Montaggio rapido PCB - Pacchetto avanzato
Il packaging faccia a faccia dell'array sta diventando sempre più importante, specialmente nelle applicazioni automobilistiche, delle telecomunicazioni e dei computer, per cui la produttività è diventata al centro delle discussioni. Il passo pin è inferiore a 0,4 mm, che è 0,5 mm. Il problema principale con i pacchetti QFP e TSOP a passo fine è la bassa produttività. Tuttavia, poiché il passo del pacchetto di matrice planare non è piccolo (ad esempio, chip flip inferiore a 200 μm), dopo la saldatura a riflusso, la velocità di dmp è almeno 10 volte migliore rispetto alla tecnologia a passo fine convenzionale. Inoltre, rispetto ai pacchi QFP e TSOP della stessa altezza, considerando l'allineamento automatico durante la saldatura a riflusso, i requisiti di precisione di montaggio sono molto più bassi.
Un altro vantaggio, specialmente per il chip flip, è che l'ingombro del circuito stampato è notevolmente ridotto. Il pacchetto planare di array offre anche migliori prestazioni del circuito.
Pertanto, l'industria si sta anche spostando verso il pacchetto di array di superfici. Il μBGA con un passo minimo di 0,5 mm e il pacchetto su scala di chip (CSP) attirano l'attenzione. Almeno 20 compagnie multinazionali stanno lavorando su questo. Una serie di ricerche sulla struttura del pacchetto. Nei prossimi anni, si prevede un aumento del consumo di muoiono del 20% all'anno, con la crescita più rapida essendo il chip a fogli mobili, seguito dai wafer nudi sul COB (a bordo).
Si prevede che il consumo di chip flip aumenterà da 500 milioni nel 1996 a 2,5 miliardi alla fine del secolo, mentre il consumo TAB / TCP sarà stagnante o addirittura negativo. Come previsto, nel 1995 erano solo circa 700 milioni.
Metodo di montaggio
I requisiti di posizionamento sono diversi e il metodo di posizionamento è diverso. Questi requisiti includono la capacità di pick-and-place dei componenti, la forza di posizionamento, l'accuratezza di posizionamento, la velocità di posizionamento e il flusso di flusso. Una delle principali caratteristiche da considerare quando si considera la velocità di posizionamento è la precisione di posizionamento.
Scegli e posiziona
Minore è il numero di teste di posizionamento delle apparecchiature di posizionamento, maggiore è la precisione di posizionamento. La precisione degli assi di posizionamento x, y e θ influisce sulla precisione di posizionamento complessiva. La testa di posizionamento è montata sul telaio di supporto del piano xy della macchina di posizionamento. La parte più importante della testa di posizionamento è l'asse di rotazione, ma non ignorare la precisione del movimento dell'asse z. . Nei sistemi di posizionamento ad alte prestazioni, il movimento dell'asse z è controllato da un microprocessore che utilizza sensori per controllare la distanza di spostamento verticale e la forza di posizionamento.
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Uno dei principali vantaggi del posizionamento è che la testina di posizionamento di precisione può muoversi liberamente sul piano x, y, incluso il recupero da una piastra per waffle e l'esecuzione di più misurazioni sul dispositivo su una telecamera fissa con vista in alto.
Il sistema di posizionamento più avanzato può ottenere una precisione 4 sigma e 20μm sugli assi xe y. Lo svantaggio principale è che la velocità di posizionamento è bassa, solitamente inferiore a 2000 CV, che non include altre azioni ausiliarie, come la saldatura con chip a fogli mobili. Aspettare.
Un semplice sistema di posizionamento con una sola testa di posizionamento verrà presto eliminato e sostituito con un sistema flessibile. In tale sistema, il telaio di supporto è dotato di una testa ad alta precisione e di una testa di revolver per il montaggio di pacchetti BGA e QFP di grandi dimensioni. Una testina rotante (o sparatutto) può gestire dispositivi di forma irregolare, chip con flip pitch di precisione e wafer μBGA / CSP con passi di spin da 0,5 mm. Questo metodo di posizionamento è chiamato "raccolta, raccolta e posizionamento".
Apparecchiature di posizionamento SMD ad alte prestazioni con testine rotanti a flip-chip sono emerse sul mercato. È in grado di posizionare ad alta velocità flip-chip e wafer μBGA e CSP con una griglia del diametro di 125 μm e un passo di circa 200 μm. La velocità di posizionamento per i dispositivi con funzionalità di raccolta e prelievo è di circa 5000 cph.
Annusatore di wafer tradizionale
Tali sistemi hanno una testa rotante che ruota orizzontalmente mentre raccolgono i componenti dall'alimentatore in movimento e li collegano al PCB in movimento.
In teoria, il sistema può essere posizionato a velocità fino a 40.000 cph con le seguenti limitazioni:
La raccolta di wafer non deve superare la piastra di griglia posizionata dal dispositivo;
L'ugello del vuoto azionato a molla non consente l'ottimizzazione del tempo durante il movimento sull'asse z, o non preleva in modo affidabile la matrice dal trasportatore;
Per la maggior parte dei pacchetti di array di superfici, la precisione di posizionamento non è soddisfacente e il valore tipico è 10 μm superiore a 4sigma;
Non può essere implementato come un micro chip di sicurezza.
Raccolta e posizionamento
Nel sistema di sniffer "raccogli e posiziona", entrambe le teste girevoli sono montate sul supporto x-y. La testa girevole è quindi dotata di 6 o 12 ugelli che possono essere posizionati ovunque sulla piastra della griglia. Per wafer SMD standard, questo sistema raggiunge una precisione di posizionamento di 80μm e una velocità di posizionamento di 20.000pch a 4sigma (incluso il bias theta). Modificando la dinamica di posizionamento del sistema e l'algoritmo di ricerca della griglia di sfere, per il pacchetto di array di superfici, il sistema può raggiungere una precisione di posizionamento da 60μm a 80μm e una velocità di posizionamento superiore a 10.000pch sotto 4sigma.
Fabbrica della porcellana di Rogers PCB
Precisione di montaggio
Per avere una comprensione olistica delle diverse apparecchiature di posizionamento, è necessario conoscere i principali fattori che influiscono sulla precisione di posizionamento del pacchetto di array di superfici. La precisione di montaggio della griglia P // ACC // dipende dal tipo di lega della griglia, dal numero di sfere e dal peso della confezione.
Questi tre fattori sono correlati e la maggior parte dei pacchetti di array planari richiede meno precisione di posizionamento rispetto agli IC con gli stessi pacchetti QFP e SOP di passo.
Nota: inserire l'equazione
Per una ghiaia senza maschera di saldatura, la deviazione di posizionamento massima consentita è uguale al raggio del pad PCB. Quando l'errore di posizionamento supera il raggio del pad del PCB, la griglia della palla e il pad del PCB hanno ancora un contatto meccanico. Supponendo che il normale diametro del tampone per circuito stampato sia approssimativamente uguale al diametro della griglia a sfera, la precisione di montaggio delle confezioni μBGA e CSP con un diametro della griglia di 0,3 mm e un passo di 0,5 mm è richiesta per 0,15 mm; se il diametro della griglia della sfera è 100 μm e il passo è 175 μm, il requisito di precisione è 50 μm.
Nel caso del pacchetto strip array grid array (TBGA) e del pacchetto di array di griglie a sfere in ceramica (CBGA), l'autoallineamento è limitato anche se si verifica. Pertanto, l'accuratezza del posizionamento è elevata.
Applicazione di flusso
La saldatura di reflow su larga scala standardizzata delle griglie a sfera in chip flip richiede un flusso per il forno. Le apparecchiature di posizionamento SMD di uso generale più potenti di oggi sono dotate di applicazioni di flusso incorporate e due metodi di alimentazione incorporati comuni sono il rivestimento e la saldatura a immersione.
L'unità di rivestimento è montata vicino alla testa di posizionamento. Applicare il flusso nella posizione di posizionamento prima di capovolgere il posizionamento del truciolo. La dose applicata al centro della posizione di posizionamento dipende dalla dimensione del chip di vibrazione e dalle caratteristiche di bagnatura del flusso su un particolare materiale. È necessario assicurarsi che l'area di rivestimento del flusso sia sufficientemente ampia da evitare perdite del cuscinetto a causa di errori.
Per eseguire un riempimento efficace in un processo non pulito, il flusso deve essere un materiale non pulito (senza residui). I flussi di liquidi contengono raramente materiali solidi e sono adatti per l'uso in processi non puliti.
Tuttavia, a causa della fluidità del flusso di liquido, il movimento del nastro del sistema di posizionamento può causare uno spostamento inerziale del wafer dopo il montaggio con chip flip. Esistono due modi per risolvere questo problema:
Impostare un tempo di attesa di alcuni secondi prima che il PCB venga trasferito. Durante questo tempo, il flusso attorno al chip flip evapora rapidamente per migliorare l'adesione, ma ciò riduce la resa.
È possibile regolare l'accelerazione e la decelerazione della cinghia per adattarla all'aderenza del flusso. Il movimento regolare della cinghia non causa spostamento del wafer.
Lo svantaggio principale del metodo di rivestimento del flusso è che il suo periodo è relativamente lungo e il tempo di montaggio è aumentato di circa 1,5 s per ciascun dispositivo da rivestire.
Metodo di saldatura a tuffo
In questo caso, il portatore di flusso è un cilindro rotante e viene raschiato in una pellicola di flusso (circa 50 μm) con una lama. Questo metodo è adatto per flussi ad alta viscosità. Semplicemente saldando il flusso sul fondo della griglia, il consumo di flusso può essere ridotto durante il processo.
Questo metodo può assumere le seguenti due sequenze di processi:
Posizionamento dopo l'allineamento della griglia di sfere ottiche e il flusso di immersione della griglia di sfere. In questa sequenza, il contatto meccanico tra la griglia a sfera del chip flip e il trasportatore di flusso può avere un impatto negativo sulla precisione del posizionamento.
Dopo che il flusso di immersione della griglia della palla e il reticolo ottico della palla sono stati allineati, viene eseguito il montaggio. In questo caso, il materiale di flusso influenza l'immagine dell'allineamento della griglia a sfera ottica.
Il metodo di saldatura a immersione non è adatto per i flussi con elevata volatilità, ma è molto più veloce del metodo di rivestimento. A seconda del metodo di posizionamento, il tempo associato a ciascun dispositivo è approssimativo: puro prelievo, posizionamento di 0,8 secondi, raccolta, posizionamento di 0,3 secondi.
Quando si utilizza un SMT standard per montare un μBGA o CSP con un passo di 0,5 mm, ci sono alcune cose da notare: per le applicazioni che usano la tecnologia ibrida (standard SMD con μBGA / CSP), il processo più critico è il flusso. Stampa di rivestimenti Logicamente, è anche possibile utilizzare una combinazione di metodi di processo di saldatura a fogli mobili e metodi di saldatura tradizionali.
Tutti i pacchetti di array di superfici mostrano potenziale di prestazioni, densità dei pacchetti e risparmi sui costi. Per svolgere un ruolo nel settore generale della produzione elettronica, sono necessarie ulteriori ricerche e sviluppi per migliorare processi, materiali e attrezzature. In termini di apparecchiature di posizionamento SMD, un sacco di lavoro si concentra sulla tecnologia di visione, maggiore produttività e precisione.
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