Denne artikkelen gir en omfattende analyse av PoP-teknikken (Package on Package) på kretskort.
PoP er en avansert 3D-pakketeknologi som gjør det mulig å stable og lodde en pakket brikke (vanligvis minne, for eksempel DRAM eller Flash) direkte oppå en annen pakket brikke (vanligvis en applikasjonsprosessor eller basebåndbrikke), slik at det dannes en vertikal enhet. Denne enheten loddes deretter til hovedkretskortet via loddekuler (BGA) på bunnen av den nedre pakken.
Fordeler med PoP-teknikken:
1. Plassbesparelse: Forbedre plassutnyttelsen betydelig, en nøkkelteknologi for miniatyrisering av mobile enheter (telefoner, nettbrett).
2. Forbedre ytelsen: Forbindelsesveiene mellom topp- og bunnsjiktet av brikker er ekstremt korte (vanligvis <1 mm), noe som reduserer signalforsinkelse og strømforbruk, og øker overføringsbåndbredden.
3. Designfleksibilitet: Tillater kombinasjon av prosessorer og minne fra forskjellige produsenter, noe som forenkler produktiterasjon og konfigurasjonsvalg.
4. Reduser kostnader: Sammenlignet med å integrere to brikker i samme pakke (som noen former for SiP), kan PoP bruke standardiserte pakke- og testprosesser.
Kjerneprosessen i PoP-montering:
Utfordringen med PoP-montering ligger i å fullføre reflow-loddingen av alle sammenkoblingspunktene i én operasjon: topp- og bunnpakkene, og bunnpakken med kretskortet. Det krever presis håndtering av materiale, utstyr og monteringsprosess.
Hele prosessen er hovedsakelig delt inn i følgende hovedfaser:
1. Loddetrykk
● Bunnkretskortet: Skriv loddetinn på hovedkretskortet der PoP-en er plassert, for å lodde BGA-ens nederste loddekuler på bunnpakken.
● Topppakke: Lodding påføres padsene oppå bunnpakken. Dette er hovedpunktet i PoP-monteringsprosessen. Det finnes to hovedmetoder:
* Forhåndspåført loddepastametode: Ved hjelp av mikrosjablonger eller jetprinting-teknologi trykkes små loddepastaprikker presist på de øverste putene på den nederste pakken.
* Metode for plassering av kuler: Små loddekuler er forhåndsplassert på de øverste putene på den nederste pakken. Denne metoden gir god konsistens og er for tiden vanlig, spesielt for PoP med fin pitch.
2. Plassering av komponenter
Dette er en svært presis plasseringsprosess i to trinn:
Trinn 1: Plasser bunnpakken. Bunnbrikken (f.eks. prosessor) monteres ved å justere de nederste BGA-loddekulene med loddepastaen på kretskortet.
Trinn 2: Monter topppakken. Etter trinn 1, innenfor samme produksjonssyklus, monter toppbrikken (f.eks. minne) ved å justere de nederste loddekulene eller -putene med topploddet på bunnpakken som allerede er plassert på kretskortet. Dette krever ekstremt høy presisjon og stabilitet fra pick-and-place-utstyret, vanligvis ved bruk av et dobbelt utkraget eller et spesialisert multifunksjonelt monteringshode.
3. Reflow-lodding
● Den monterte stabelen med brikker (topplaget + bunnlaget) og PCB-en går inn i reflowovnen.
● I en varmluft- eller vakuumreflowovn smelter loddetinnet samtidig på alle tilkoblingspunkter (loddepasta på kretskortet og loddetinn mellom topp- og bunnlaget).
● I smeltetilstanden, avhengig av overflatespenningen og tyngdekraften til loddet, dannes loddeforbindelser, som oppnår elektriske og mekaniske forbindelser.
● Dette er den viktigste prosessen: temperaturprofilen må kontrolleres nøyaktig for å sikre at hver loddeforbindelse oppnår god tilstand og at brikkene ikke skades av termisk stress.
4. Inspeksjon og testing
● Automatisert optisk inspeksjon: for å kontrollere justeringen av komponenter etter lodding.
● Røntgeninspeksjon: Siden loddeforbindelser er dekket av pakken, må 2D/3D-røntgenstråler brukes for å inspisere kvaliteten på BGA-loddeforbindelser og PoP-innerlagsloddeforbindelser, for eksempel brodannelse, kalde loddeforbindelser og hulrom.
● Elektrisk testing: Bekrefter at de stablede brikkene fungerer som de skal.
Viktige utfordringer og løsninger for PoP-montering
| Utfordringer | Beskrivelse | Løsning |
| Justeringsnøyaktighet | Loddeplatene på topp- og bunnpakken er svært små, noe som krever ekstremt høy justeringsnøyaktighet (vanligvis ±0,05 mm). | Bruk høypresisjons pick-and-place-utstyr og vision-justeringssystemer, og sørg for at pakkene er i samme planhet og at loddekulene er konsistente. |
| Kontroll av loddemengde | Mengden loddetinn mellom pakkene må være nøyaktig. For mye loddetinn fører til brodannelse, for lite fører til kalde loddeforbindelser. | Bruk ballplassering i stedet for trykt loddepasta;
Kontroller ballstørrelsen og mengden loddepasta nøyaktig. |
| Loddeutbytte | Enkeltlags-reflow skaper flere rader med usynlige loddeforbindelser, noe som øker utbytterisikoen sammenlignet med enkeltlags-BGA-er. | Optimaliser temperaturprofiler for reflow (vanligvis ved bruk av en "teltformet" profil), bruk nitrogenbeskyttelse for å redusere oksidasjon, og bruk vakuumreflow for å redusere hulrom. |
| Stabelhøyde | Totalhøyden må kontrolleres strengt for å oppfylle kravene til tynne og lette produkter. | Bruk ultratynne pakker, støpemasse med lav radius og mindre loddekuler. |
| Termisk og stress | Høy termisk tetthet etter stabling, kombinert med varierende termisk utvidelseskoeffisienter for forskjellige materialer, kan generere termisk spenning. | Vurder varmespredning i PCB- og pakkedesign;
bruk underfylling for å forbedre mekanisk styrke og termisk utmattingsmotstand. |
Variasjon av monteringsprosess: Underfylling
For applikasjoner med ekstremt høye pålitelighetskrav (som bilelektronikk), påføres det underfyll mellom bunnpakken og kretskortet etter PoP-montering. Limet trenger inn i loddekulehullene gjennom kapillærvirkning, og etter herding absorberer det betydelig mekanisk stress (som støt og bøying), noe som forbedrer levetiden til termisk utmatting forårsaket av temperatursykling.
Kort sagt er PoP (PoS)-montering en av de avanserte teknikkene for moderne høytetthets elektronisk montering. Kjerneelementene i en vellykket PoP-montering er:
● Materialer: Høytytende loddekuler, loddepasta og substrater.
● Utstyr: Høypresisjons pick-and-place-maskiner og kontrollerbare reflow-ovner.
● Prosesskontroll: Presis styring av hele prosessen, fra plassering av loddepasta/kule til montering og reflow.
● Inspeksjon: Kraftige ikke-destruktive testmuligheter som røntgen.
Etter hvert som antallet chip-I/O-er øker og pitch-minimeringen samtidig, utvikler PoP-teknikken seg også til finere pitcher (f.eks. 0,35 mm pitch) og høyere stablingslag (f.eks. PoPoP), noe som kontinuerlig driver utviklingen av elektroniske enheter mot mindre, raskere og kraftigere design.
Benlida er en profesjonell PCB-produsent og har levert PCB-monteringstjenester i 14 år. Hvis du jobber med PoP-montering for PCB og PCBA, er du velkommen til å kontakte Benlida for å få en pekepinn på hvordan du skal gå frem for produksjonen!
Benlida står til tjeneste!
no
WhatsApp