Den här artikeln ger en omfattande analys av PoP-tekniken (Package on Package) på kretskort.
PoP är en avancerad 3D-kapslingsteknik som gör det möjligt att stapla och löda ett paketerat chip (vanligtvis minne, såsom DRAM eller Flash) direkt ovanpå ett annat paketerat chip (vanligtvis en applikationsprocessor eller ett basbandschip), vilket bildar en vertikal enhet. Denna enhet löds sedan fast på huvudkretskortet via lödkulor (BGA) på undersidan av den nedre kapslingen.
1. Spara utrymme: Förbättra utnyttjandegraden av utrymme avsevärt, en nyckelteknik för miniatyrisering av mobila enheter (telefoner, surfplattor).
2. Förbättra prestandan: Sammankopplingsvägarna mellan chips i det övre och nedre lagret är extremt korta (vanligtvis <1 mm), vilket minskar signallatens och strömförbrukning och ökar överföringsbandbredden.
3. Designflexibilitet: Möjliggör kombination av processorer och minne från olika tillverkare, vilket underlättar produktiteration och konfigurationsval.
4. Minska kostnaden: Jämfört med att integrera två chip i samma paket (som vissa former av SiP) kan PoP använda standardiserade paketerings- och testprocesser.
Utmaningen med PoP-montering ligger i att slutföra omlödningslödningen av alla sammankopplingspunkter i en enda operation: topp- och bottenkapslarna, och bottenkapslarna med kretskortet. Det kräver noggrann hantering av material, utrustning och monteringsprocess.
Hela processen är huvudsakligen uppdelad i följande huvudsteg:
● Nedre kretskortet: Skriv ut lödningen på huvudkretskortet där PoP:n sitter, för att löda fast BGA:ns nedre lödkulor på bottenkapslingen.
● Övre förpackning: Löd appliceras på plattorna ovanpå den undre förpackningen. Detta är den viktigaste punkten i PoP-monteringsprocessen. Det finns två huvudmetoder:
* Förapplicerad lödpastametod: Med hjälp av mikroschabloner eller bläckstråleutskriftsteknik trycks små lödpastapunkter exakt på de övre dynorna på den nedre förpackningen.
* Kulplaceringsmetod: Små lödkulor placeras i förväg på de övre plattorna på bottenkapslingen. Denna metod ger god konsistens och är för närvarande den vanligaste metoden, särskilt för finhöjda PoP-element.
Detta är en högprecisionsplaceringsprocess i två steg:
Steg 1: Placera bottenpaketet. Det nedre chipet (t.ex. processorn) monteras genom att rikta in dess nedre BGA-lödkulor med lödpastan på kretskortet.
Steg 2: Montera toppkapslingen. Efter steg 1, inom samma produktionscykel, montera toppchipet (t.ex. minne) genom att rikta in dess nedre lödkulor eller lödplattor med det övre lödet på bottenkapslingen som redan är placerad på kretskortet. Detta kräver extremt hög precision och stabilitet från pick-and-place-utrustningen, vanligtvis med hjälp av ett dubbelutskjutande eller specialiserat multifunktionellt monteringshuvud.
● Den monterade stapeln av chip (översta lagret + understa lagret) och kretskortet går in i reflowugnen.
● I en varmlufts- eller vakuumugn smälter lödtet samtidigt vid alla anslutningspunkter (lödpasta på kretskortet och lödtet mellan det övre och nedre lagret).
● I smälttillståndet, beroende på ytspänningen och lödets gravitation, bildas lödfogar, vilket uppnår elektriska och mekaniska förbindelser.
● Detta är den mest kritiska processen: temperaturprofilen måste kontrolleras exakt för att säkerställa att varje lödfog uppnår gott skick och att chipsen inte skadas av termisk stress.
● Automatiserad optisk inspektion: för att kontrollera komponenternas uppriktning efter lödning.
● Röntgeninspektion: Eftersom lödfogar täcks av förpackningen måste 2D/3D-röntgen appliceras för att inspektera kvaliteten på BGA-lödfogar och PoP-innerlagerslödfogar, såsom bryggor, kalllödfogar och hålrum.
● Elektrisk testning: Bekräftar att de staplade chipsen fungerar korrekt.
| Utmaningar | Beskrivning | Lösning |
| Justeringsnoggrannhet | Lödplattorna på både den övre och nedre förpackningen är mycket små, vilket kräver extremt hög justeringsnoggrannhet (vanligtvis ±0,05 mm). | Använd högprecisionsutrustning för pick-and-place och vision-justeringssystem, och säkerställ att paketen är i samma plan och att lödkulorna är konsistenta. |
| Kontroll av lödmängd | Mängden lödtenn mellan paketen måste vara exakt. För mycket lödtenn leder till bryggbildning, för lite leder till kalla lödfogar. | Använd kulplacering istället för tryckt lödpasta; Kontrollera kulstorleken och mängden lödpasta exakt. |
| Lödutbyte | Enkelpass-omsmältning skapar flera rader av osynliga lödfogar, vilket ökar risken för utbyte jämfört med BGA i ett lager. | Optimera återflödestemperaturprofiler (vanligtvis med en "tältformad" profil), använd kväveskydd för att minska oxidation och använd vakuumåterflöde för att minska porer. |
| Stapelhöjd | Totalhöjden kräver strikt kontroll för att uppfylla kraven på tunna och lätta produkter. | Använd ultratunna kapslar, gjutmassor med låg radie och mindre lödkulor. |
| Termisk och stress | Hög värmetäthet efter stapling, i kombination med varierande värmeutvidgningskoefficienter för olika material, kan generera termisk stress. | Tänk på värmeavledning i kretskorts- och kapslingsdesign; Använd underfyllning för att förbättra mekanisk hållfasthet och termisk utmattningsbeständighet. |
För applikationer med extremt höga tillförlitlighetskrav (t.ex. fordonselektronik) appliceras underfyllning efter PoP-montering mellan bottenkapslingen och kretskortet, och ibland till och med mellan topp- och bottenkapslarna. Limmet penetrerar lödkulans mellanrum genom kapillärverkan, och efter härdning absorberar det avsevärt mekanisk stress (t.ex. stötar och böjningar), vilket förbättrar den termiska utmattningstiden som orsakas av temperaturcykler.
Sammanfattningsvis är PoP (PoS)-montering en av de avancerade teknikerna för modern högdensitetselektronisk montering. Kärnelementen för en framgångsrik PoP-montering är:
● Material: Högpresterande lödkulor, lödpasta och substrat.
● Utrustning: Högprecisions pick-and-place-maskiner och styrbara reflow-ugnar.
● Processkontroll: Exakt hantering av hela processen, från placering av lödpasta/kula till montering och omsmältning.
● Inspektion: Kraftfulla icke-förstörande testfunktioner som röntgen.
I takt med att antalet chip-I/O ökar och pitch-minimeringen samtidigt sker, utvecklas även PoP-tekniken mot finare pitch (t.ex. 0,35 mm pitch) och högre staplingslager (t.ex. PoPoP), vilket kontinuerligt driver utvecklingen av elektroniska enheter mot mindre, snabbare och kraftfullare konstruktioner.
Benlida är en professionell kretskortstillverkare och har tillhandahållit kretskortsmonteringstjänster i 14 år. Om du arbetar med PoP-montering för ditt kretskort och PCBA är du välkommen att kontakta Benlida för att få en ledtråd till hur tillverkningen ska gå till!
Benlida står till din tjänst!
sv
WhatsApp