Optimalizace návrhu PCB pomocí technologie Package-on-Package

Technologie Package on Package (PoP) je metoda balení integrovaných obvodů, která vertikálně kombinuje pouzdra diskrétní logiky a paměťových Ball Grid Array (BGA). Tato technologie splňuje požadavky elektronického průmyslu na jemnou rozteč, menší rozměry, vysokou rychlost zpracování signálu a menší montážní prostor v produktech, jako jsou chytré telefony a digitální fotoaparáty. PoP umožňuje elektrické propojení mezi paměťovými zařízeními v horním pouzdře a logickými zařízeními v dolním pouzdře, což umožňuje nezávislé testování a výměnu těchto součástek. Tyto vlastnosti snižují náklady a složitost montáže desek plošných spojů .

Package on Package (PoP) Struktura

Existují dvě široce používané PoP struktury: Standardní PoP struktura a TMV PoP struktura.

Standardní PoP struktura

Ve standardním PoP jsou logická zařízení umístěna ve spodní části pouzdra s jemnou roztečí BGA pájky, která umožňuje velký počet pinů. Vrchní balení obsahuje paměťová zařízení nebo skládané paměti. Pro kompenzaci nedostatečného počtu kolíků v paměťových zařízeních lze na okraj dvou pouzder použít pole okrajů. Drátové spoje jsou stále častěji nahrazovány technologií flip chip ve spodní části obalu, aby se zmenšila velikost obalu, což vede k běžné rozteči pájky 0.4 mm. Vrchní balíček obsahující čipy dynamické paměti s náhodným přístupem (DRAM) nebo čipy DRAM s pamětí flash vyžaduje jemnější rozteče pájky, nyní běžně 0.4 mm.

Struktura TMV PoP

Přes Mold Vias (TMV) PoP je vylepšením standardního PoP, široce používaného v ručních elektronických aplikacích díky své jemné výšce. Prostřednictvím prostupů formy ve spodním obalu a mezi horní pájkou ve spodním obalu a pájkou v horním obalu zajišťují elektrické spojení mezi logikou a paměťovými zařízeními. TMV PoP nabízí výhody, jako je zmenšování velikosti balení, tloušťky a deformace a zároveň zvyšuje hustotu propojení, výkon a spolehlivost.

SMT montážní techniky PoP

SMT hraje klíčovou roli při montáži PoP komponent a nabízí dvě hlavní techniky: předem skládaný PoP a on-board stohování PoP. Tyto metody se liší v přístupu ke stohování a pájení PoP součástek na DPS.

1. Předskládaný PoP: Tato technika zahrnuje stohování horních a spodních obalů součástek PoP před jejich připájením k desce plošných spojů. Naskládané komponenty se nejprve připájejí k sobě, čímž vznikne jediné předem naskládané zařízení. Toto předem naskládané zařízení se poté připevní k povrchu desky plošných spojů a podstoupí pájení přetavením, aby bylo zajištěno na místě. Pre-stacked PoP zjednodušuje proces montáže přípravou PoP součástek před jejich montáží na PCB, čímž se snižuje složitost procesu pájení.
2. Palubní stohovací PoP: Naproti tomu on-board stacking PoP sestavuje PoP komponenty přímo na PCB. Na desku plošných spojů se nejprve namontuje spodní obal, následuje horní obal, který se pak před umístěním na spodní obal buď ponoří do tavidla nebo pájecí pasty. Celá sada je poté podrobena pájení přetavením, aby se vytvořila finální sestava PoP. Palubní stohování PoP nabízí výhodu montáže PoP součástek přímo na PCB, což umožňuje přesnější vyrovnání a kontrolu během procesu pájení.

Obě techniky mají své výhody a používají se na základě specifických požadavků a výrobních možností. Předskládaný PoP je často preferován pro svou jednoduchost a efektivitu, zatímco on-board stohování PoP nabízí větší kontrolu nad procesem montáže a zarovnáním PoP komponent.

Aplikace Package-on-package (PoP).

Postup SMT komponent PoP

1. Tisk pájecí pasty na spodním balení PoP: Proces tisku pájecí pasty je určen velikostí součástky a podložky. Běžně se používají šablony šablon řezaných laserem a galvanoplastiky. Výběr pájecí pasty je založen na vůli tisku, přičemž pájecí pasta typu IV se stále více používá.
2. PoP Top Package Dipping: Vrchní obal je ponořen buď do pájecí pasty nebo tavidla. Správné namáčení zajišťuje, že se nanese správné množství pájecí pasty nebo tavidla, aniž by došlo k defektům pájení.
3. Umístění PoP komponent: Pečlivé umístění vrchního obalu je zásadní pro zajištění přesné montáže a odolnosti proti nárazům a vibracím.
4. Přetavovací pájení PoP: Bezolovnaté pájecí techniky jsou preferovány pro jejich spolehlivost. Dusík s nízkým obsahem kyslíku se používá ke snížení oxidace kovů a zajištění dobré smáčivosti. Jemné teplotní křivky pájení přetavením jsou nezbytné, aby se zabránilo deformaci součásti nebo substrátu.
5. Optická a rentgenová kontrola PoP: Během montáže a pájení se mohou vyskytnout různé vady, včetně otevřeného pájení, studeného pájení, přemostění, ingrese jádra a dalších. K odhalení těchto defektů se používají inspekční metody jako AOI, endoskopická kontrola a rentgenová kontrola.

Proces montáže PoP vyžaduje přesnost, pozornost k detailu a dodržování standardů kvality, aby byl zajištěn spolehlivý výkon elektronických zařízení. Správná implementace těchto postupů může vést k vysoce kvalitním sestavám PoP s vynikajícím výkonem a spolehlivostí.

Výhody Package-on-Package (PoP)

Tradiční ploché uspořádání součástek na desce plošných spojů přináší revoluci díky technologii Package-on-Package (PoP), která zavádí vertikální stohovací strukturu. Tato inovace výrazně vylepšuje návrh PCB tím, že maximalizuje využití prostoru a umožňuje integraci více funkcí na menší půdorys, čímž je dosaženo vyššího výkonu v kombinacích komponent.

Prostorová efektivita a zvýšený výkon

Vertikální stohování součástí v konfiguraci PoP efektivně využívá omezený prostor dostupný na desce plošných spojů. To umožňuje návrhářům začlenit do svých návrhů více funkcí a vlastností, aniž by se zvětšila celková velikost desky plošných spojů. Navíc kratší vertikální propojení mezi horním a spodním pouzdrem optimalizují vzdálenost mezi komponenty. Toto snížení délky stopy vede k nižšímu odporu v obvodu, minimalizuje se tvorba tepla a zpoždění signálu a zvyšuje se celkový elektrický výkon obvodu.

Modulární design a snadná rozšiřitelnost

Jednou z klíčových výhod technologie PoP je její modulární design, který umožňuje umístění paměťových komponent v samostatných obalech. Tento modulární přístup usnadňuje upgrade nebo výměnu paměťových komponentů bez nutnosti měnit celý mikrokontrolér nebo aplikační procesor. Tato flexibilita nejen zjednodušuje proces upgradu, ale také snižuje náklady a prostoje spojené s výměnou vadných součástí.

Individuální testování a zvýšená spolehlivost

Oddělení paměťových komponent v technologii PoP umožňuje individuální testování různých sekcí během výrobního procesu. Tato úroveň granularity testování zajišťuje, že každý komponent splňuje požadované specifikace, což vede k vyšší celkové spolehlivosti konečného produktu. Schopnost testovat a vyměňovat jednotlivé komponenty navíc zvyšuje životnost a možnost upgradu zařízení a dále zvyšuje jeho celkovou spolehlivost.

Flexibilita a kompatibilita designu

Technologie PoP nabízí konstruktérům větší flexibilitu při výběru paměťových balíčků, které nejlépe vyhovují jejich požadavkům. Návrháři mohou kombinovat různé mikrokontroléry a paměťové balíčky, pokud jsou kompatibilní s balíčkem CPU. Tato kompatibilita umožňuje širokou škálu možností návrhu, což umožňuje návrhářům přizpůsobit své návrhy konkrétním požadavkům a optimalizovat výkon.

Technologie Package-on-Package (PoP) celkově nabízí řadu výhod, včetně prostorové efektivity, vylepšeného výkonu, modulárního designu, snadné upgradu, individuálního testování, zvýšené spolehlivosti, flexibility designu a kompatibility. Díky těmto výhodám je PoP atraktivní volbou pro návrháře, kteří chtějí maximalizovat funkčnost a výkon svých návrhů desek plošných spojů.

Pokud tento požadavek ovlivňuje získávání zdrojů nebo uvedení do výroby, porovnejte jej s komponenty desek plošných spojů a výrobou silnoproudých desek plošných spojů před odesláním finálních souborů ke kontrole.

Závěr

Povrchová montáž PoP komponent je složitý proces, který vyžaduje pečlivé zvážení struktury součástek, technik pájení a metod kontroly. Díky pokroku v technologii PoP mohou výrobci dosáhnout vyšší hustoty integrace, menších rozměrů a zvýšené spolehlivosti elektronických zařízení.