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Montaje rápido de PCB - Paquete avanzado

o-líder. o-leading.com 2019-02-25 18:51:26

El paquete de arreglos cara a cara es cada vez más importante, especialmente en las aplicaciones de automoción, telecomunicaciones y computadoras, por lo que la productividad se ha convertido en el foco de discusión. El paso del pin es inferior a 0,4 mm, que es de 0,5 mm. El principal problema con los paquetes QFP y TSOP de paso fino es la baja productividad. Sin embargo, dado que el paso del paquete de matriz planar no es pequeño (por ejemplo, chip de giro inferior a 200 μm), después de la soldadura por reflujo, la tasa de dmp es al menos 10 veces mejor que la tecnología de paso fino convencional. Además, en comparación con los paquetes QFP y TSOP del mismo paso, teniendo en cuenta la alineación automática durante la soldadura por reflujo, los requisitos de precisión de montaje son mucho más bajos.




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Otra ventaja, especialmente para el chip de giro, es que la huella de la placa de circuito impreso se reduce considerablemente. El paquete de matriz plana también proporciona un mejor rendimiento del circuito.



Por lo tanto, la industria también se está moviendo hacia el paquete de matriz de superficie. El μBGA con un paso mínimo de 0.5 mm y el paquete a escala de chip (CSP) están atrayendo la atención. Al menos 20 empresas multinacionales están trabajando en esto. Una serie de investigaciones sobre la estructura del paquete. En los próximos años, se espera que el consumo de matrices peladas aumente en un 20% por año, siendo el chip de más rápido crecimiento, seguido de las obleas peladas en COB (a bordo).



Se espera que el consumo de chips flip aumente de 500 millones en 1996 a 2.5 mil millones a fines de siglo, mientras que el consumo de TAB / TCP será estancado o incluso negativo. Como era de esperar, en 1995 eran solo unos 700 millones.


Método de montaje

Los requisitos de colocación son diferentes, y el método de colocación es diferente. Estos requisitos incluyen la capacidad de selección y colocación de componentes, la fuerza de colocación, la precisión de colocación, la velocidad de colocación y el flujo de flujo. Una de las principales características a considerar cuando se considera la velocidad de colocación es la precisión de la colocación.



Elegir y colocar

Cuanto menos sean los cabezales de colocación del equipo de colocación, mayor será la precisión de la colocación. La precisión de los ejes de posicionamiento x, y y θ afecta la precisión general de la colocación. El cabezal de colocación se monta en el bastidor de soporte del plano xy de la máquina de colocación. La parte más importante del cabezal de colocación es el eje de rotación, pero no ignore la precisión de movimiento del eje z. . En los sistemas de colocación de alto rendimiento, el movimiento del eje z es controlado por un microprocesador que utiliza sensores para controlar la distancia de desplazamiento vertical y la fuerza de colocación.






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Una de las principales ventajas de la colocación es que el cabezal de colocación de precisión se puede mover libremente en el plano x, y, incluida la recuperación desde una bandeja de waffles y la realización de múltiples mediciones en el dispositivo en una cámara de visión fija fija.



El sistema de colocación más avanzado puede lograr una precisión de 4 sigma y 20 μm en los ejes x e y. La principal desventaja es que la velocidad de colocación es baja, por lo general menos de 2000 cph, que no incluye otras acciones auxiliares, como la soldadura con chip invertido. Espere.


Un sistema de colocación simple con un solo cabezal de colocación pronto será eliminado y reemplazado por un sistema flexible. En un sistema de este tipo, el bastidor de soporte está equipado con un cabezal de alta precisión y un cabezal de revólver para el montaje de paquetes BGA y QFP de gran tamaño. Un cabezal giratorio (o disparador) puede manejar dispositivos de forma irregular, virutas de giro de paso fino y obleas μBGA / CSP con pasos de clavija tan pequeños como 0.5 mm. Este método de colocación se denomina "recolección, recolección y colocación".


El equipo de colocación SMD de alto rendimiento con cabezales giratorios de chip de giro ha surgido en el mercado. Es capaz de colocar a alta velocidad los flip-chips y las obleas μBGA y CSP con una cuadrícula de 125 μm de diámetro y un paso de aproximadamente 200 μm. La velocidad de colocación para dispositivos con recolección, funcionalidad de pick-and-place es de aproximadamente 5000 cph.


Sniffer de obleas tradicional

Tales sistemas tienen un cabezal giratorio que gira horizontalmente mientras recogen los componentes del alimentador en movimiento y los unen a la PCB en movimiento.

En teoría, el sistema se puede colocar a velocidades de hasta 40,000 cph con las siguientes limitaciones:

La recolección de obleas no debe exceder la placa de rejilla colocada por el dispositivo;

La boquilla de vacío accionada por resorte no permite la optimización del tiempo durante el movimiento en el eje z, o no recoge el troquel del transportador de manera confiable;

Para la mayoría de los paquetes de arreglos de superficie, la precisión de la colocación no es satisfactoria, y el valor típico es 10μm más alto que 4sigma;

No se puede implementar como una micro soldadura de chip flip.


Recogida y colocación.

En el sistema de rastreo "recoger y colocar", ambas cabezas giratorias están montadas en el soporte x-y. La cabeza giratoria está equipada con 6 o 12 boquillas que se pueden colocar en cualquier lugar de la placa de rejilla. Para las obleas SMD estándar, este sistema alcanza una precisión de colocación de 80 μm y una velocidad de colocación de 20,000 pch en 4sigma (incluido el sesgo theta). Al cambiar la dinámica de posicionamiento del sistema y el algoritmo de búsqueda de la cuadrícula de bolas, para el conjunto de arreglos de superficie, el sistema puede lograr una precisión de colocación de 60 a 80 μm y una velocidad de colocación de más de 10,000 pch bajo 4sigma.







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Precisión de montaje

Para tener una comprensión holística de los diferentes equipos de colocación, debe conocer los principales factores que afectan la precisión de colocación del paquete de matriz de superficie. La precisión de montaje de la rejilla de bolas P // ACC // depende del tipo de aleación de la rejilla de bolas, el número de rejillas de bolas y el peso del paquete.


Estos tres factores están interrelacionados, y la mayoría de los paquetes de arreglos planares requieren menos precisión de ubicación que los circuitos integrados con los mismos paquetes QFP y SOP.


Nota: inserte la ecuación

Para una teja sin una máscara de soldadura, la desviación de colocación máxima permitida es igual al radio de la almohadilla de PCB. Cuando el error de colocación excede el radio de la almohadilla de PCB, la rejilla de la bola y la almohadilla de PCB todavía tienen contacto mecánico. Suponiendo que el diámetro habitual de la almohadilla de PCB es aproximadamente igual al diámetro de la rejilla de bolas, se requiere que la precisión de montaje de los paquetes μBGA y CSP con un diámetro de rejilla de bolas de 0.3 mm y un paso de 0.5 mm sea de 0.15 mm; si el diámetro de la rejilla de bolas es de 100 μm y el paso es de 175 μm, el requisito de precisión es de 50 μm.



En el caso del paquete de matriz de banda de bola de tira (TBGA) y el paquete de matriz de rejilla de bola de cerámica pesada (CBGA), la autoalineación está limitada incluso si ocurre. Por lo tanto, la precisión de colocación es alta.

Aplicacion de flujo

La soldadura por reflujo a gran escala estándar de las rejillas de bola de viruta invertida requiere flujo para el horno. El equipo de colocación SMD de uso general más poderoso de la actualidad viene con aplicaciones de flujo integradas, y dos métodos de suministro incorporados comunes son el revestimiento y la soldadura por inmersión.


La unidad de recubrimiento se monta cerca del cabezal de colocación. Aplique el flujo a la ubicación de colocación antes de colocar la viruta de giro. La dosis aplicada en el centro de la ubicación de colocación depende del tamaño del chip de giro y las características de humectación del flujo en un material en particular. Debe asegurarse de que el área de revestimiento de fundente sea lo suficientemente grande como para evitar fugas de la almohadilla debido a errores.


Para realizar un llenado efectivo en un proceso de no limpieza, el fundente debe ser un material no limpio (sin residuos). Los flujos líquidos rara vez contienen materiales sólidos y son los más adecuados para su uso en procesos sin limpieza.


Sin embargo, debido a la fluidez del flujo de líquido, el movimiento de la cinta del sistema de colocación puede causar el desplazamiento inercial de la oblea después del montaje del chip de inversión. Hay dos formas de resolver este problema:








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Establezca un tiempo de espera de unos segundos antes de transferir la PCB. Durante este tiempo, el flujo alrededor del chip flip se evapora rápidamente para mejorar la adhesión, pero esto reduce el rendimiento.


Puede ajustar la aceleración y la desaceleración de la correa para que coincida con la adherencia del flujo. El movimiento suave de la correa no causa el desplazamiento de la oblea.


La principal desventaja del método de revestimiento de fundente es que su período es relativamente largo, y el tiempo de montaje se incrementa en aproximadamente 1,5 s para cada dispositivo a recubrir.


Método de soldadura por inmersión

En este caso, el portador de flujo es un barril giratorio y se raspa en una película de flujo (aproximadamente 50 μm) con una cuchilla. Este método es adecuado para flujos de alta viscosidad. Simplemente soldando el flujo en la parte inferior de la rejilla de bolas, el consumo de flujo se puede reducir durante el proceso.


Este método puede tomar las siguientes dos secuencias de proceso:

Colocación después de la alineación de la rejilla de la bola óptica y flujo de inmersión de la rejilla de la bola En esta secuencia, el contacto mecánico de la rejilla de bola del chip de inversión y el portador de flujo puede tener un impacto negativo en la precisión de la colocación.

Después de alinear el flujo de inmersión de la rejilla de bolas y la rejilla de la bola óptica, se realiza el montaje. En este caso, el material de flujo afecta a la imagen de la alineación de la rejilla de la bola óptica.


El método de soldadura por inmersión no es adecuado para flujos con alta volatilidad, pero es mucho más rápido que el método de recubrimiento. Dependiendo del método de colocación, el tiempo asociado a cada dispositivo es aproximadamente: recolección pura, colocación es 0,8 s, recolección, colocación es 0,3 s.


Cuando se usa un SMT estándar para montar un μBGA o CSP con un paso de 0,5 mm, hay algunas cosas a tener en cuenta: Para las aplicaciones que utilizan tecnología híbrida (SMD estándar con μBGA / CSP), el proceso más crítico es el flujo. Impresión de revestimiento. Lógicamente, también es posible utilizar una combinación de métodos de aplicación de soldadura y proceso de chip flip convencional.


Todos los paquetes de arrays de superficie muestran potencial de rendimiento, densidad de paquetes y ahorro de costos. Para desempeñar un papel en el campo general de la producción electrónica, se necesita más investigación y desarrollo para mejorar los procesos, materiales y equipos. En términos de equipos de colocación SMD, una gran cantidad de trabajo se enfoca en tecnología de visión, mayor rendimiento y precisión.

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