Tento článek poskytuje komplexní analýzu techniky PoP (Package on Package) na deskách plošných spojů.
PoP je pokročilá technologie 3D balení, která umožňuje, aby byl zabalený čip (obvykle paměť, jako je DRAM nebo Flash) přímo stohován a připájen na jiný zabalený čip (obvykle aplikační procesor nebo základní čip), čímž vznikne vertikální sestava. Tato sestava je poté připájena k hlavní desce plošných spojů pomocí pájecích kuliček (BGA) na spodní straně spodního pouzdra.
Výhody techniky PoP:
1. Úspora místa: Výrazné zlepšení míry využití prostoru, klíčová technologie pro miniaturizaci mobilních zařízení (telefonů, tabletů).
2. Zlepšení výkonu: Propojovací cesty mezi čipy horní a spodní vrstvy jsou extrémně krátké (obvykle <1 mm), což snižuje latenci signálu a spotřebu energie a zvyšuje šířku pásma přenosu.
3. Flexibilita designu: Umožňuje kombinaci procesorů a pamětí od různých výrobců, což usnadňuje iteraci produktu a výběr konfigurace.
4. Snížení nákladů: Ve srovnání s integrací dvou čipů do stejného pouzdra (například některé formy SiP) by PoP mohl využívat standardizované procesy balení a testování.
Základní kroky procesu sestavení PoP:
Výzva při montáži PoP spočívá v dokončení pájení všech propojovacích bodů reflow v jedné operaci: horního a spodního pouzdra a spodního pouzdra s deskou plošných spojů. To vyžaduje přesné řízení materiálu, vybavení a montážního procesu.
Celý proces je rozdělen hlavně do následujících klíčových fází:
1. Pájecí tisk
● Spodní deska plošných spojů: Na hlavní desku plošných spojů v místě PoP naneste pájku pro připájení spodních pájecích kuliček BGA na spodní pouzdro.
● Horní pouzdro: Pájka se nanáší na kontaktní plošky na horní straně spodního pouzdra. Toto je klíčový bod procesu montáže PoP. Existují dvě hlavní metody:
* Metoda s předem nanesenou pájecí pastou: Pomocí mikrošablon nebo technologie tryskového tisku se drobné tečky pájecí pasty přesně natisknou na horní plošky spodního pouzdra.
* Metoda umístění kuliček: Drobné pájecí kuličky jsou předem umístěny na horních ploškách spodního pouzdra. Tato metoda nabízí dobrou konzistenci a je v současné době běžnou, zejména pro PoP s jemnou roztečí.
2. Umístění komponent
Jedná se o vysoce přesný dvoukrokový proces umístění:
Krok 1: Umístěte spodní pouzdro. Spodní čip (např. procesor) se namontuje zarovnáním jeho spodních pájecích kuliček BGA s pájecí pastou na desce plošných spojů.
Krok 2: Namontujte horní pouzdro. Po kroku 1, v rámci stejného výrobního cyklu, namontujte horní čip (např. paměť) zarovnáním jeho spodních pájecích kuliček nebo plošek s horní pájkou spodního pouzdra, které je již umístěno na desce plošných spojů. To vyžaduje extrémně vysokou přesnost a stabilitu od zařízení pro umisťování, obvykle s použitím dvojité konzoly nebo specializované multifunkční montážní hlavy.
3. Pájení reflow
● Namontovaný svazek čipů (horní vrstva + spodní vrstva) a deska plošných spojů vstupují do reflow pece.
● V horkovzdušné nebo vakuové reflow peci se pájka ve všech spojovacích bodech (pájecí pasta na desce plošných spojů a pájka mezi horní a spodní vrstvou) taví současně.
● V taveném stavu se v závislosti na povrchovém napětí a gravitaci pájky vytvářejí pájené spoje, čímž se dosahuje elektrických a mechanických spojení.
● Toto je nejdůležitější proces: teplotní profil musí být přesně řízen, aby se zajistilo, že každý pájený spoj dosáhne dobrého stavu a že čipy nebudou poškozeny tepelným namáháním.
4. Inspekce a testování
● Automatizovaná optická kontrola: pro kontrolu zarovnání součástek po pájení.
● Rentgenová kontrola: Protože pájené spoje jsou zakryty pod pouzdrem, je nutné pro kontrolu kvality pájených spojů BGA a pájených spojů vnitřní vrstvy PoP, jako jsou přemostění, pájené spoje za studena a dutiny, použít 2D/3D rentgenové záření.
● Elektrické testování: Potvrzuje, že naskládané čipy fungují správně.
Klíčové výzvy a řešení montáže PoP
| Výzvy | Popis | Řešení |
| Přesnost zarovnání | Pájecí plošky na horním a spodním pouzdře jsou velmi malé, stejně jako prostor, což vyžaduje extrémně vysokou přesnost zarovnání (obvykle ±0,05 mm). | Používejte vysoce přesné zařízení pro umisťování a zarovnávání pájky a systémy pro vizuální zarovnání a zajistěte koplanaritu pouzder a konzistenci pájecích kuliček. |
| Řízení množství pájky | Množství pájky mezi pouzdry musí být přesné. Příliš mnoho pájky vede k přemostění, příliš málo k studeným pájeným spojům. | Použijte umístění kuliček místo tištěné pájecí pasty;
Přesně kontrolujte velikost kuliček a množství pájecí pasty. |
| Výtěžnost pájky | Jednovrstvé přetavování vytváří více řad neviditelných pájených spojů, což zvyšuje riziko výtěžnosti ve srovnání s jednovrstvými BGA. | Optimalizujte profily teploty přetavování (obvykle pomocí profilu ve tvaru „stanu“), použijte ochranu dusíkem ke snížení oxidace a použijte vakuové přetavování ke snížení pórů. |
| Výška stohu | Celková výška vyžaduje přísnou kontrolu, aby byly splněny požadavky na tenký a lehký produkt. | Používejte ultratenké pouzdra, lisovací směsi s nízkým poloměrem a menší pájecí kuličky. |
| Tepelné a stresové | Vysoká tepelná hustota po stohování, spolu s různými koeficienty tepelné roztažnosti různých materiálů, by mohla generovat tepelné namáhání. | Při návrhu desek plošných spojů a pouzder berte v úvahu odvod tepla;
pro zvýšení mechanické pevnosti a odolnosti proti tepelné únavě použijte podkladovou výplň. |
Varianta montážního procesu: Nedoplnění
U aplikací s extrémně vysokými požadavky na spolehlivost (například automobilová elektronika) se po sestavení PoP aplikuje výplň mezi spodní pouzdro a desku plošných spojů, a někdy i mezi horní a spodní pouzdro. Lepidlo proniká do mezer mezi pájecími kuličkami kapilárním působením a po vytvrzení významně absorbuje mechanické namáhání (jako je náraz a ohyb), čímž se zlepšuje tepelná únavová životnost způsobená teplotními cykly.
Stručně řečeno, PoP (PoS) montáž je jednou z pokročilých technik moderní vysokohustotní elektronické montáže. Základními prvky úspěšné PoP montáže jsou:
● Materiály: Vysoce výkonné pájecí kuličky, pájecí pasta a substráty.
● Vybavení: Vysoce přesné stroje typu „pick-and-place“ a řiditelné reflow pece.
● Řízení procesu: Přesné řízení celého procesu, od umístění pájecí pasty/kuličky až po montáž a přetavování.
● Inspekce: Výkonné nedestruktivní testovací funkce, například rentgen.
S rostoucím počtem I/O čipů a zároveň minimalizací rozteče se technika PoP vyvíjí směrem k jemnějším roztečím (např. rozteč 0,35 mm) a vyšším vrstvám (např. PoPoP), což neustále pohání vývoj elektronických zařízení směrem k menším, rychlejším a výkonnějším designům.
Benlida je profesionální výrobce desek plošných spojů a poskytuje služby v oblasti osazování desek plošných spojů již 14 let. Pokud pracujete na PoP osazování vašich desek plošných spojů a desek plošných spojů, můžete kontaktovat Benlidu a získat rady, jak postupovat při výrobě!
Benlida je vám k dispozici!
cs
WhatsApp