【SMT资料】元件堆叠贴装(PoP)技术研讨及装配演示(65页)

1、元件堆叠贴装(PoP)技术研讨及装配演示环仪(苏州)SMT工艺实验室编辑ppt宗旨与目标随着小型化高密度封装的出现, 对高速与高精度装配的要求变得更加关键. 相关的组装设备和工艺也更具先进性与高灵活性. 元器件堆叠装配(Package on Packaage)技术必须经受这一新的挑战.为此，作为中国最有影响力的企业之一环球仪器公司-电子制造业原始设备制造商, 诚邀电子工业和半导体工业界的朋友出席我们的技术研讨及设备展示会,共享我们的技术成果,从而轻松应对挑战.加入到这次活动中来,您将获得拓展知识和与业内同行交流经验的机会,为您现在的或即将导入的装配工艺节约时间和成本.研讨主题-元器件堆叠装配技

2、术研讨及设备演示编辑ppt细间距CSP的锡膏印刷工艺助焊剂工艺回流焊接工艺的控制5.UIC设备上的解决方案议程1.堆叠式装配市场的简介2.元件堆叠技术驱动力3.堆叠封装(PoP)工艺的关注点4.装配工艺的控制编辑pptFlip Chip in Package(倒装晶片封装于元器件中)Multi chip module(多芯片模组)Image sensors(影像传感器)Flip Chip on Flex(倒装晶片着装软板上)倒装晶片及高精度的一些应用Wi-Fi (无线局域网络天线)System-in-a-PackageBluetooth (系统封装-蓝牙)编辑pptHDD(硬盘)with Di

3、spensing(有底部填充的叠装模块)Automotive ModuleWF Die Attach(贴装有晶圆的汽车电子模块)Flip chip andpassives onMicroprocessors(有倒装晶片和被动Power Module(电源模组)Medical Sensor(医用传感器-心脏起搏器)Heated Spindle(加热的贴片轴)元件的微处理器)RFIDReel-to-Reel(无线射频识别器卷带式)高精度的一些应用Stacked Module编辑ppt封装的发展趋势系统集成封装(SiP)/堆叠封装(PoP)传统的装配等级演进而来集成式的封装技术半导体装配与传统电路板

4、装配间的集成半导体装配设备中的特征功能开始出现在多功能精细间距贴片机上较高的精度助焊剂的使用使用倒装晶片的工艺和其周边结构编辑ppt堆叠封装的增长Reference: Prismark编辑ppt微型化 + 功能强化3D装配“芯片内置系统”的方式有它的局限性倒装片/系统内置装配技术趋于成熟 半导体装配与传统电路板装配间的相互汇聚集成希望能利用现有的SMT下游资源以及物流供应链PoP技术的推动力PoP-Package on Package(Amkor)无线通信技术的无所不在宽带通信 新型数字信号处理器 需要经改良的封装性能解决方案之一是在逻辑控制器上方放置一枚存储元件（通常为DRAM）编辑pptP

5、oP技术的推动力PoP的应用移动多媒体电子产品,如手机, EMPG4,数码像机,记忆卡等编辑ppt系统内置封装ITRS 的分类技术芯片/ 元件结构并排贴装堆叠结构内埋结构编辑ppt堆叠工艺: 已应用的芯片堆叠技术(STMICRO 堆叠的CSP) ST声称迄今厚度到40微米的芯片可以从两个堆叠到八个(SRAM，NOR/NANDflash,DRAM 40微米的芯片堆叠8个总厚度为，堆叠两个厚度为编辑ppt堆叠封装：器件内置器件(PiP)-元件级装配优点 较低的器件外廓或高度 单个器件的装配成本较低LGA取代了BGA内层器件无激光标记劣处 采用标准的电路板装配工艺 总成本较高 器件由IDM选定而非装

6、配者 事先已确定的存储器件构造Source: ITRS 2005 Roadmap编辑ppt堆叠工艺：堆叠封装 (PoP)-板级装配优点装配前各个器件可被单独测试，从而保障了更高的良品率可组合不同供应商的器件总的堆叠制造成本可降至最低电路板装配层次的 PoP劣处更复杂的装配工艺流程较高的装配外廓对3G移动电话和数码相机这是优选装配的方案编辑ppt堆叠工艺：堆叠封装 (PoP)-板级装配编辑ppt各种堆叠封装工艺成本比较堆叠封装的各种选择装配成本比较基板芯片贴附金属打线塑封焊球晶圆薄化处理编辑pptAmkor PoP封装的结构解剖Amkor PoP典型结构底部PSvfBGA顶部Stacked CS

7、P(FBGA)Smart and 3G cellular phones, such as the Motorola unit,are a primary application for stacked package types. The crosssection at top uses a high-density PSvfBGA package编辑ppt底部PSvfBGA结构外形尺寸10-15mm中间焊盘间距0.65mm,底部焊球间距0.5mm(0.4mm)基板FR-5焊球材料 63Sn37Pb/Pb-freeAmkor PoP封装的结构解剖编辑ppt顶部SCSP结构外形尺寸4-21mm底

8、部球间距基板Polyimide焊球材料 63Sn37Pb/Pb-free球径Amkor PoP封装的结构解剖编辑pptAmkor PoP发展蓝图底层 BGA 凸焊球引脚间距 0.5mm 至 顶部 BGA 凸焊球引脚间距 0.65mm 至 全部电路层数量 逻辑/存储器件通常为 2-4 层 存储型 PoP 可达 8 层编辑pptPoP封装的结构解剖PSvfBGA 和 SCSP组装后的空间关系底部器件的模塑高度(0.27-0.35mm)顶部器件回流前焊球的高度与间距回流前,顶部器件底面和底部元件顶面的间隙顶部器件回流后焊球的高度与间距回流后,顶部器件底面和底部元件顶面的间隙编辑pptPoP封装的结构

9、解剖影响其空间关系的因素焊盘的设计阻焊膜窗口焊球尺寸焊球高度差异蘸取的助焊剂或锡膏的量贴装的精度回流环境和温度元器件和基板的翘曲变形底部器件模塑厚度其焊接后的空间关系影响到装配良率及可靠性编辑pptPoP的SMT工艺流程典型的SMT 工艺流程非PoP面元件组装(印刷,贴片,回流和检查)PoP面锡膏印刷PSvfBGA底部元件和其它器件贴装PSvfBGA底部元件蘸取助焊剂或锡膏SCSP/FBGA顶部元件蘸取助焊剂或锡膏SCSP/FBGA顶部元件贴装回流焊接及检测注意对于SCSP/FBGA,印刷锡膏已无可能,优选蘸取免洗助焊剂工艺编辑ppt堆叠封装工艺电路板层面 印刷焊膏 贴放片状元件 高速 IC

10、贴装所有“首层器件”的贴装以整板基准点为参考 顶层 CSP 的特殊工艺将“顶层”CSP 浸蘸助焊剂而后以低压力贴放至“底部”CSP 之上，该贴片动作使用同一整板基准点与倒装片相较，助焊剂浸蘸装置需要更深更大的的浸蘸盘CSP 器件由 JEDEC 托盘或编带供料 回流焊接编辑pptPoP的组装工艺这里我们讨论底部和顶部元件的组装工艺-CSP/FBGA的装配底部元件装配0.5mm 或0.4mm CSP锡膏印刷,SnPb或Lead-free拾取及贴装顶部元件装配0.65mm FBGA或助焊剂工艺或锡膏工艺,蘸取助焊剂或锡膏拾取和贴装与底部元件一起回流焊接编辑pptPoP的组装工艺的关注点顶部元件助焊剂

11、或锡膏量的控制助焊剂vs锡膏助焊剂或锡膏的厚度焊球蘸取量的差异贴装顶部元件压力的控制过大的压力会影响到底部元件,使PCB焊盘上锡膏挤开,引起短路或锡珠元器件存在的翘曲变形及在回流过程中特别是无铅工艺中由于高温引起的变形底部元件锡膏印刷工艺的控制对0.5/0.4mm CSP,锡膏印刷成为关键PCB焊盘的设计印刷钢网的设计印刷参数的优化及控制回流焊接N2 vs 空气高温的影响编辑ppt对于钢网的设计我们倾向于使用 6mil 厚度的网板以与大多数现行的SMT技术兼容但是，6mil 网板可能并不适用，对于 0.4mm 间距装配非常可能需要 5mil 甚至 4mil 的网板 还是可以与大多数 SMT 装

12、配技术相容 焊膏流体特性变得尤为重要网板开孔尺寸受限于精细脚间距. 阻塞可能成为问题. 即使如此，我们还是建议使用 3 型焊膏对开孔尺寸/网板厚度进行设计组装工艺的控制-钢网设计编辑ppt印刷过量淀积焊膏量大，导致桥接印刷不充分淀积焊膏量少，可能导致开路（未经验证）0.4mm 间距的印刷组装工艺的控制-钢网设计编辑ppt获得满意印刷品质的关键锡膏在钢网上要形成良好的“滚动”,而不是“滑动”锡膏滚动柱表面要相对光滑均匀,外形要中心对称刮刀刮过后孔要被完全填充刮刀刮过后钢网要很干净,没有锡膏留在后面脱模后孔壁要没有锡膏或非常少的锡膏留在其上那末如何调节印刷参数获得较理想的印刷效果呢?组装工艺的控制

13、-印刷工艺编辑ppt锡膏内足够的填充压力是关键,但印刷是非常复杂的过程,各参数有交互作用where P = hydraulic pressure in the paste = paste viscosityv = squeegee speedV = paste volume in front of the squeegee = squeegee angle of attack组装工艺的控制-印刷工艺编辑ppt贴装PSvfBGA底部元件工艺中注意基准点的选择贴装压力,150g吸嘴的选择照像机光源的控制PSvfBGA的贴装精度会影响到其与FBGA/SCSP的空间关系,可能影响到最终的装配良率组装工

14、艺的控制-贴装工艺编辑ppt焊球的高度及其分布定义工艺窗口)拾取和贴装刮刀助焊剂薄膜助焊接厚度直线往复运动组装工艺的控制-蘸取助焊剂工艺对于SCSP/FBGA的装配,印刷锡膏已很困难,推荐采用蘸取免洗助焊剂工艺(dipping flux) 消除多余粘附之问题 免洗助焊剂改善可靠性 材料的选择对可靠性非常重要 保证助焊剂薄膜的厚度使焊球上有足够的助焊剂(以编辑ppt蘸取助焊剂工艺刮刀助焊剂薄膜助焊剂只蘸在锡球上设定膜厚使锡球蘸取足够助焊剂编辑ppt贴装工艺流程板基准点辨识定位基准点或焊垫拾取元件华夫盘, 真空盘, 送料器元件辨识根据元件焊球辨识局部基准点辩识蘸取助焊剂元件贴装吸嘴选择 vs 硅材

15、FiducialrecognitionComponentrecognitionDiepick-upLocal fiducialFluxingPlacement编辑ppt 回流前 回流过程灰尘,手印 .排气是否需要无尘室? 焊接不象邦定对灰尘微粒等那样敏感, 推荐使用象SMT生产车间同一洁净度之环境操作 贴片后 回流后 回流后焊点缺失焊点破裂助焊剂残留贴装工艺的关注点污染, 环境, 操作对贴装品质的影响污染编辑pptDieBoardBefore reflowAfter reflowPad125 um45 um80 umFluxBump heightdifference焊球高度的不一致性影响助焊剂

16、的蘸取也影响实际焊点的成形 损坏的球可能蘸取不到助焊剂. 蘸取助焊剂的焊球回流焊接,排除损坏的情况, 是否接触基板?焊接点熔接后通常能补偿实体焊球的高度变化. 要设计适当的公差.贴装工艺的关注点共面 - 基板翘曲编辑pptF lu x回流焊接工艺的控制顶部元件蘸取助焊剂贴装到底部元件上SMT回流炉内充分对流热传导B u m p h e ig h td iffe re n c e编辑ppt回流焊接工艺的控制回流焊接工艺的考虑空气 vs 氮气在空气中焊接,特别是对于无铅工艺,增加了金属的氧化,润湿不好,焊球不能完整的塌陷.在低氧气浓度(50ppm)氮气中焊接,降低了金属氧化,润湿效果好,能够形成完

17、整的塌陷,而且表现出良好的自对中性. 但0201/0402这类元件会出现立碑现象,另外焊接成本也会增加25-50%.回流温度参数如何获得实际的温度变化情况温度曲线形态的选择,RSR vs DR升温的速度助焊剂活化温度和时间液相以上时间回流最高温度冷却速度编辑ppt除了普通的PCBA常见缺陷外,对于PoP在焊接过程中可以预见的会出现哪些缺陷?底部元器件短路锡膏印刷,贴装压力,元件受热变形顶部元器件电气开路元件受热变形,焊球高度差异,润湿不良,底部元件模塑过厚,回流温度顶部元件电气短路助焊剂过多,热变形,贴装精度回流焊接工艺的控制编辑ppt焊接完成后两元件之间有时会没有间隙回流焊接工艺的控制元件之

18、间没了间隙编辑ppt倒装片仰视图像，25微米直径凸焊球/50微米脚间距环球仪器公司的解决方案环球仪器引用了她已受认证的倒装片技术上的专长向业界提供市场上最佳的 PoP 装配解决方案 线性马达驱动的设备，以保障更高的贴装精度经实践验证的助焊剂浸蘸功能，在该领域已装机200余台套同时多枚器件的助焊剂浸蘸高精度百万像素照相机整合高度灵活性的精细间距装配能力充分引用倒装片装配技术的专长编辑ppt与众不同的技术无与伦比的贴装技术，持续超越传统界限 超过 180 项业界专利 传承下来的“业界最佳”设备 GSM 贴装平台 全球多功能精细间距贴片机市场分额的领导者 拥有超强倒装片装联能力的 GSMxs VRM

19、 线性马达定位系统 VRM 技术，适用于高速高精度贴装 为高可靠性和低维护要求的设计 为卓越技术和适中价格而在公司自家制造 高精度贴装头 是 FCOB 与 FCOF 处于领先地位的倒装片的设备 助焊剂浸蘸 已装机 200 余台套在应用中 第二代的线性驱动设计 Magellan 数码相机技术 高精度大视野 组合照明光源编辑ppt贴装设备平台的演变革新GSM GenesisAdVantisAdVantis xsGSM2GSM1GSMxs编辑pptGenesis 平台业界最佳的多功能精细间距贴装设备双重驱动、双贴装臂的定位系统，以实现在低保养要求下的快速增速贴装VRM线性马达驱动精度GI-14 IC

20、:GX-11+/- 50 1.33 Cpk+/- 12 3 sigma（高精模式）速度5,200 (GI-14) CPH (IPC): IC30,000/22,400 (GI-14) CPH (样本书规格/IPC):片状元件所有倒装片与 PoP 装配功能的选择都有编辑pptAdVantis XS平台双重驱动的单一定位系统VRM 线性马达技术继承了经业界实践考验的 GSMxs 技术精度(基板与基板间):+/-9 microns at +/- 3 sigma设备特征多贴片头能力支持所有喂料器，包括晶圆喂料器贴装基准速度较 GSMxs 在相同精度条件下加快了15-20%价格较 GSMxs 降低很多（

21、15%）编辑pptFlexJet3 贴装头7 枚直线排列转轴(20 mm 间隔)可同时吸取多达 7 枚元件70 ms 动作周期元件范围: 0201- 55x55 mm, 01005 (RFQ)可从编带、料管、托盘和异型喂料器取件在生产中途更换多达 7 枚吸嘴需时 1秒贴装头上的照相机 (2.3 和 1.1 百万像素)贴装高度可达 34.3mm (顺序贴片情形下)150 1000克贴装压力编辑pptIn Line 4 贴装头特点4 枚转轴/吸嘴：转轴间距 40mm 或 50 mm (RFQ)贴装压力150 - 2,500克元件重量最重可达 35 克150 克(RFQ)优点可贴装宽广范围元器件的灵

22、活性经实践验证的贴装技术编辑ppt高速浸蘸助焊剂特征线性驱动设计，以保障贴装速度与重复性同时浸蘸所有 4/7 枚转轴所吸器件互换式固定深度（无需调节）的助焊剂浸蘸模具为 CSP 浸蘸助焊剂而开发的更深更大的浸蘸盘快速释放工装模具，以实现简易清洗可编程磨铣制作周期，确保助焊剂浸蘸的一致性推杆装置用于移除任何跌落的器件线性薄膜助焊剂应用装置(LTFA)编辑ppt可堆叠托盘式喂料器特征:托盘横向放置（沿其短边方向）最大托盘尺寸 334 mm x 180 mm最小托盘尺寸 自动、自规正的托盘对位能力托盘直接加载至可卸除式周转箱内周转箱升降机构可容纳各类薄 / 厚托盘周转箱存储能力21 格薄托盘 10

23、格厚托盘高速托盘交换（少于 7 秒）编辑pptCSP器件同时浸蘸助焊剂Genesis 使用一7转轴的贴片头从 Devprotek 喂料器内吸取 CSP吸件、群浸蘸而后贴放至基板编辑ppt灵活, 快捷 由单一供应商提供的 GSM 解决方案共通的用户界面共通大编程共通的喂料器共通的培训共通的配件 Dimensions line 软件的支持生产线优化、平衡、控制、产品交换以及材料管理 适合各种制造场合的模块化解决方案三种机型覆盖所有元件区域中级产量/中等品种混合 可根据制造需求增缩设备配置设备产能的建造模块 贴装生产中基板和料架静止不动料带黏接班人与器件验证 灵活化生产支持最宽广的元件范围、基板尺寸

24、以及装配方式平台贴装生产线的强大威力编辑ppt闪电贴片头独特的价值: 每个贴片头有 30 个转轴独特性:每个贴片头有 30 个转轴55 ms 贴装时间具有专利权的环球仪器技术设备价值:快速贴片转换，快速吸件转换更快，将贴片头移动时间摊销到更多的元件上稳健的设计，贴片转轴机构可并行运作贴装特殊/大元件时设备降速更少一项简便的解决方案编辑pptFlexJet HeadLightning HeadInLine4 Head强大的贴装能力宽广的适贴元件范围闪电式贴片头(30转轴) 无需贴片头切换即可实现宽广的适贴元件重叠区域 简便快捷的平衡化生产FlexJet贴片头(7转轴)InLine4贴片头(4转轴

25、)COMPONENT RANGE Chip MELF Tant Cap SOIC TSOP DPAK QFP BGA PLCC CSP Electrolytic Cap CCGA Connectors Odd Form Pin-in-Paste Flip Chip编辑ppt(mm)24元件长度 (mm)元件高度ConnectorBGA-TCSPALC08061206TransistorSOP060304020201QFP3019LightningCM402强大的贴装能力闪电贴片头灵活、可靠、和高速闪电贴片头 最宽广的元件贴装范围、最多贴片转轴/吸嘴、贴装压力传感检测、最优惠设备售价、最低保养要

26、求、业界最高速贴片头。LightningNXTHS60, GXH, AX-5Diode编辑pptGSM GenesisAdVantis闪电式快速贴装平台高速贴片产量 GSM Genesis 57,000 (规格书) 36,500 (IPC标准) 38,000 (未来IPC标准)产量 AdVantis 30,000 (规格书) 21,500 (IPC标准)编辑ppt与业界同行的比较具有更快的速度4个或7个轴可以同时蘸取助焊剂或锡膏更高的贴装精度精度可达9 micron 3 sigma,并且可以底部元件顶面的局部基准点来矫正上层元件, 有些同行的机器 不能做到,导致上层元件有偏移的风险可以处理很广

27、泛的助焊剂和锡膏有些业界的 助焊剂或锡膏应用单元不能处理粘性较高的材料,蘸取的助焊剂或锡膏量会不稳定助焊剂或锡膏应用单元更简单,易操作,易控制,易清洁彻底清洁仅需5分钟,膜厚控制精确稳定. 而有些同行设备非常不便清洁,完全清洁需二十几分钟且无法精确控制膜厚蘸取工艺可以精确控制工艺灵活可控,可以先影像再蘸取助焊剂,也可以先蘸取助焊剂再影像.而有业界设备只能先蘸取助焊剂再影像, 在此过程中由于取料失败而经常将吸嘴蘸在助焊剂里编辑ppt总结环球仪器已经针对堆叠装配的需求成功的开发了数种解决方案环球仪器目前在该领域已有许多设备应用于 3G移动电话和视觉图形处理模块制作，以实现CSP器件的堆叠贴放和同时

28、对多器件进行助焊剂浸蘸编辑ppt为期一天的研讨和实际操作培训涵括:1. 元件堆叠组装工艺,整个工艺的控制重点2. 元件堆叠组装工艺对设备的基本要求3. 装配工艺材料,包括PCB,助焊剂及锡膏等的应用,如何评估选择这些工艺材料4. 哪些工艺条件或参数与装配良率及可靠性相关,其如何影响装配良率及可靠性研讨会的形式包括课堂讲解及利用示范线和实验室设备实际组装.七月份工场培训的目标编辑ppt所需时间1 天, 7小时,详细时间安排见随后说明主要内容由二个模块组成,每个模块的详细内容见随后说明模块1 : 元件堆叠装配工艺模块2 : 环球仪器对于元件堆叠装配的解决方案工场培训形式采取讲座与装配演示相结合的方

29、式装配演示包括:设备方面实际组装失效分析示范,包括光学显微镜,金相显微镜及切片实验研讨与实际装配的时间安排编辑ppt时间内容09:00 12:00模块 112:00 13: 00午餐13:00 14:00模块 1 & 214:00 17:00实际操作 工艺 设备 材料 问答课程时间表模块1 : 元件堆叠装配工艺模块2 : 环球仪器对于元件堆叠装配的解决方案研讨与实际操作的时间安排编辑ppt时间和地点安排日期:时间:地点:July-07-200609:00am-05:00pm环球仪器(苏州)有限公司江苏省苏州市工业园区蒌葑东景工业坊44幢编辑ppt1.元件堆叠封装技术介绍堆叠技术市场介绍堆叠装配的市场驱动力元件堆叠封装的细部结构元件堆叠装配工艺装配工艺的关注点锡膏印刷工艺密间距CSP的锡膏印刷控制PCB的设计和制造关注点助焊剂/锡膏浸蘸工艺助焊剂的应用