuán)轉軸(zhóu)，但也不(bú)要忽略(luè)z軸的移動精度(dù)。在高(gāo)性能(néng)貼裝(zhuāng)系統中(zhōng)，z軸的運(yùn)動由一個微處理器控制，利用(yòng)傳感器對(duì)垂直(zhí)移動距離和貼(tiē)裝力度(dù)進行控制。 
貼(tiē)裝(zhuāng)的一(yī)個主要(yào)優點(diǎn)就是精密(mì)貼裝頭可(kě)以在(zài)x、y平面(miàn)自由運動(dòng)，包括從(cóng)格栅結(jié)構(gòu)(waffle)盤(pán)上取料，以(yǐ)及在固定的仰(yǎng)視攝像機上對(duì)器件(jiàn)進(jìn)行多項(xiàng)測量。 
最先進的貼裝(zhuāng)系統在x、y軸上可以達到(dào)4 sigma、20μm的精度，主要(yào)的缺(quē)點是(shì)貼裝速度(dù)低，通(tōng)常低於2000 cph，這還不(bú)包括其它輔(fǔ)助(zhù)動作，如倒裝晶(jīng)片塗焊劑等。 
隻(zhī)有一(yī)個貼裝(zhuāng)頭的簡(jiǎn)單貼(tiē)裝系統很(hěn)快就要(yào)被(bèi)淘汰，取而(ér)代之(zhī)的是(shì)靈活(huó)的系統。這樣的(de)系統，支撐(chēng)架上配備有高精度貼(tiē)裝頭及(jí)多吸嘴旋轉頭(tóu)(revolver head)(圖1)，可(kě)以貼裝大(dà)尺寸的bga和(hé)qfp封裝(zhuāng)。旋轉(或稱shooter)頭(tóu)可(kě)處理形狀(zhuàng)不規(guī)則的器件、細間(jiān)距倒裝晶片，以(yǐ)及管腳間(jiān)距小(xiǎo)至0.5mm的μbga/csp晶(jīng)片。這種(zhǒng)貼裝(zhuāng)方(fāng)法稱做(zuò)"收集、拾取和貼(tiē)裝"。 
圖(tú)1：對細(xì)間距(jù)倒裝(zhuāng)晶片(piàn)和(hé)其它器(qì)件，收集、拾取和(hé)貼裝設備采用(yòng)一個旋轉(zhuǎn)頭 

配(pèi)有倒裝晶(jīng)片旋(xuán)轉頭的(de)高(gāo)性能(néng)smd貼裝設備在市場上已經出現(xiàn)。它(tā)可(kě)以高速貼(tiē)裝倒裝晶片和(hé)球栅直徑爲125μm、管腳間距大約爲(wèi)200μm的μbga和(hé)csp晶片。具有(yǒu)收集、拾取和貼(tiē)裝功能設備的(de)貼裝速度(dù)大約(yuē)是5000cph。 
傳(chuán)統的晶片吸槍(qiāng) 
這樣(yàng)的系統帶有一(yī)個水平旋轉的(de)轉動頭，同時從移動(dòng)的送料器上(shàng)拾(shí)取(qǔ)器件，并(bìng)把它們貼裝到(dào)運動著的(de)pcb上(圖2)。 
圖2：傳統的晶片射槍(qiāng)速度較快，由於(yú)pcb闆的(de)運(yùn)動而(ér)使(shǐ)精度降低 

理論(lùn)上，系(xì)統的(de)貼裝速(sù)度(dù)可(kě)以達到(dào)40,000cph，但具有下列限(xiàn)制： 
晶(jīng)片拾取(qǔ)不能超(chāo)出器件擺放的(de)栅格盤； 
彈簧驅(qū)動的(de)真空(kōng)吸(xī)嘴(zuǐ)在z軸上運(yùn)動(dòng)中不允(yǔn)許進行工時優(yōu)化，或不能(néng)可靠(kào)地從傳送(sòng)帶上拾取裸片(piàn)(die)； 
對大多數(shù)面形(xíng)陣列封裝(zhuāng)，貼裝精度(dù)不能(néng)滿足要求(qiú)，典(diǎn)型(xíng)值高於4sigma時(shí)的10μm； 
不能實(shí)現爲微型(xíng)倒裝晶片塗(tú)焊(hàn)劑。 
收集和(hé)貼裝 

圖3：在(zài)拾取(qǔ)和貼(tiē)裝系統，射(shè)槍頭可(kě)以(yǐ)與栅(shān)格盤更換(huàn)裝(zhuāng)置一同工作(zuò) 
在(zài)"收集和貼裝"吸槍系統中(圖(tú)3)，兩個旋轉(zhuǎn)頭都裝在x-y支(zhī)撐架上。而後，旋轉頭配有6或(huò)12個吸嘴，可以接(jiē)觸栅格(gé)盤上的(de)任意(yì)位置(zhì)。對於标準(zhǔn)的smd晶片(piàn)，這(zhè)個系統可在4sigma(包括theta偏(piān)差)下達(dá)到(dào)80μm的貼裝精(jīng)度和20,000pch貼裝(zhuāng)速度。通過改變系統的(de)定(dìng)位動(dòng)态特性(xìng)和球栅(shān)的尋(xún)找算法，對(duì)於面形陣(zhèn)列封(fēng)裝，系統可在(zài)4sigma下(xià)達到(dào)60μm至80μm的(de)貼裝精度和高(gāo)於10,000pch的(de)貼裝(zhuāng)速度。 
貼裝精度(dù) 
爲了對不(bú)同的貼裝(zhuāng)設備有(yǒu)一(yī)個整體了解(jiě)，你需要(yào)知道影響面形(xíng)陣列封裝貼裝(zhuāng)精度(dù)的主要因(yīn)素。球栅貼(tiē)裝精(jīng)度p\/\/acc\/\/依(yī)賴(lài)於球栅(shān)合金的類型、球(qiú)栅的數目(mù)和封(fēng)裝的(de)重量等。 
這(zhè)三個(gè)因素是互相聯(lián)系的，與同(tóng)等間(jiān)距qfp和(hé)sop封(fēng)裝的ic相比，大多數(shù)面形(xíng)陣列封裝的貼(tiē)裝精度要(yào)求較(jiào)低。
注(zhù)：插入(rù)方程 
對(duì)沒有阻焊膜(mó)的(de)園形焊(hàn)盤，允許的最大貼(tiē)裝偏差(chà)等於(yú)pcb焊盤(pán)的半徑，貼裝誤(wù)差超過pcb焊盤半(bàn)徑時，球栅(shān)和pcb焊盤仍(réng)會有(yǒu)機械的接觸。假(jiǎ)定通常(cháng)的pcb焊盤直徑大緻(zhì)等於(yú)球栅的直徑，對球栅直徑(jìng)爲0.3mm、間(jiān)距爲0.5mm的μbga和csp封裝(zhuāng)的貼(tiē)裝精度(dù)要(yào)求爲0.15mm；如果球栅(shān)直徑(jìng)爲(wèi)100μm、間距爲(wèi)175μm，則精度要求爲50μm。 
在帶(dài)形球栅(shān)陣列封(fēng)裝(tbga)和重陶瓷球(qiú)栅陣列封(fēng)裝(cbga)情況，自對(duì)準即使(shǐ)發生也很有限。因此，貼裝的(de)精(jīng)度要求就高。 
焊劑的(de)應用 
倒(dǎo)裝晶片球栅(shān)的标準大(dà)規模(mó)回流(liú)焊采(cǎi)用的(de)爐子需要焊劑(jì)。現在(zài)，功能較強的通(tōng)用(yòng)smd貼(tiē)裝設(shè)備都帶有内置(zhì)的焊劑(jì)應(yīng)用裝置，兩種常(cháng)用的(de)内置供給方法(fǎ)是塗覆(fù)(圖4)和浸(jìn)焊。 
圖4：焊劑(jì)塗覆方法(fǎ)已證(zhèng)明(míng)性(xìng)能可靠，但(dàn)隻适用於低黏度的焊劑(jì)焊劑(jì)塗覆 液體(tǐ)焊劑 基闆(pǎn) 倒裝(zhuāng)晶片(piàn) 倒裝晶片貼裝(zhuāng) 

塗覆單元(yuán)就安裝在貼裝頭的附近(jìn)。倒裝(zhuāng)晶片貼裝之前(qián)，在貼(tiē)裝位置上(shàng)塗上焊劑(jì)。在貼裝位置中心塗(tú)覆的劑(jì)量(liàng)，依賴於倒(dǎo)裝(zhuāng)晶(jīng)片的(de)尺寸(cùn)和焊劑在特定材料上的(de)浸潤特性(xìng)而定(dìng)。應該(gāi)确(què)保焊劑(jì)塗覆面(miàn)積要足(zú)夠大(dà)，避免由於(yú)誤差而引起焊(hàn)盤的漏塗。 
爲了在無清洗制(zhì)程(chéng)中進行有效的(de)填充(chōng)，焊(hàn)劑必須是無(wú)清洗(xǐ)(無殘(cán)渣)材(cái)料。液體(tǐ)焊劑裏(lǐ)面總是很少包(bāo)含固(gù)體物質，它(tā)最适合應用在無清洗制程。 
然(rán)而，由於液體焊劑存(cún)在流動性，在倒裝晶片貼(tiē)裝之(zhī)後，貼裝系統傳(chuán)送帶的移動會(huì)引起晶片(piàn)的慣(guàn)性位(wèi)移(yí)，有兩個(gè)方法(fǎ)可以解決(jué)這個問題： 
在(zài)pcb闆(pǎn)傳送(sòng)前，設定數秒的(de)等待(dài)時(shí)間。在這(zhè)個(gè)時間(jiān)内，倒裝(zhuāng)晶片周圍的焊(hàn)劑迅速揮發而(ér)提高了(le)黏(nián)附性(xìng)，但這會使(shǐ)産量(liàng)降低。 
你可以(yǐ)調整(zhěng)傳(chuán)送帶的加速度和減速(sù)度，使之與焊(hàn)劑的黏附性相匹配。傳送(sòng)帶的平穩(wěn)運動不會引起(qǐ)晶片(piàn)移位。
焊劑塗覆方法(fǎ)的主要缺點是(shì)它的(de)周期相對(duì)較長，對每(měi)一個要塗覆的(de)器件(jiàn)，貼裝(zhuāng)時(shí)間增加(jiā)大約1.5s。 
浸焊(hàn)方法 
在這種情(qíng)況，焊劑(jì)載體是(shì)一個(gè)旋轉的桶(tǒng)，并用(yòng)刀片把它(tā)刮成一(yī)個焊(hàn)劑(jì)薄膜(大約(yuē)50μm)，此方(fāng)法适(shì)用(yòng)於高黏度的焊劑。通過(guò)隻(zhī)需在球栅的(de)底部(bù)浸焊劑，在制程過(guò)程中可(kě)以減(jiǎn)少焊劑的(de)消耗。 
此方法(fǎ)可以采用下列兩種(zhǒng)制(zhì)程順序： 
• 在(zài)光(guāng)學(xué)球栅對正和球(qiú)栅浸(jìn)焊劑之後(hòu)進行(háng)貼裝。在這個順序裏(lǐ)，倒(dǎo)裝晶片(piàn)球栅(shān)和焊劑載(zǎi)體的(de)機(jī)械(xiè)接觸(chù)會對貼裝精度(dù)産生負(fù)面的影(yǐng)響。 
• 在(zài)球栅浸焊劑和(hé)光學(xué)球栅對正(zhèng)之後進(jìn)行貼裝(zhuāng)。這種情況下，焊劑材料會影響(xiǎng)光學球(qiú)栅(shān)對正(zhèng)的圖(tú)像。 浸焊劑方法不太(tài)适用(yòng)於揮發能力高(gāo)的焊劑，但(dàn)它的速度比塗覆方(fāng)法的要快得多。根據貼裝方法(fǎ)的不(bú)同，每(měi)個器(qì)件附加的(de)時間大約是：純(chún)粹的拾取(qǔ)、貼裝爲0.8s，收(shōu)集(jí)、貼裝(zhuāng)爲(wèi)0.3s. 
當(dāng)用标(biāo)準(zhǔn)的smt貼裝球栅間距爲0.5mm的μbga或(huò)csp時，還(hái)有一些事(shì)情應(yīng)該注意(yì)：對應用(yòng)混合技術(shù)(采用μbga/csp的标(biāo)準smd)的産品(pǐn)，顯然最關(guān)鍵的制程過程是焊(hàn)劑(jì)塗覆印(yìn)刷。邏輯上(shàng)說(shuō)，也可采用綜合傳(chuán)統的倒裝晶片(piàn)制程(chéng)和焊(hàn)劑(jì)應(yīng)用的貼裝(zhuāng)方法。 
所有的面(miàn)形陣(zhèn)列封裝都(dōu)顯示出在(zài)性能(néng)、封裝(zhuāng)密度和節(jiē)約成本(běn)上的潛力。爲了發揮(huī)在(zài)電子生(shēng)産整體(tǐ)領域的效能，需(xū)要進一步(bù)的研(yán)究(jiū)開(kāi)發(fā)，改(gǎi)進制(zhì)程、材料和設備等。就(jiù)smd貼(tiē)裝設備(bèi)來講，大量的工(gōng)作集中在視覺(jiào)技術、更高的産(chǎn)量和(hé)精度。

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