先進封(feng)裝器件(jian)快速貼(tie)裝

由於(yú)面形陣(zhen)列封裝(zhuang)越來越(yuè)重要，尤(yóu)其是在(zai)汽車、電(diàn)⭐訊和☂️計(ji)🏒算機應(ying)用等領(ling)域，因此(cǐ)生産率(lü)成爲讨(tao)論的🔆焦(jiao)點。管腳(jiǎo)間距小(xiǎo)於☔0.4mm、既是(shì)0.5mm，細間距(jù)QFP和TSOP封裝(zhuāng)的主要(yao)問⛷️題是(shi)生産率(lü)低。然而(er)，由於面(miàn)形陣列(lie)封裝的(de)腳距不(bú)是很小(xiǎo)(例如，倒(dǎo)裝晶📱片(pian)小於200μm)，回(huí)流焊之(zhi)後，dmp速率(lü)至少💋比(bi)傳統的(de)細間距(jù)技術好(hao)🐇10倍。進一(yi)步，與同(tóng)樣間距(ju)的♌QFP和TSOP封(fēng)裝相比(bi)，考慮回(huí)流焊時(shí)的自動(dòng)對位，其(qi)貼裝精(jīng)🐕度要求(qiú)要低的(de)多。 
另(ling)一個優(you)點，特别(bié)是倒裝(zhuāng)晶片，印(yin)刷電路(lu)闆的占(zhan)用面積(jī)🏃‍♂️大大減(jiǎn)少。面形(xíng)陣列封(feng)裝還可(kě)以提供(gong)更好的(de)電路性(xing)能。 
因(yīn)此，産業(ye)也在朝(cháo)著面形(xíng)陣列封(fēng)裝的方(fāng)向發展(zhan)，最⭐小間(jiān)距爲☎️0.5mm的(de)μBGA和晶片(piàn)級封裝(zhuang)CSP(chip-scale package)在不斷(duan)地吸引(yǐn)人們注(zhu)意，至少(shǎo)有20家跨(kua)國公司(sī)正在緻(zhi)力於這(zhè)種系列(liè)封裝結(jié)構的研(yán)究。在今(jin)後幾年(nian)，預計裸(luo)晶片的(de)消耗每(mei)年将增(zeng)加20%，其中(zhong)增長速(sù)🌂度最快(kuai)的💘将是(shì)倒裝晶(jing)片，緊随(sui)其後的(de)是應☁️用(yong)在COB(闆上(shang)直接貼(tie)裝)上的(de)裸晶片(pian)。 
預計(jì)倒裝晶(jing)片的消(xiao)耗将由(you)1996年的5億(yi)片增加(jia)到本世(shi)紀末的(de)25億✊片，而(ér)TAB/TCP消耗量(liang)則停滞(zhi)不前、甚(shèn)至出現(xiàn)負增長(zhǎng)，如預計(jì)🈲的那樣(yàng)，在1995年隻(zhi)有7億左(zuǒ)右。 
貼(tie)裝方法(fǎ) 
貼裝(zhuang)的要求(qiu)不同，貼(tie)裝的方(fāng)法(principle)也不(bu)同。這些(xie)要求包(bāo)括元件(jiàn)♊拾放能(néng)力、貼裝(zhuāng)力度、貼(tiē)裝精度(du)、貼裝速(su)度和焊(hàn)劑的流(liu)動性等(děng)。考慮貼(tie)裝速度(du)時，需要(yào)考慮的(de)一個主(zhu)要特性(xing)就是貼(tiē)裝精度(du)。 
拾取(qu)和貼裝(zhuang) 
貼裝(zhuāng)設備的(de)貼裝頭(tou)越少，則(zé)貼裝精(jing)度也越(yue)高。定位(wèi)💁軸x、y和θ的(de)精度影(yǐng)響整體(ti)的貼裝(zhuang)精度，貼(tiē)裝頭裝(zhuang)在貼裝(zhuāng)機x-y平面(mian)的支🌍撐(cheng)架上，貼(tie)裝頭中(zhong)最重要(yào)的是旋(xuán)轉軸，但(dàn)也不要(yào)忽略z軸(zhou)的移動(dòng)精♋度。在(zai)高性能(néng)貼裝系(xi)統中，z軸(zhóu)的💋運動(dong)由一個(ge)微處理(li)器控制(zhì)，利用傳(chuán)感器對(dui)垂直移(yi)動距離(li)和貼裝(zhuang)力度進(jìn)行控制(zhì)。 
貼裝(zhuang)的一個(ge)主要優(yōu)點就是(shì)精密貼(tie)裝頭可(ke)以在x、y平(ping)面自❌由(you)運動，包(bāo)括從格(ge)栅結構(gou)(waffle)盤上取(qu)料，以及(ji)在固定(ding)的⚽仰視(shi)攝像機(jī)上對器(qì)件進行(háng)多項測(ce)量。 
最(zuì)先進的(de)貼裝系(xi)統在x、y軸(zhóu)上可以(yǐ)達到4 sigma、20μm的(de)精度，主(zhu)要✔️的缺(que)點💁是🐆貼(tie)裝速度(dù)低，通常(cháng)低於2000 cph，這(zhè)還不包(bao)括其它(ta)輔助動(dòng)作，如倒(dao)裝晶片(pian)塗焊劑(jì)等。 
隻(zhī)有一個(gè)貼裝頭(tóu)的簡單(dān)貼裝系(xì)統很快(kuài)就要被(bei)淘🐉汰，取(qu)而♌代之(zhi)💋的是靈(líng)活的系(xi)統。這樣(yàng)的系統(tong)，支撐架(jià)♉上配備(bei)有🔴高精(jing)度貼裝(zhuang)頭及多(duo)吸嘴旋(xuan)轉頭(revolver head)(圖(tu)1)，可以貼(tiē)裝大尺(chǐ)寸的BGA和(hé)QFP封裝。旋(xuán)轉(或稱(chēng)shooter)頭可🔴處(chù)理形狀(zhuang)不規則(ze)的器件(jiàn)、細間距(jù)倒裝晶(jing)片，以及(ji)管腳🔴間(jian)距小至(zhì)🙇🏻0.5mm的μBGA/CSP晶片(pian)。這種🌈貼(tiē)裝方法(fa)稱做"收(shou)集、拾取(qǔ)和貼裝(zhuāng)"。 
圖1：對(dui)細間距(jù)倒裝晶(jīng)片和其(qí)它器件(jian)，收集、拾(shi)取和貼(tiē)裝設備(bei)采用一(yī)個旋轉(zhuan)頭 

配有(yǒu)倒裝晶(jīng)片旋轉(zhuǎn)頭的高(gao)性能SMD貼(tie)裝設備(bei)在市場(chǎng)上📧已經(jīng)出現♋。它(ta)可以高(gao)速貼裝(zhuāng)倒裝晶(jīng)片和球(qiu)栅直徑(jìng)爲🛀125μm、管腳(jiao)間距大(dà)約爲200μm的(de)μBGA和CSP晶片(pian)。具有收(shōu)集、拾取(qu)和貼裝(zhuang)功🤟能設(shè)備的貼(tiē)裝速度(du)大約是(shi)5000cph。 
傳統(tǒng)的晶片(pian)吸槍 
這樣的(de)系統帶(dai)有一個(gè)水平旋(xuán)轉的轉(zhuǎn)動頭，同(tong)時從移(yi)動的🏒送(song)料器上(shang)拾取器(qì)件，并把(bǎ)它們貼(tiē)裝到運(yùn)動著的(de)😘PCB上(圖2)。 
圖2：傳統(tong)的晶片(piàn)射槍速(su)度較快(kuài)，由於PCB闆(pan)的運動(dong)而使精(jing)度👄降低(di) 

理論上(shang)，系統的(de)貼裝速(su)度可以(yi)達到40,000cph，但(dan)具有下(xia)列限🌈制(zhì)✍️： 
晶片(pian)拾取不(bú)能超出(chū)器件擺(bai)放的栅(shān)格盤； 
彈簧驅(qū)動的真(zhēn)空吸嘴(zui)在z軸上(shàng)運動中(zhōng)不允許(xǔ)進行工(gong)🙇‍♀️時優🎯化(huà)，或不能(néng)可靠地(dì)從傳送(song)帶上拾(shi)取裸片(piàn)(die)； 
對大(da)多數面(miàn)形陣列(lie)封裝，貼(tiē)裝精度(dù)不能滿(mǎn)足要求(qiu)，典型♊值(zhí)🐪高於4sigma時(shí)的10μm； 
不(bú)能實現(xian)爲微型(xíng)倒裝晶(jīng)片塗焊(han)劑。 
收(shou)集和貼(tiē)裝 

圖3：在(zai)拾取和(hé)貼裝系(xi)統，射槍(qiang)頭可以(yi)與栅格(ge)盤更換(huan)裝置一(yī)同工作(zuo) 
在"收(shou)集和貼(tiē)裝"吸槍(qiāng)系統中(zhōng)(圖3)，兩個(ge)旋轉頭(tóu)都裝在(zài)x-y支撐架(jià)上。而後(hòu)，旋轉頭(tou)配有6或(huo)12個吸嘴(zui)，可以接(jie)觸栅🥰格(ge)盤上的(de)任意位(wèi)置。對於(yú)标準的(de)SMD晶片，這(zhe)個系統(tong)可在4sigma(包(bāo)括theta偏差(chà))下達到(dao)80μm的貼裝(zhuāng)精度和(he)20,000pch貼裝速(su)度。通過(guo)改變系(xi)統的定(dìng)位動态(tài)特性和(he)球栅的(de)尋找算(suan)法，對於(yu)面形陣(zhen)列封裝(zhuang)，系統可(kě)🆚在4sigma下達(dá)到60μm至80μm的(de)貼裝精(jīng)度和高(gāo)於10,000pch的貼(tiē)裝速度(dù)。 
貼裝(zhuang)精度 
爲了對(dui)不同的(de)貼裝設(shè)備有一(yi)個整體(ti)了解，你(ni)需要知(zhī)道🌐影響(xiǎng)面形陣(zhen)列封裝(zhuang)貼裝精(jīng)度的主(zhǔ)要因素(su)。球栅貼(tie)裝精度(dù)P\/\/ACC\/\/依🏃🏻賴於(yu)球栅🥰合(he)金的類(lei)型、球栅(shan)的數目(mu)和封裝(zhuang)的重量(liàng)等。 
這(zhe)三個因(yin)素是互(hù)相聯系(xì)的，與同(tong)等間距(ju)QFP和SOP封裝(zhuāng)的IC相比(bi)，大多數(shu)面形陣(zhen)列封裝(zhuang)的貼裝(zhuāng)精度要(yao)求較低(dī)。
注：插(chā)入方程(chéng) 
對沒(mei)有阻焊(hàn)膜的園(yuan)形焊盤(pan)，允許的(de)最大貼(tiē)裝偏差(chà)等於PCB焊(han)💞盤的半(ban)徑，貼裝(zhuāng)誤差超(chāo)過PCB焊盤(pan)半徑時(shí)，球栅和(he)PCB焊盤仍(réng)會有機(ji)械的接(jiē)觸。假定(ding)通常的(de)PCB焊盤直(zhí)徑大緻(zhi)等📧於球(qiú)栅💚的直(zhí)徑，對球(qiu)栅直徑(jing)爲0.3mm、間距(jù)爲0.5mm的μBGA和(hé)CSP封裝的(de)貼裝精(jing)度要求(qiu)爲0.15mm；如果(guo)球栅直(zhi)徑爲100μm、間(jiān)距爲175μm，則(ze)精度要(yào)求爲50μm。 
在帶形(xing)球栅陣(zhèn)列封裝(zhuang)(TBGA)和重陶(tao)瓷球栅(shān)陣列封(fēng)裝(CBGA)情況(kuang)，自對準(zhun)即使發(fā)生也很(hěn)有限。因(yīn)此，貼裝(zhuāng)的精度(du)要求就(jiu)高。 
焊(hàn)劑的應(ying)用 
倒(dǎo)裝晶片(pian)球栅的(de)标準大(dà)規模回(hui)流焊采(cǎi)用的爐(lú)子🙇🏻需要(yào)焊劑。現(xian)在，功能(neng)較強的(de)通用SMD貼(tie)裝設備(bèi)都帶有(yǒu)🏒内置的(de)焊劑應(ying)用裝置(zhi)，兩種常(chang)用的内(nèi)置供給(gei)方法是(shì)塗覆(圖(tú)4)和浸焊(han)。 
圖4：焊(hàn)劑塗覆(fu)方法已(yi)證明性(xìng)能可靠(kao)，但隻适(shì)用於低(di)黏度的(de)焊劑焊(han)劑塗覆(fu) 液體焊(hàn)劑 基闆(pǎn) 倒裝晶(jing)片 倒🚩裝(zhuang)晶片貼(tiē)裝 

塗覆(fù)單元就(jiu)安裝在(zai)貼裝頭(tou)的附近(jin)。倒裝晶(jing)片貼裝(zhuang)✔️之前♌，在(zai)貼裝位(wei)置上塗(tú)上焊劑(ji)。在貼裝(zhuāng)位置中(zhong)心塗覆(fù)的劑量(liàng)，依賴於(yu)倒🔞裝晶(jīng)🏃‍♂️片的尺(chi)寸和焊(hàn)劑在特(te)定材料(liào)上🌈的浸(jin)潤特性(xing)而定。應(ying)該确保(bǎo)焊劑塗(tu)覆面積(ji)🎯要足夠(gou)大，避免(miǎn)由於誤(wù)差而引(yǐn)起焊盤(pan)的漏塗(tú)。 
爲了(le)在無清(qing)洗制程(chéng)中進行(háng)有效的(de)填充，焊(han)劑必須(xu)是無清(qīng)洗(無殘(can)渣)材料(liào)。液體焊(han)劑裏面(miàn)總是很(hen)少包含(hán)固體物(wu)質，它最(zui)适合應(yīng)用在無(wú)清洗制(zhì)程。 
然(rán)而，由於(yú)液體焊(han)劑存在(zai)流動性(xing)，在倒裝(zhuang)晶片貼(tie)裝之後(hòu)，貼裝👣系(xì)統傳送(sòng)帶的移(yi)動會引(yin)起晶片(piàn)的慣性(xing)位移，有(yǒu)兩個方(fang)法可以(yǐ)解決這(zhe)個問題(tí)： 
在PCB闆(pǎn)傳送前(qian)，設定數(shù)秒的等(děng)待時間(jiān)。在這個(ge)時間内(nei)，倒🆚裝晶(jīng)片周圍(wéi)的焊劑(ji)迅速揮(huī)發而提(ti)高了黏(nian)附性，但(dàn)這會使(shi)🈲産量降(jiang)低。 
你(nǐ)可以調(diao)整傳送(song)帶的加(jia)速度和(he)減速度(dù)，使之與(yu)焊劑的(de)💔黏附性(xìng)相匹配(pèi)。傳送帶(dài)的平穩(wěn)運動不(bu)會引起(qi)晶片移(yí)位。
焊(hàn)劑塗覆(fu)方法的(de)主要缺(que)點是它(tā)的周期(qi)相對較(jiao)長，對每(měi)✏️一個要(yao)塗覆的(de)器件，貼(tiē)裝時間(jian)增加大(dà)約1.5s。 
浸(jìn)焊方法(fǎ) 
在這(zhè)種情況(kuàng)，焊劑載(zai)體是一(yi)個旋轉(zhuǎn)的桶，并(bing)用刀片(pian)把它刮(gua)🈲成一個(ge)焊劑薄(bao)膜(大約(yue)50μm)，此方法(fa)适用於(yu)高黏度(dù)的✊焊劑(jì)💘。通過隻(zhī)需在球(qiu)栅的底(dǐ)部浸焊(hàn)劑，在制(zhì)程✍️過程(cheng)中可以(yǐ)減少焊(han)劑的消(xiao)耗。 
此(cǐ)方法可(kě)以采用(yong)下列兩(liǎng)種制程(chéng)順序： 
• 在光學(xué)球栅對(dui)正和球(qiu)栅浸焊(hàn)劑之後(hou)進行貼(tiē)裝。在這(zhè)個順序(xù)裏，倒裝(zhuāng)晶片球(qiu)栅和焊(hàn)劑載體(ti)的機械(xiè)接🤞觸會(hui)對貼裝(zhuāng)精度産(chan)生負⛹🏻‍♀️面(miàn)的影響(xiǎng)。 
• 在球(qiu)栅浸焊(han)劑和光(guāng)學球栅(shan)對正之(zhi)後進行(hang)貼裝。這(zhè)種情況(kuàng)下，焊劑(jì)材料會(hui)影響光(guang)學球栅(shan)對正的(de)圖像👨‍❤️‍👨。 浸(jìn)焊劑方(fāng)法不✉️太(tai)适用於(yú)揮發能(néng)力高的(de)焊劑，但(dan)它的速(su)度比塗(tú)覆方法(fǎ)的要快(kuài)得多。根(gen)據貼裝(zhuang)方法的(de)不同，每(měi)個器件(jiàn)附加的(de)時間大(da)約是：純(chun)粹的拾(shi)取、貼🙇‍♀️裝(zhuang)爲0.8s，收集(jí)、貼裝爲(wèi)0.3s. 
當用(yong)标準的(de)SMT貼裝球(qiu)栅間距(ju)爲0.5mm的μBGA或(huo)CSP時，還有(you)一些事(shì)情應該(gāi)注意：對(duì)應用混(hun)合技術(shù)(采用μBGA/CSP的(de)标準SMD)的(de)産品，顯(xiǎn)然⁉️最關(guan)鍵的🌈制(zhì)程過程(chéng)♋是焊劑(ji)塗覆印(yin)刷。邏輯(ji)上說，也(ye)可采用(yong)綜合傳(chuán)統✉️的倒(dǎo)裝晶片(pian)制程和(hé)焊劑應(yīng)用的貼(tie)裝方法(fǎ)。 
所有(you)的面形(xing)陣列封(fēng)裝都顯(xiǎn)示出在(zài)性能、封(feng)裝密度(dù)㊙️和節約(yue)成本🔆上(shang)的潛力(li)。爲了發(fa)揮在電(diàn)子生産(chan)整體領(ling)域的效(xiào)🚩能，需要(yào)進一步(bù)的研究(jiū)開發，改(gai)進制程(cheng)、材料和(hé)設備等(děng)。就SMD貼裝(zhuang)設備來(lái)講，大量(liàng)的工作(zuo)集中在(zài)視覺技(ji)術、更高(gao)的産🙇‍♀️量(liàng)和精度(dù)🔞。

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