先(xiān)進封裝器(qì)件快速貼(tie)裝

由於面(miàn)形陣列封(fēng)裝越來越(yue)重要，尤其(qi)是在汽車(che)、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(guǎn)腳間距小(xiao)於🥵0.4mm、既是0.5mm，細(xi)間距QFP和TSOP封(feng)裝的主要(yào)問題是生(sheng)産率低。然(ran)而，由於面(miàn)形陣列封(fēng)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(zhi)後，dmp速率至(zhì)少比傳統(tǒng)的細間距(jù)技術好10倍(bei)。進一步，與(yu)🔞同樣間距(jù)的🔞QFP和TSOP封裝(zhuang)相比，考慮(lǜ)回流焊時(shi)的自動對(dui)位，其貼裝(zhuang)精度要求(qiú)要低的多(duō)。 
另一個優(yōu)點，特别是(shi)倒裝晶片(pian)，印刷電路(lu)闆的占用(yong)🏃‍♀️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(néng)。 
因此，産業(yè)也在朝著(zhe)面形陣列(lie)封裝的方(fang)向發展，最(zuì)小間距爲(wei)0.5mm的μBGA和晶片(pian)級封裝CSP(chip-scale package)在(zài)不斷地吸(xi)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(zhǒng)系列封裝(zhuāng)結構的研(yán)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(jì)倒裝晶片(piàn)的消耗将(jiang)由1996年的5億(yi)片增加到(dào)本世紀末(mò)的25億片，而(er)TAB/TCP消耗量則(zé)停滞不前(qián)、甚至出現(xiàn)負增長，如(rú)🤩預計的那(nà)樣，在1995年隻(zhi)有7億左右(yòu)。 
貼裝方法(fǎ) 
貼裝的要(yao)求不同，貼(tie)裝的方法(fa)(principle)也不同。這(zhè)些要求包(bāo)括🤩元🧑🏾‍🤝‍🧑🏼件拾(shi)放能力、貼(tie)裝力度、貼(tie)裝精度、貼(tiē)裝速度和(hé)焊劑的流(liu)✨動性🔆等。考(kao)慮貼㊙️裝速(sù)度時，需要(yao)考慮的一(yi)🚶‍♀️個主要📞特(tè)性就是貼(tiē)裝㊙️精度。 
拾(shi)取和貼裝(zhuang) 
貼裝設備(bei)的貼裝頭(tou)越少，則貼(tie)裝精度也(yě)越高。定位(wei)軸x、y和🚶θ的精(jīng)度影響整(zhěng)體的貼裝(zhuang)精度，貼裝(zhuang)頭裝在貼(tiē)裝機x-y平面(miàn)的支撐架(jia)上，貼裝頭(tóu)中最重要(yào)的是旋轉(zhuǎn)💯軸，但也不(bu)要忽略z軸(zhóu)的🔞移動精(jīng)度。在高性(xìng)能貼裝系(xì)統中，z軸的(de)運動由一(yi)個微處理(li)器控制，利(li)用傳感器(qi)對垂直移(yi)動距離和(hé)貼裝🔅力度(dù)進行控制(zhi)。 
貼裝的一(yi)個主要優(yōu)點就是精(jīng)密貼裝頭(tóu)可以在x、y平(ping)面♻️自由🐇運(yùn)動，包括從(cong)格栅結構(gou)(waffle)盤上取料(liào)，以及在固(gu)定的仰視(shì)攝像機上(shàng)對器㊙️件進(jìn)行多項測(cè)量。 
最先進(jin)的貼裝系(xì)統在x、y軸上(shang)可以達到(dao)4 sigma、20μm的精度，主(zhǔ)要的缺點(diǎn)是🧑🏾‍🤝‍🧑🏼貼裝速(sù)度低，通常(chang)低於2000 cph，這還(hái)不包括其(qí)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(dān)貼裝系統(tong)很快就要(yào)被淘汰，取(qǔ)而代之🌂的(de)是靈活的(de)系統。這樣(yàng)的系統，支(zhī)撐架上配(pèi)備有高精(jīng)度貼裝頭(tóu)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(tóu)可🈚處理形(xíng)狀不規則(ze)的器件、細(xì)間距倒裝(zhuāng)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(cheng)做"收集、拾(shi)取和貼裝(zhuang)"。 
圖1：對細間(jiān)距倒裝晶(jing)片和其它(tā)器件，收集(ji)、拾取和貼(tiē)裝設備采(cai)用一個旋(xuán)轉頭 

配有倒裝(zhuang)晶片旋轉(zhuan)頭的高性(xing)能SMD貼裝設(she)備在市場(chang)♊上已經出(chu)現。它可以(yǐ)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(yuē)爲200μm的μBGA和CSP晶(jīng)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(xi)槍 
這樣的(de)系統帶有(you)一個水平(píng)旋轉的轉(zhuǎn)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(shàng)(圖2)。 
圖2：傳統(tǒng)的晶片射(shè)槍速度較(jiào)快，由於PCB闆(pǎn)的運動而(er)使精度降(jiàng)低 

理(li)論上，系統(tǒng)的貼裝速(sù)度可以達(da)到40,000cph，但具有(yǒu)下列限☎️制(zhì)： 
晶片拾取(qu)不能超出(chu)器件擺放(fang)的栅格盤(pan)； 
彈簧驅動(dong)的真空吸(xī)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(miàn)形陣列封(feng)裝，貼裝精(jīng)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(wēi)型倒裝晶(jing)片塗焊劑(jì)。 
收集和貼(tiē)裝 

圖(tú)3：在拾取和(he)貼裝系統(tǒng)，射槍頭可(ke)以與栅格(gé)盤更換裝(zhuāng)置⭕一同工(gōng)作 
在"收集(ji)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(jia)上😍。而✨後，旋(xuán)轉頭配有(yǒu)6或12個吸嘴(zuǐ)，可以接觸(chù)栅☀️格盤上(shang)的任意位(wèi)置。對於标(biao)準的SMD晶片(piàn)，這個系統(tǒng)可在4sigma(包括(kuò)💃🏻theta偏差)下🈚達(dá)到80μm的貼裝(zhuāng)精🥵度和20,000pch貼(tie)裝速度。通(tōng)過改變系(xì)統的定位(wèi)動✉️态特性(xìng)和球栅的(de)尋找算法(fa)，對於面形(xíng)陣列✂️封裝(zhuāng)，系統可在(zai)4sigma下達到60μm至(zhì)80μm的貼裝精(jing)度和高於(yu)10,000pch的貼裝速(su)度。 
貼裝精(jing)度 
爲了對(dui)不同的貼(tie)裝設備有(you)一個整體(ti)了解，你需(xū)要知道影(ying)🔱響面形陣(zhen)列封裝貼(tiē)裝精度的(de)主要因素(su)。球栅貼裝(zhuang)精💋度P\/\/ACC\/\/依賴(lai)於球栅合(hé)金的類型(xing)、球栅的數(shù)目和封裝(zhuāng)的重量等(děng)。 
這三個因(yin)素是互相(xiang)聯系的，與(yu)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(du)要求較低(dī)。
注：插入方(fāng)程 
對沒有(you)阻焊膜的(de)園形焊盤(pán)，允許的最(zuì)大貼裝偏(pian)差等於PCB焊(hàn)盤的半徑(jing)，貼裝誤差(chà)超過PCB焊盤(pán)半徑時，球(qiú)栅和PCB焊盤(pan)仍會有機(ji)械的接觸(chù)。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(dù)要求爲0.15mm；如(rú)果球栅直(zhí)徑爲100μm、間距(jù)爲175μm，則精度(du)要求爲50μm。 
在(zài)帶形球栅(shān)陣列封裝(zhuāng)(TBGA)和重陶瓷(cí)球栅陣列(lie)封裝(CBGA)情況(kuang)，自♊對🎯準即(ji)使發生也(yě)很有限。因(yīn)此，貼裝的(de)精度要求(qiú)就高。 
焊劑(jì)的應用 
倒(dao)裝晶片球(qiú)栅的标準(zhun)大規模回(huí)流焊采用(yong)的爐子需(xu)要焊劑🙇‍♀️。現(xian)在，功能較(jiào)強的通用(yòng)SMD貼裝設備(bèi)都帶有♊内(nèi)置的焊劑(jì)應用裝置(zhi)，兩種常用(yòng)的内置供(gòng)給方法是(shì)塗覆(圖4)和(hé)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(yòng)於低黏度(dù)的焊劑焊(han)劑塗覆 液(ye)體焊劑 基(jī)闆 倒裝晶(jīng)片 倒裝晶(jīng)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(tie)裝之前，在(zai)貼📞裝位置(zhì)上塗上焊(hàn)劑。在貼裝(zhuang)位置中心(xin)塗覆的劑(jì)量✊，依賴於(yu)倒🤟裝晶🔞片(piàn)的尺寸和(he)焊劑在特(te)定材料上(shang)的浸潤特(te)性而定。應(ying)該确保焊(hàn)劑塗覆面(miàn)積要足夠(gòu)大，避免由(yóu)於誤差而(er)引起焊盤(pán)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(wú)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(cheng)。 
然而，由於(yú)液體焊劑(ji)存在流動(dòng)性，在倒裝(zhuang)晶片貼裝(zhuāng)之後，貼裝(zhuang)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(zhè)個問題： 
在(zai)PCB闆傳送前(qián)，設定數秒(miǎo)的等待時(shi)間。在這個(ge)時間内✏️，倒(dǎo)裝晶片周(zhou)圍的焊劑(ji)迅速揮發(fā)而提高了(le)黏附性，但(dàn)這😍會使産(chan)量降低。 
你(ni)可以調整(zhěng)傳送帶的(de)加速度和(he)減速度，使(shi)之與焊劑(ji)的黏⭐附🔅性(xìng)相匹配。傳(chuan)送帶的平(ping)穩運動不(bú)會引起晶(jing)片🐇移位。
焊(han)劑塗覆方(fang)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(zhǒng)情況，焊劑(jì)載體是一(yi)個旋轉的(de)桶，并用刀(dao)片把它刮(gua)成一個焊(hàn)劑薄膜(大(da)約50μm)，此方法(fa)适用於高(gāo)黏度的焊(hàn)劑。通過隻(zhī)需在球栅(shan)的底部浸(jin)焊劑，在制(zhi)程🏃‍♂️過程中(zhong)可以減少(shǎo)焊劑的消(xiāo)耗👅。 
此方法(fa)可以采用(yòng)下列兩種(zhǒng)制程順序(xù)： 
• 在光學球(qiu)栅對正和(he)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(ti)的機械接(jiē)觸會對貼(tiē)裝精度産(chǎn)生負面的(de)影響。 
• 在球(qiú)栅浸焊劑(jì)和光學球(qiú)栅對正之(zhi)後進行貼(tiē)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(hàn)劑方法不(bú)太适㊙️用於(yu)揮發能力(lì)高的焊劑(jì)，但它的速(sù)度比塗覆(fù)方法的🐇要(yào)快得多。根(gen)據貼裝方(fāng)法的❌不同(tong)，每個器件(jiàn)附加的時(shí)間大約是(shì)：純粹的拾(shi)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(shí)，還有一些(xie)事㊙️情應該(gai)注意：對應(ying)用混合技(jì)術(采用μBGA/CSP的(de)标準SMD)的産(chan)品⭕，顯然最(zui)關👣鍵的制(zhì)程過程是(shi)焊劑塗覆(fù)印刷。邏輯(jí)上✉️說，也可(kě)💃采用綜合(hé)傳統的倒(dǎo)裝晶片制(zhì)程和焊劑(jì)應用的貼(tiē)裝方法。 
所(suǒ)有的面形(xíng)陣列封裝(zhuāng)都顯示出(chū)在性能、封(feng)裝密度⁉️和(hé)節☔約成本(běn)♈上的潛力(li)。爲了發揮(hui)在電子生(shēng)産整體領(ling)域的效🚶‍♀️能(néng)，需要進一(yī)步的研究(jiu)開發，改進(jìn)制程、材料(liao)和設備等(děng)。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(liang)和精度。

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