מהי טכניקת PoP (חבילה על חבילה) על מעגל מודפס/PCB?

מאמר זה מספק ניתוח מקיף של טכניקת PoP (חבילה על חבילה) על מעגלים מודפסים.

PoP היא טכנולוגיית אריזה תלת-ממדית מתקדמת המאפשרת להערים ולהלחים שבב ארוז (בדרך כלל זיכרון, כגון DRAM או Flash) ישירות על גבי שבב ארוז אחר (בדרך כלל מעבד יישומים או שבב פס בסיס), וליצור מכלול אנכי. מכלול זה מולחם לאחר מכן ללוח המעגל הראשי באמצעות כדורי הלחמה (BGA) בתחתית המארז התחתון.

יתרונות טכניקת PoP:

1. חיסכון במקום: שיפור משמעותי של שיעור ניצול המקום, טכנולוגיה מרכזית למזעור של מכשירים ניידים (טלפונים, טאבלטים).

2. שיפור ביצועים: נתיבי החיבור בין השבבים בשכבה העליונה והתחתונה קצרים ביותר (בדרך כלל <1 מ"מ), מה שמפחית את השהיית האות ואת צריכת החשמל, ומגדיל את רוחב הפס של השידור.

3. גמישות עיצובית: מאפשרת שילוב של מעבדים וזיכרון מיצרנים שונים, מה שמקל על איטרציות מוצרים ובחירת תצורה.

4. הפחתת עלויות: בהשוואה לשילוב שני שבבים באותו מארז (כגון סוגים מסוימים של SiP), PoP יכול להשתמש בתהליכי אריזה ובדיקה סטנדרטיים.

שלבי תהליך מרכזיים של הרכבת PoP:

האתגר של הרכבת PoP טמון בהשלמת הלחמת הזרימה מחדש של כל נקודות החיבור בפעולה אחת: המארזים העליונים והתחתונים, והמארז התחתון עם ה-PCB. זה דורש ניהול מדויק של חומר, ציוד ותהליך ההרכבה.

התהליך כולו מחולק בעיקר לשלבים העיקריים הבאים:

1. הדפסת הלחמה

● PCB תחתון: הדפס את חומר ההלחמה על לוח המעגל הראשי שבו ממוקם ה-PoP, כדי להלחים את כדורי ההלחמה התחתונים של ה-BGA על המארז התחתון.

● חבילה עליונה: חומר הלחמה מוחל על הפדים שבחלק העליון של החבילה התחתונה. זוהי נקודת המפתח בתהליך הרכבת ה-PoP. ישנן שתי שיטות עיקריות:

* שיטת משחת הלחמה מראש: באמצעות מיקרו-סטנסילים או טכנולוגיית הדפסת הזרקת דיו, נקודות זעירות של משחת הלחמה מודפסות במדויק על הפדים העליונים של האריזה התחתונה.

* שיטת הנחת כדורים: כדורי הלחמה זעירים מונחים מראש על הפדים העליונים של המארז התחתון. שיטה זו מציעה עקביות טובה והיא כיום המיינסטרים, במיוחד עבור PoP בעל פסיעה עדינה.

2. מיקום רכיבים

זהו תהליך מיקום דו-שלבי מדויק ביותר:

שלב 1: הנח את המארז התחתון. השבב התחתון (למשל, המעבד) מורכב על ידי יישור כדורי ההלחמה התחתונים של ה-BGA שלו עם משחת ההלחמה שעל המעגל המודפס.

שלב 2: הרכבת המארז העליון. לאחר שלב 1, באותו מחזור ייצור, הרכב את השבב העליון (למשל, זיכרון) על ידי יישור כדורי ההלחמה התחתונים או פדי ההלחמה שלו עם חומר ההלחמה העליון של המארז התחתון שכבר מונח על המעגל המודפס (PCB). זה דורש דיוק ויציבות גבוהים במיוחד מציוד ה-Pick-and-Place, בדרך כלל באמצעות ראש הרכבה כפול-קנטיליבר או ראש הרכבה רב-תכליתי מיוחד.

3. הלחמת Reflow

● ערימת השבבים המורכבת (שכבה עליונה + שכבה תחתונה) והמעגל המודפס (PCB) נכנסים לתנור ההזרמה מחדש.

● בתנור אוויר חם או בוואקום, ההלחמה בכל נקודות החיבור (משחת הלחמה על המעגל המודפס, והלחמה בין השכבות העליונות והתחתונות) נמסה בו זמנית.

● במצב ההיתוך, בהסתמך על מתח הפנים וכוח המשיכה של ההלחמה, נוצרים חיבורי הלחמה, ומשיגים חיבורים חשמליים ומכניים.

● זהו התהליך הקריטי ביותר: יש לשלוט בפרופיל הטמפרטורה במדויק, כדי להבטיח שכל חיבור הלחמה יגיע למצב טוב ושהשבבים לא יינזקו כתוצאה ממאמץ תרמי.

4. בדיקה ובדיקה

● בדיקה אופטית אוטומטית: לבדיקת יישור הרכיבים לאחר הלחמה.

● בדיקת רנטגן: מכיוון שחיבורי הלחמה מכוסים מתחת לאריזה, יש לבצע צילומי רנטגן דו-ממדיים/תלת-ממדיים כדי לבדוק את איכות חיבורי ההלחמה של BGA ומחברי ההלחמה של השכבה הפנימית של PoP, כגון גישור, חיבורי הלחמה קרה וחללים.

● בדיקה חשמלית: מאשרת שהשבבים המוערמים פועלים כראוי.

אתגרים ופתרונות מרכזיים של הרכבת PoP

וריאציה של תהליך ההרכבה: מילוי תת-קרקעי

עבור יישומים עם דרישות אמינות גבוהות במיוחד (כגון אלקטרוניקה לרכב), לאחר הרכבת ה-PoP, מילוי תחתון מוחל בין המארז התחתון למעגל המודפס (PCB), ולעיתים אף בין המארזים העליונים והתחתונים. הדבק חודר את פערי כדורי ההלחמה באמצעות פעולה נימית, ולאחר הייבוש, הוא סופג משמעותית מאמצים מכניים (כגון פגיעות וכיפוף), ומשפר את חיי העייפות התרמית הנגרמת ממחזורי טמפרטורה.

לסיכום, הרכבת PoP (PoS) היא אחת הטכניקות המתקדמות של הרכבה אלקטרונית מודרנית בצפיפות גבוהה. המרכיבים המרכזיים של הרכבת PoP מוצלחת הם:

● חומרים: כדורי הלחמה בעלי ביצועים גבוהים, משחת הלחמה ומצעים.

● ציוד: מכונות איסוף-הצבה מדויקות ותנורי הזרמה חוזרת נשלטים.

● בקרת תהליכים: ניהול מדויק של התהליך כולו, החל ממיקום משחת הלחמה/כדורים ועד להרכבה והזרמה מחדש.

● בדיקה: יכולות בדיקה לא הורסות עוצמתיות כגון קרני רנטגן.

ככל שמספר כניסות/יציאות השבב גדל ומזעור המרחק בו זמנית, טכניקת PoP מתפתחת גם היא למרחקים עדינים יותר (למשל, 0.35 מ"מ מרחק) ושכבות סידוריות גבוהות יותר (למשל, PoPoP), מה שמניע באופן רציף את התפתחות המכשירים האלקטרוניים לעיצובים קטנים, מהירים וחזקים יותר.

Benlida היא יצרנית מקצועית של PCB ומספקת שירותי הרכבת PCB כבר 14 שנים. אם אתם עובדים עם הרכבת PoP עבור ה-PCB וה-PCBA שלכם, אתם מוזמנים ליצור קשר עם Benlida כדי לקבל מושג כיצד להמשיך בייצור!

בנלידה לשירותכם!