Tämä artikkeli tarjoaa kattavan analyysin PoP (Package on Package) -tekniikasta piirilevyillä.
PoP on edistynyt 3D-pakkaustekniikka, jonka avulla pakattu siru (yleensä muisti, kuten DRAM tai Flash) voidaan pinota ja juottaa suoraan toisen pakatun sirun (yleensä sovellusprosessorin tai kantataajuuskaistan sirun) päälle muodostaen pystysuoran kokoonpanon. Tämä kokoonpano juotetaan sitten pääpiirilevyyn juotospallojen (BGA) avulla alemman kotelon pohjassa.
PoP-tekniikan edut:
1. Tilansäästö: Paranna merkittävästi tilan käyttöastetta, mikä on keskeinen teknologia mobiililaitteiden (puhelimien, tablettien) pienentämisessä.
2. Paranna suorituskykyä: Ylä- ja alakerroksen sirujen väliset yhteenliitäntäreitit ovat erittäin lyhyitä (tyypillisesti <1 mm), mikä vähentää signaalin latenssia ja virrankulutusta sekä lisää lähetyskaistanleveyttä.
3. Suunnittelun joustavuus: Mahdollistaa eri valmistajien prosessorien ja muistien yhdistämisen, mikä helpottaa tuotteen iterointia ja kokoonpanon valintaa.
4. Kustannusten alentaminen: Verrattuna kahden sirun integrointiin samaan pakettiin (kuten jotkut SiP-muodot), PoP voisi hyödyntää standardoituja pakkaus- ja testausprosesseja.
PoP-kokoonpanon ydinvaiheet:
PoP-kokoonpanon haasteena on kaikkien liitäntäpisteiden reflow-juotostaminen yhdellä työvaiheella: ylä- ja alakokonaisuudet sekä alaosa piirilevyineen. Se vaatii materiaalien, laitteiden ja kokoonpanoprosessin tarkkaa hallintaa.
Koko prosessi on pääasiassa jaettu seuraaviin päävaiheisiin:
1. Juotostulostus
● Pohjalevy: Tulosta juote pääpiirilevylle, johon PoP sijaitsee, BGA:n pohjan juotospallojen juottamiseksi pohjakoteloon.
● Yläpakkaus: Juotos kiinnitetään pohjapakkauksen yläosassa oleviin kontaktialustoihin. Tämä on PoP-kokoonpanoprosessin avainkohta. On olemassa kaksi päämenetelmää:
* Esiasennettu juotospastamenetelmä: Mikrosapluunoilla tai suihkutulostustekniikalla pienet juotospastapisteet painetaan tarkasti pohjapakkauksen yläosaan.
* Pallon sijoitusmenetelmä: Pienet juotospallot on esiasennettu pohjapakkauksen yläosaan. Tämä menetelmä tarjoaa hyvän tasaisuuden ja on tällä hetkellä valtavirta, erityisesti hienojakoisten PoP-levyjen kanssa.
2. Komponenttien sijoittelu
Tämä on erittäin tarkka kaksivaiheinen sijoitteluprosessi:
Vaihe 1: Aseta pohjalevy paikalleen. Pohjalevy (esim. prosessori) kiinnitetään kohdistamalla sen pohjan BGA-juotospallot piirilevyn juotospastan kanssa.
Vaihe 2: Asenna yläkotelo. Vaiheen 1 jälkeen, saman tuotantosyklin aikana, asenna yläpiiri (esim. muisti) kohdistamalla sen pohjan juotospallot tai -tyynyt pohjan yläkotelon juotteeseen, joka on jo asennettu piirilevylle. Tämä vaatii erittäin suurta tarkkuutta ja vakautta poiminta- ja sijoituslaitteilta, tyypillisesti käyttämällä kaksoisulokepalkkia tai erikoistunutta monitoimista kiinnityspäätä.
3. Reflow-juotos
● Asennettu piirilevypino (yläkerros + pohjakerros) ja piirilevy siirtyvät sulatusuuniin.
● Kuumailma- tai tyhjiöuunissa juote sulaa samanaikaisesti kaikissa liitäntäpisteissä (juotospasta piirilevyllä ja juote ylä- ja alakerrosten välillä).
● Sulamistilassa juotteen pintajännityksen ja painovoiman vaikutuksesta muodostuu juotosliitoksia, jotka aikaansaavat sähköiset ja mekaaniset liitännät.
● Tämä on kriittisin prosessi: lämpötilaprofiilia on hallittava tarkasti, jotta varmistetaan, että jokainen juotosliitos saavuttaa hyvän kunnon ja että sirut eivät vaurioidu lämpöjännityksen vuoksi.
4. Tarkastus ja testaus
● Automaattinen optinen tarkastus: komponenttien kohdistuksen tarkistaminen juottamisen jälkeen.
● Röntgentarkastus: Koska juotosliitokset kuuluvat pakkauksen piiriin, BGA-juotosliitosten ja PoP-sisäkerroksen juotosliitosten laadun, kuten siltojen, kylmäjuotosliitosten ja onteloiden, tarkastamiseen on käytettävä 2D/3D-röntgenkuvia.
● Sähköinen testaus: Vahvistaa, että pinotut sirut toimivat oikein.
PoP-kokoonpanon keskeiset haasteet ja ratkaisut
| Haasteet | Kuvaus | Ratkaisu |
| Kohdistustarkkuus | Ylä- ja alakotelon juotoskohdat ovat hyvin pieniä, joten tila vaatii erittäin suurta kohdistustarkkuutta (tyypillisesti ±0,05 mm). | Käytä tarkkoja poiminta- ja sijoituslaitteita ja konenäkökohdistusjärjestelmiä ja varmista pakkausten samantasoisuus ja juotospallojen yhdenmukaisuus. |
| Juotosmäärän hallinta | Juotteen määrän pakkausten välillä on oltava tarkka. Liian paljon juotetta johtaa oikosulkuun, liian vähän kylmiin juotoksiin. | Käytä pallon sijoittelua painetun juotospastan sijaan;
Hallitse pallon kokoa ja juotospastan määrää tarkasti. |
| Juotostuotos | Yhden kierroksen uudelleensulatus luo useita rivejä näkymättömiä juotosliitoksia, mikä lisää saantoriskiä verrattuna yksikerroksisiin BGA-levyihin. | Optimoi uudelleensulatuksen lämpötilaprofiilit (tyypillisesti käyttämällä "teltan muotoista" profiilia), käytä typpisuojausta hapettumisen vähentämiseksi ja käytä tyhjiöuudelleensulatusta tyhjiötilan vähentämiseksi. |
| Pinon korkeus | Kokonaiskorkeutta on hallittava tarkasti, jotta ohuiden ja kevyiden tuotteiden vaatimukset täyttyvät. | Käytä erittäin ohuita pakkauksia, pienen säteen omaavia muovausmassoja ja pienempiä juotospalloja. |
| Lämpötila ja stressi | Pinoamisen jälkeinen korkea lämpötiheys yhdistettynä eri materiaalien vaihteleviin lämpölaajenemiskertoimiin voi aiheuttaa lämpöjännitystä. | Ota huomioon lämmönhukka piirilevyjen ja koteloiden suunnittelussa;
Käytä täyttöä mekaanisen lujuuden ja lämpöväsymiskestävyyden parantamiseksi. |
Kokoonpanoprosessin muunnelma: Alitäyte
Sovelluksissa, joissa on erittäin korkeat luotettavuusvaatimukset (kuten autoelektroniikka), PoP-kokoonpanon jälkeen pohjakotelon ja piirilevyn väliin, ja joskus jopa ylä- ja alakoteloiden väliin, levitetään täyttömassaa. Liima tunkeutuu juotospallojen rakoihin kapillaari-ilmiön avulla ja kovettumisen jälkeen se absorboi merkittävästi mekaanista rasitusta (kuten iskuja ja taivutusta), mikä parantaa lämpötilavaihteluista johtuvaa lämpöväsymislujuutta.
Yhteenvetona voidaan todeta, että PoP (PoS) -kokoonpano on yksi nykyaikaisen, tiheän elektroniikan kokoonpanon edistyneimmistä tekniikoista. Onnistuneen PoP-kokoonpanon ydinelementit ovat:
● Materiaalit: Korkean suorituskyvyn juotospallot, juotospasta ja alustat.
● Laitteet: Tarkat poiminta- ja sijoituskoneet ja säädettävät reflow-uunit.
● Prosessinohjaus: Koko prosessin tarkka hallinta juotospastan/kuulan asettamisesta asennukseen ja uudelleensulatukseen.
● Tarkastus: Tehokkaat rikkomattomat testausominaisuudet, kuten röntgen.
Sirujen I/O-liitäntöjen määrän kasvaessa ja samanaikaisesti jakovälin minimoinnin myötä PoP-tekniikka kehittyy kohti hienompia jakoja (esim. 0,35 mm:n jako) ja korkeampia pinoamiskerroksia (esim. PoPoP), mikä jatkuvasti edistää elektronisten laitteiden kehitystä kohti pienempiä, nopeampia ja tehokkaampia malleja.
Benlida on ammattimainen piirilevyvalmistaja ja tarjonnut piirilevyjen kokoonpanopalveluita 14 vuoden kokemuksella. Jos työskentelet piirilevyjesi ja piirilevypohjaisten levyjen kokoonpanon parissa, ota yhteyttä Benlidaan saadaksesi neuvoja valmistuksen jatkamiseen!
Benlida on palveluksessasi!
fi
WhatsApp