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基础知识 >> 倒装芯片的高速贴装 (1)

倒装芯片的高速贴装 (1)

文章来源:SMT技术网     发布时间:2009/7/14 10:19:06     发布时间:2009/7/14 10:19:06  【关闭】

由于面形数组封装越来越重要,尤其是在汽车、电讯和计算机应用等领域,因此生产率成为讨论的焦点。管脚间距小于 0.4mm 、既是 0.5mm ,细间距 QFP 和 TSOP 封装的主要问题是生产率低。然而,由于面形数组封装的脚距不是很小 ( 例如,倒装芯片小于 200 μ m) ,回流焊之后, dmp 速率至少比传统的细间距技术好 10 倍。进一步,与同样间距的 QFP 和 TSOP 封装相比,考虑回流焊时的自动对位,其贴装精度要求要低的多。

另一个优点,特别是倒装芯片,印刷电路板的占用面积大大减少。面形数组封装还可以提供更好的电路性能。

因此,产业也在朝着面形数组封装的方向发展,最小间距为 0.5mm 的μ BGA 和芯片级封装 CSP(chip-scale package) 在不断地吸引人们注意,至少有 20 家跨国公司正在致力于这种系列封装结构的研究。在今后几年,预计裸芯片的消耗每年将增加 20% ,其中成长速度最快的将是倒装芯片,紧随其后的是应用在 COB( 板上直接贴装 ) 上的裸芯片。

预计倒装芯片的消耗将由 1996 年的 5 亿片增加到本世纪末的 25 亿片,而 TAB/TCP 消耗量则停滞不前、甚至出现负成长,如预计的那样,在 1995 年只有 7 亿左右。

贴装方法

贴装的要求不同,贴装的方法 (principle) 也不同。这些要求包括组件拾放能力、贴装力度、贴装精度、贴装速度和焊剂的流动性等。考虑贴装速度时,需要考虑的一个主要特性就是贴装精度。

拾取和贴装

贴装设备的贴装头越少,则贴装精度也越高。定位轴 x 、 y 和θ的精度影响整体的贴装精度,贴装头装在贴装机 x-y 平面的支撑架上,贴装头中最重要的是旋转轴,但也不要忽略 z 轴的移动精度。在高性能贴装系统中, z 轴的运动由一个微处理器控制,利用传感器对垂直移动距离和贴装力度进行控制。

贴装的一个主要优点就是精密贴装头可以在 x 、 y 平面自由运动,包括从格栅结构 (waffle) 盘上取料,以及在固定的仰视摄像机上对器件进行多项测量。

最先进的贴装系统在 x 、 y 轴上可以达到 4 sigma 、 20 μ m 的精度,主要的缺点是贴装速度低,通常低于 2000 cph ,这还不包括其它辅助动作,如倒装芯片涂焊剂等。

只有一个贴装头的简单贴装系统很快就要被淘汰,取而代之的是灵活的系统。这样的系统,支撑架上配备有高精度贴装头及多吸嘴旋转头 (revolver head)( 图 1) ,可以贴装大尺寸的 BGA 和 QFP 封装。旋转 ( 或称 shooter) 头可处理形状不规则的器件、细间距倒装芯片,以及管脚间距小至 0.5mm 的μ BGA/CSP 芯片。这种贴装方法称做“收集、拾取和贴装”。

图 1 :对细间距倒装芯片和其它器件,收集、拾取和贴装设备采用一个旋转头。


 

 配有倒装芯片旋转头的高性能 SMD 贴装设备在市场上已经出现。它可以高速贴装倒装芯片和球栅直径为 125 μ m 、管脚间距大约为 200 μ m 的μ BGA 和 CSP 芯片。具有收集、拾取和贴装功能设备的贴装速度大约是 5000cph 。

传统的芯片吸枪

这样的系统带有一个水平旋转的转动头,同时从移动的送料器上拾取器件,并把它们贴装到运动着的 PCB 上 ( 图 2) 。

图 2 :传统的芯片射枪速度较快,由于 PCB 板的运动而使精度降低。


 

理论上,系统的贴装速度可以达到 40,000cph ,但具有下列限制: ‧ 芯片拾取不能超出器件摆放的栅格盘; ‧ 弹簧驱动的真空吸嘴在 z 轴上运动中不允许进行工时优化,或不能可靠地从传送带上拾取裸片 (die) ; ‧ 对大多数面形数组封装,贴装精度不能满足要求,典型值高于 4sigma 时的 10 μ m ; ‧ 不能实现为微型倒装芯片涂焊剂。

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