Leiterplatte Blog - Flip-Chip Assembly Technology für Leiterplatte

Mit dem Aufkommen von miniaturisierten Verpackungen mit hoher Dichte, Anforderungen an Hochgeschwindigkeits Leiterplatte und hochpräzise Montage sind kritischer geworden, und zugehörige Montageausrüstung und -prozesse sind fortschrittlicher und flexibler geworden.Da Flip Chip einen kleineren Formfaktor hat,kleiner Kugeldurchmesser und Kugelneigung als BGA oder CSP, Es bietet beispiellose Möglichkeiten für den Kugelplatzierungsprozess, Substrattechnik,Materialverträglichkeit, Herstellungsverfahren,und Inspektionsausrüstung und -methoden.Herausforderung. Heutzutage,Es gibt immer mehr miniaturisierte und hochdichte Verpackungsformen elektronischer Geräte, such as multi-module packaging (MCM), System-in-Paket (SiP), flip-chip (FC, Flip-Chip) and other applications.Das Aufkommen dieser Technologien hat die Grenze zwischen Verpackung und Sekundärmontage weiter verwischt. Zweifellos,mit dem Aufkommen miniaturisierter Verpackungen mit hoher Dichte, Die Anforderungen an Hochgeschwindigkeits- und Präzisionsmontage sind kritischer geworden, und zugehörige Montageausrüstung und -prozesse sind fortschrittlicher und flexibler geworden. 

Da Flip-Chip einen kleineren Formfaktor hat,kleiner Kugeldurchmesser und Kugelneigung als BGA oder CSP, Es bietet beispiellose Möglichkeiten für den Kugelplatzierungsprozess, Substrattechnik, Materialverträglichkeit, Herstellungsverfahren, und Inspektionsausrüstung und -methoden.Diese Anforderungen werden im Folgenden im Detail analysiert:

1.Für die Anforderungen der Montagedruckregelung, in Anbetracht,dass das Flip-Chip-Substrat für PCB relativ sprödes Silizium ist,wenn während des Prozesses der Materialrückgewinnung und des Flusstauchens ein großer Druck ausgeübt wird, Es ist leicht gebrochen zu werden, Dabei werden auch kleine Lötausbrüche leicht verformt.,Versuchen Sie also,einen relativ niedrigen Montagedruck zu verwenden. Die allgemeine Anforderung ist ca. 150g. Für ultradünne Späne,wie 0.3mm,Manchmal muss der Montagedruck sogar auf 35g geregelt werden.

2.Für die Anforderungen an Platzierungsgenauigkeit und Stabilität, für Geräte mit Kugelneigung bis 0.1mm,Welche Platzierungsgenauigkeit erforderlich ist, um eine hohe Ausbeute zu erzielen? Verzug und Verformung des Substrats, Größe und Positionsabweichung des Lötmaskenfensters,und die Genauigkeit der Maschine beeinflusst alle die endgültige Platzierungsgenauigkeit. Wir werden den Einfluss von Substratdesign und -herstellung auf die Platzierung nicht diskutieren, aber hier diskutieren wir nur die Platzierungsgenauigkeit der Maschine.

3.Die Anforderungen des Spanmontageprozesses an die Bestückungseinrichtung, um die oben genannten Fragen zu beantworten,Lassen Sie uns ein einfaches hypothetisches Modell erstellen:

1) Angenommen, die Lötpunkte der Flip-Chip-Leiterplatte sind kugelförmig, und die entsprechenden Pads auf dem Substrat sind kreisförmig und haben den gleichen Durchmesser;
2)Es wird davon ausgegangen, dass es keinen Einfluss von Substratverzug und Herstellungsfehlern gibt;

3)Berücksichtigt nicht die Auswirkungen von Theta und Schock;

4)Während des Reflow-Lötprozesses,das Gerät ist selbstneutral, und 50% des Kontakts zwischen der Lötkugel und der benetzten Oberfläche kann während des Lötprozesses "hochgezogen" werden. Dann, auf der Grundlage der oben genannten Annahmen, wenn der Durchmesser der Lötkugel mit einem Durchmesser von 25μm 50μm ist,die linke und rechte Positionsabweichung (X-Achse) oder die vordere und hintere Positionsabweichung (Y-Achse) 50 % der Padgröße beträgt. Die Bälle sind immer auf den Pads. Für Flip-Chip Leiterplattes mit einem Lötkugeldurchmesser von 25μm, wenn die Prozessfähigkeit Cpk 1.33 erreichen soll, Die Präzision der Maschine muss 12μm erreichen.

4.Entsprechend den Anforderungen von Kameras und Bildverarbeitungstechnik, Eine Digitalkamera mit Megapixel wird benötigt, um die Bilder von Flip-Chip zu verarbeiten Leiterplattes mit feinen Lötkugeln. Digitalkameras mit höheren Pixeln haben höhere Vergrößerungen, jedoch, je höher die Pixel,je kleiner das Sichtfeld (FOV), Das bedeutet, dass größere Geräte möglicherweise mehrfach "fotografiert" werden müssen. Die Lichtquelle der Kamera ist in der Regel Leuchtdiode,die in seitliche Lichtquelle unterteilt ist, Frontlichtquelle und axiale Lichtquelle, und unabhängig steuerbar. Die bildgebende Lichtquelle des Flip-Chips für Leiterplatte nimmt Seitenlicht an, Frontlicht, oder eine Kombination aus beiden. 

Wie wählt man also eine Kamera für ein bestimmtes Gerät aus?? Dies hängt hauptsächlich vom Algorithmus des Bildes ab. Zum Beispiel, Es braucht N Pixel,um eine Lötkugel zu unterscheiden, 2N Pixel und 2N Pixel werden benötigt, um die Ballhöhe zu unterscheiden. Am Beispiel der Magellan Digitalkamera auf der Platzierungsmaschine von Universal Instruments, Es braucht vier Pixel,um eine Lötkugel zu unterscheiden. Wählen Sie eine Kamera, vorausgesetzt, alle Bilder sind 75% der tatsächlichen Objektgröße. Die Bildverarbeitung von Flip-Chip Fiducials für Leiterplattes ist ähnlich wie bei gewöhnlichen Treuhändern.Flip-Chip-Montage für Leiterplattes verwendet oft lokale Treuhänder zusätzlich zu GLOBAL Treuhändern. Zur Zeit, die Referenzpunkte werden klein sein (0.15-1.0mm),und die Auswahl der Kameras bezieht sich auf die Methode oben.Die Auswahl der Lichtquelle muss berücksichtigt werden. Allgemein, Die Lichtquelle der Kamera am SMD-Kopf ist rotes Licht, und der Effekt ist sehr schlecht, wenn es um den Bezugspunkt auf der flexiblen Leiterplatte geht,und der Bezugspunkt kann nicht einmal gefunden werden. Der Grund dafür ist, dass die Oberfläche des Referenzpunktes (Kupfer) der Farbe des Substrats sehr nahe kommt,und der Farbunterschied ist nicht offensichtlich.Wenn die Blaulichtquellentechnologie von Universal Instruments verwendet wird, dieses Problem kann sehr gut gelöst werden.

5.Auswahl der Düsen

Da das Flip-Chip-Substrat für PCB aus Silizium besteht,die obere Oberfläche ist sehr flach und glatt, und der Kopf ist ein starrer Kunststoff mit einer porösen ESD-Düse.Wenn Sie eine Düse mit einem Gummikopf wählen,wie der Gummi altert,Das Gerät kann während des Platzierungsprozesses am Gerät haften bleiben,Auslösen der Platzierung Verschieben oder Entfernen des Geräts.

6.Anforderungen an die Flussmittelapplikationseinheit.Die Flussmittelapplikationseinheit ist ein wichtiger Bestandteil der Steuerung des Flussmitteltauchprozesses.Das Grundprinzip seiner Arbeit ist es, einen stabilen Flussfilm mit einer eingestellten Dicke zu erhalten,so dass jede Lötkugel des Gerätes leicht getaucht werden kann.Nehmen Sie die gleiche Menge des Flusses.Um die Dicke des Flussfilms stabil zu steuern und gleichzeitig die Anforderungen des Hochgeschwindigkeits-Tauchens zu erfüllen,Das Flussmittel-Auftragsgerät muss folgende Anforderungen erfüllen:
1) Es kann die Anforderungen des Eintauchens mehrerer Geräte mit Flussmittel zur gleichen Zeit erfüllen (z.B. 4 oder 7 Stück zur gleichen Zeit), um die Leistung zu erhöhen;
2) Das Gerät für Flussmittel sollte einfach zu bedienen, leicht zu kontrollieren und leicht zu reinigen sein;
3) Es kann eine breite Palette von Flussmitteln oder Lotpasten verarbeiten. Der Viskositätsbereich von Flussmitteln, die für den Tauchprozess geeignet sind, ist groß, und es können sowohl dünnere als auch zähflüssigere Flüssigkeiten verarbeitet werden, und die erzielte Schichtdicke sollte gleichmäßig sein;
4) Der Eintauchvorgang kann kontrolliert werden,und die Tauchprozessparameter werden aufgrund verschiedener Materialien unterschiedlich sein, Daher müssen die Prozessparameter des Tauchprozesses individuell gesteuert werden, wie Beschleunigung nach unten, Druck, Verweilzeit,Beschleunigung nach oben, etc.

7.Für die Anforderungen des Feeders,um die Produktion von Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungschargen zu erfüllen, die Fütterungstechnik ist auch sehr kritisch. Flip-Chip-Verpackungsverfahren für Leiterplattes Dazu gehören vor allem: 2*2 oder 4*4 Zoll JEDEC-Rollen, 200mm oder 300mm Wafer-Rollen (Wafer) und Spulen-Rollen (Reel).Die entsprechenden Feeder sind:Stationärer Tray Feeder, Automatische stapelbare Zuführung, Waffelförderer, und Bandzufuhr.Alle diese Fütterungstechnologien müssen in der Lage sein, Hochgeschwindigkeitsfütterungen durchzuführen., und der Wafer Feeder wird auch benötigt, um eine Vielzahl von Geräteverpackungsmethoden handhaben zu können, Wie zum Beispiel: Geräteverpackung kann JEDEC Trays sein,oder nackte Wafer, oder sogar komplette Späne in der Maschine.Nehmen wir ein Beispiel, um die Eigenschaften des Unovis-Barrenanlegers (DDF Direct Die Feeder) zu veranschaulichen:

1) Kann für Hybridschaltungen oder Sensoren, Multichip-Module, System-in-Package, RFID und 3D-Montage verwendet werden;

2) Die Scheibe kann vertikal zugeführt werden, um Platz zu sparen, und eine Maschine kann mehrere DDFs installieren;

3) Der Chip kann im DDF umgedreht werden;

4) Kann auf einer Vielzahl von Patch-Plattformen installiert werden.

8.Anforderungen an Board Support und Positioniersystem, Einige PCB-Flip-Chips werden auf flexiblen Leiterplatten oder dünnen Leiterplatten verwendet. Zur Zeit, die flache Unterstützung des Substrats ist sehr wichtig.Die Lösung besteht häufig aus einer Trägerplatte und einem Vakuumsaugsystem, die ein flaches Stütz- und Positionierungssystem bilden, das die folgenden Anforderungen erfüllt:

1) Unterstützung Kontrolle in der Z-Richtung des Substrats, und die Programmierung Anpassung der Unterstützung Höhe;

2) Bereitstellung einer kundenspezifischen Schnittstelle für die Unterstützung der Leiterplatte;

3) Kompletter Vakuumerzeuger;

4) Nicht-Standard- und Standard-Trägerplatten können verwendet werden.

9.Inspektion nach Reflow-Löten und Füllstoffaushärtung, Es gibt zerstörungsfreie Inspektion und zerstörungsfreie Inspektion für die Inspektion des Produkts nach Abschluss der Unterfüllung.Die zerstörungsfreie Prüfung umfasst:
1) Verwendung eines Lichtmikroskops für die Sichtprüfung, z. B. die Überprüfung, ob der Füller seitlich am Gerät klettert, ob ein gutes Kantenfilet gebildet wird, und ob die Oberfläche des Geräts schmutzig ist, etc.;
2) Verwenden Sie einen Röntgeninspektor, um zu prüfen, ob die Lötstellen kurzgeschlossen sind,offen geschlossen, Offset, benetzt, Hohlräume in den Lötstellen, etc.;
3) Elektrische Prüfung (Durchgangsprüfung),die prüfen kann,ob ein Problem mit der elektrischen Verbindung vorliegt. Für einige Testboards mit Daisy-Chain Design,Der Ort des Lötstellenfehlers kann auch durch den Durchgangstest bestimmt werden;

4) Verwenden Sie das Ultraschall-Rastermikroskop (C-SAM), um zu prüfen,ob nach dem Unterfüllen Hohlräume, Schichtungen und ein vollständiger Fluss vorhanden sind. Zerstörende Prüfungen können Lötstellen schneiden oder unterfüllen, kombiniert mit optischer Mikroskopie,metallographischer Mikroskopie oder Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersiven Analysatoren (SEM/EDX), um die Mikrostruktur von Lötstellen zu untersuchen, z. B. Mikrorisse/Mikroporen,Zinnkristallisation,intermetallische Verbindungen, Löt- und Benetzungsbedingungen, ob das Underfill Hohlräume,Risse,Delaminationen aufweist und ob der Fluss vollständig ist usw. Häufige Mängel an Produkten nach dem Reflow-Löt- und Underfill-Prozess sind: Lötstellen/offener Stromkreis,schlechte Benetzung der Lötstellen,Lötstellenhohlräume/Blasen,Risse/Sprödigkeit der Lötstellen, Delaminierung des Underfills und der Chips, Risse in den Chips,usw. Die Vollständigkeit des Underfill, d. h. das Vorhandensein von Hohlräumen,Rissen und Delaminationen im Füller,muss mit einem Ultraschall-Rastermikroskop (C-SAM) oder einem flachen Schnitt parallel zur Unterseite des Chips überprüft werden. Defekte erhöhen die Schwierigkeit. Delaminationen zwischen Underfill-Material und Chip treten in der Regel an den vier Ecken von belasteten Bauteilen oder an der Schnittstelle von Füller und Lötstellen auf.

Flip-Chip für PCB hat Vorteile in Bezug auf die Produktkosten gezeigt,Leistung und hohe Dichte Verpackung,und seine Anwendung ist allmählich Mainstream geworden.Aufgrund der geringen Größe des Flip-Chips verwendet für Leiterplattes,es ist notwendig,hohe Präzision zu gewährleisten,hohe Ausbeute und hohe Wiederholbarkeit,das unsere traditionellen Anlagen und Prozesse herausfordert,die sich in den folgenden Aspekten widerspiegeln:
1) die Beschaffenheit des Trägermaterials (Hart- oder Weichpappe);
2) Montage und Inspektion von Geräten;
3) Herstellungsverfahren,Chipmontage,Leiterplattenherstellungsverfahren,SMT Prozess;
4)Materialverträglichkeit.

Ein umfassendes Verständnis der oben genannten Themen ist die Grundlage für einen erfolgreichen Flip-Chip-Montageprozess für Leiterplatte.