PCB業界における高度なPCBパッケージングデバイスの迅速な実装

以下は、高度な PCB パッケージ デバイスのクイック マウントです。

エリア アレイ パッケージングは、特に自動車、電気通信、コンピュータ アプリケーションでますます重要になっているため、生産性が議論の焦点になっています。 ピン間隔は 0.5 mm である 0.4 mm 未満です。 ファイン ピッチ QFP および TSOP パッケージングの主な問題は、生産性の低さです。 ただし、プレーナー アレイ パッケージのフット ピッチはそれほど小さくはないため (たとえば、フリップ チップは 200 μ m 未満)、リフローはんだ付け後の dmp 率は、従来のファイン ピッチ技術よりも少なくとも 10 倍優れています。 さらに、同じ間隔のQFPおよびTSOPパッケージと比較して、リフローはんだ付け時の自動位置合わせを考慮すると、実装精度の要件ははるかに低くなります。

別の利点、特にフリップチップは、

  プリント基板の占有面積を大幅に削減。 表面配列パッケージングは、より優れた回路性能も提供できます。

そのため、PCB 業界も最小間隔 0.5mm の平面アレイ パッケージングに向けて開発を進めており、BGA とチップ スケール パッケージ (CSP) は常に人々の注目を集めています。 少なくとも 20 の多国籍企業が、この一連のパッケージ構造の研究に取り組んでいます。 今後数年間で、ベア チップの消費量は毎年 20% ずつ増加すると推定されています。その中でフリップ チップが最も急速に成長し、次に COB (直接基板実装) に適用されるベア チップが続きます。

フリップ チップの消費量は 1996 年の 5 億チップから今世紀末には 25 億チップに増加すると推定されていますが、TAB/TCP の消費量は停滞するか、マイナス成長を示すことさえあります。 予想通り、1995 年には約 7 億人に過ぎません。

基板実装方法

取り付けの原理は、さまざまな要件によって異なります。 これらの要件には、コンポーネントのピッキングおよび配置能力、取り付け強度、取り付け精度、取り付け速度、およびフラックスの流動性が含まれます。 取り付け速度を考慮する場合、考慮すべき主な特性の 1 つは取り付け精度です。

ピッキングとマウント

実装機の実装ヘッド数が少ないほど、実装精度が高くなります。 位置決め軸 x、y、および θ 取り付けヘッドは、取り付け機の x-y 平面のサポート フレームに取り付けられます。 マウントヘッドの最も重要な部分は回転軸ですが、Z軸の移動精度も無視できません。 高性能マウントシステムでは、z 軸の動きはマイクロプロセッサによって制御され、垂直移動距離とマウント力はセンサーによって制御されます。

取り付けの主な利点の 1 つは、精密取り付けヘッドが x 平面と y 平面内で自由に移動できることです。これには、ワッフル プレートから材料を取り出したり、固定オーバーヘッド カメラでデバイスを複数回測定したりすることが含まれます。

最先端の実装システムは 4 シグマ、20 μ に達する可能性があります。m の精度の主な欠点は、実装速度が遅く、通常は 2000 cph 未満であり、フリップチップはんだ付けフラックスなどの他の補助的なアクションが含まれていないことです。

取り付けヘッドが 1 つしかない単純な取り付けシステムは間もなく廃止され、柔軟なシステムに置き換えられます。 このようなシステムのために、サポートフレームには高精度のマウントヘッドとマルチノズルロータリーヘッドが装備されており、大型のBGAおよびQFPパッケージを実装するために使用できます。 回転 (またはシューター) ヘッドは、不規則な形状のデバイス、ファイン ピッチのフリップ チップ、およびピン間隔が 0.5mm μ BGA/CSP チップのデバイスを処理できます。 この実装方法を「回収・ピッキング・実装」と呼んでいます。

フリップチップ回転ヘッドを搭載した高性能SMD実装デバイスが市場に登場。 φ125のフリップチップやボールグリッドを高速μmで実装可能。 ピン間隔は約200μMのμBGAやCSPチップ。 回収・ピッキング・搭載機能付装置の搭載速度は約5000cph。

従来のウェーハ吸引ガン

このようなシステムには、水平に回転する回転ヘッドが装備されており、移動するフィーダーからデバイスを同時にピックアップし、移動する PCB に貼り付けます。

理論上、システムの取り付け速度は 40000 cph に達する可能性がありますが、次の制限があります。

チップ ピックアップは、デバイスが配置されているグリッド ディスクを超えてはなりません。

バネ駆動の真空ノズルが z 軸上を移動する場合、作業時間を最適化したり、コンベア ベルトから金型を確実に持ち上げたりすることはできません。

ほとんどの表面配列パッケージでは、実装精度は要件を満たすことができず、典型的な値は 4 シグマ μ m の 10% を超えています。

マイクロフリップチップにフラックスを塗布することはできません。

コレクションとマウント

「収集と取り付け」サクション ガン システムでは、両方の回転ヘッドが x-y サポート フレームに取り付けられています。 次に、回転ヘッドには6個または12個の吸着ノズルが装備されており、グリッドプレートの任意の位置に接触できます。 標準的な SMD チップの場合、このシステムは 4 シグマ (シータ偏差を含む) μ M の取り付け精度と 20,000 pch の取り付け速度で 80% に達することができます。 システムの位置決め動的特性とボール グリッド検索アルゴリズムを変更することにより、システムは平面アレイ パッケージング μ M ～ 80 μ M で 4sigma で 60% に達することができ、実装速度は 10000 pch を超えます。

取付精度

さまざまな実装デバイスを全体的に理解するには、表面配列パッケージの実装精度に影響を与える主な要因を知る必要があります。 ボール グリッド P//ACC// の取り付け精度は、ボール グリッド合金の種類、ボール グリッドの数、およびパッケージの重量によって異なります。

これら 3 つの要因は相互に関連しています。 同じ間隔の QFP や SOP でパッケージ化された IC と比較して、ほとんどのプレーナ アレイ パッケージは実装精度を低くする必要があります。

注: 式を挿入

はんだマスクのない円形パッドの場合、最大許容取り付け偏差は PCB パッドの半径に等しくなります。 取り付け誤差が PCB パッドの半径を超える場合でも、ボール グリッドと PCB パッドは機械的に接触します。 PCB パッドの直径はボール グリッドの直径 μ とほぼ等しいと仮定します。BGA および CSP パッケージの実装精度は 0.15 mm が要求されます。 ボール グリッドの直径が 100 μ m の場合。間隔は 175 μ m です。 精度は50μmが要求されます。

TBGA と CBGA の場合、セルフ アライメントには制限があります。 そのため、高い取付精度が要求されます。

フラックスの塗布

フリップチップボールグリッド用の標準的な大型リフロー炉にはフラックスが必要です。 今では、強力な機能を持つ一般的なSMD実装装置に、フラックス塗布装置が組み込まれています。 一般的に使用される 2 つのビルトイン供給方法は、コーティングと浸漬溶接です。

塗布ユニットは装着ヘッド付近に設置。 フリップチップ実装前に、実装位置にフラックスを塗布してください。 実装位置の中央でのコーティング量は、フリップ チップのサイズと、特定の材料に対するフラックスのぬれ特性に依存します。 エラーによるはんだパッドの欠落を避けるために、フラックス コーティング領域が十分に大きいことを確認する必要があります。

無洗浄工程を効果的に埋めるためには、フラックスは無洗浄（残渣のない）材料である必要があります。 液体フラックスは常に固形分が少なく、無洗浄工程に最適です。

ただし、液体フラックスの流動性により、フリップ チップ実装後、実装システムのコンベア ベルトの動きによってチップの慣性変位が発生します。 この問題を解決するには、次の 2 つの方法があります。

PCB 送信まで数秒の待ち時間を設定してください。 この間、フリップチップ周辺のフラックスが急速に揮発し、密着性が向上しますが、出力が低下します。

フラックスの付着量に合わせてベルトコンベアの加減速を調整できます。 コンベアベルトのスムーズな動きにより、切りくずのズレがありません。

フラックスコーティング法の主な欠点は、そのサイクルが比較的長いことです。 コーティングするデバイスごとに、取り付け時間が約 1.5 秒長くなります。

ディップ溶接法

この場合、フラックスキャリアは回転バレルであり、フラックスフィルム（約50μm）に削られます。この方法は、高粘度フラックスに適用できます。 グリッドの底にフラックスを浸すだけで、製造工程でのフラックスの消費を抑えることができます。

この方法では、次の 2 つのプロセス シーケンスを使用できます。

光学グリッドとグリッドの液浸フラックスの位置合わせの後、取り付けを実行する必要があります。 この順序で、フリップ チップ ボール グリッドとフラックス キャリアの間の機械的接触が実装精度に悪影響を及ぼします。

ボール グリッド液浸フラックスと光学ボール グリッドの位置合わせ後、それらを取り付けます。 この場合、フラックス材料は光学ボール グリッドの位置合わせイメージに影響を与えます。

ディッピングフラックス法は揮発性の高いフラックスには不向きですが、塗布法よりもはるかに高速です。 異なる取り付け方法によると、各デバイスの追加時間は、純粋なピックアップと取り付けで約 0.8 秒、収集と取り付けで約 0.3 秒です。

標準 SMT を使用して 0.5mm の間隔でボール グリッドを実装する場合 μ BGA または CSP の場合、注意すべき点もいくつかあります。 μ BGA/CSP 標準 SMD) 製品の場合、明らかに最も重要なプロセスはフラックス コーティング印刷です。 論理的に言えば、従来のフリップチッププロセスとフラックス塗布も使用できます。

すべてのプレーナー アレイ パッケージは、パフォーマンス、パッケージ密度、およびコスト削減の可能性を示しています。 PCB製造の全体的な分野でその役割を果たすためには、製造プロセス、材料、および機器を改善するためのさらなる研究開発が必要です。 SMD実装機器に関する限り、多くの作業は視覚技術、より高い出力と精度に焦点を当てています.