Optimisation de la conception des circuits imprimés grâce à la technologie Package-on-Package

Le package on package (PoP) est une méthode d'encapsulation de circuits intégrés qui combine verticalement des boîtiers BGA (Ball Grid Array) pour la logique et la mémoire. Cette technologie répond aux exigences de l'industrie électronique en matière de finesse, de miniaturisation, de vitesse de traitement du signal élevée et d'encombrement réduit dans des produits tels que les smartphones et les appareils photo numériques. Le PoP permet des connexions électriques entre les dispositifs de mémoire du boîtier supérieur et les dispositifs logiques du boîtier inférieur, autorisant ainsi le test et le remplacement indépendants de ces composants. Ces caractéristiques contribuent à réduire les coûts et la complexité d'assemblage des circuits imprimés.

Paquet sur paquet (PoP) Structure

Il existe deux structures PoP largement utilisées : la structure PoP standard et la structure PoP TMV.

Structure PoP standard

Dans un PoP standard, les dispositifs logiques sont placés dans le boîtier inférieur, doté d'une soudure BGA à pas fin pour s'adapter à un grand nombre de broches. Le package supérieur contient des périphériques de mémoire ou des mémoires empilées. Pour compenser le nombre insuffisant de broches dans les périphériques de mémoire, un tableau de marge peut être appliqué à la marge des deux packages. Les liaisons filaires sont de plus en plus remplacées par la technologie Flip Chip dans le boîtier inférieur afin de réduire la taille du boîtier, conduisant à un pas de soudure commun de 0.4 mm. Le boîtier supérieur, contenant des puces de mémoire vive dynamique (DRAM) ou des puces DRAM avec mémoire flash, nécessite des pas de soudure plus fins, désormais généralement de 0.4 mm.

Structure des points de vente TMV

Le PoP Through Mold Vias (TMV) est une amélioration par rapport au PoP standard, largement utilisé dans les applications électroniques portables en raison de son pas fin. Des vias de moulage dans le boîtier inférieur et entre la soudure supérieure dans le boîtier inférieur et la soudure dans le boîtier supérieur assurent les connexions électriques entre les dispositifs logiques et de mémoire. TMV PoP offre des avantages tels que la réduction de la taille, de l'épaisseur et du gauchissement du boîtier, tout en augmentant la densité, les performances et la fiabilité des interconnexions.

Techniques d'assemblage SMT de PoP

SMT joue un rôle crucial dans l’assemblage des composants PoP, offrant deux techniques principales : le PoP pré-empilé et le PoP empilé embarqué. Ces méthodes diffèrent par leur approche de l'empilement et du soudage des composants PoP sur le PCB.

1. PoP pré-empilés : Cette technique consiste à empiler les boîtiers supérieur et inférieur des composants PoP avant qu'ils ne soient soudés au PCB. Les composants empilés sont d’abord soudés ensemble, créant ainsi un seul appareil pré-empilé. Ce dispositif pré-empilé est ensuite fixé à la surface du PCB et subit une soudure par refusion pour le maintenir en place. Le PoP pré-empilé rationalise le processus d'assemblage en préparant les composants PoP avant de les monter sur le PCB, réduisant ainsi la complexité du processus de soudure.
2. PoP d'empilage intégré : En revanche, le PoP empilable intégré assemble les composants PoP directement sur le PCB. Le boîtier inférieur est d'abord monté sur le PCB, suivi du boîtier supérieur, qui est ensuite trempé dans du flux ou de la pâte à souder avant d'être placé sur le boîtier inférieur. L'ensemble de la pile est ensuite soumis à une soudure par refusion pour créer l'assemblage PoP final. Le PoP empilable intégré offre l'avantage d'assembler les composants PoP directement sur le PCB, permettant un alignement et un contrôle plus précis pendant le processus de soudure.

Les deux techniques ont leurs avantages et sont utilisées en fonction d’exigences et de capacités de production spécifiques. Les PoP pré-empilés sont souvent préférés pour leur simplicité et leur efficacité, tandis que les PoP empilés embarqués offrent plus de contrôle sur le processus d'assemblage et l'alignement des composants PoP.

Applications package-on-package (PoP)

Procédure SMT des composants PoP

1. Impression de pâte à souder du paquet inférieur PoP : Le processus d'impression de la pâte à souder est déterminé par la taille des composants et des tampons. Des modèles de pochoirs découpés au laser et électroformés sont couramment utilisés. La sélection de la pâte à souder est basée sur le jeu d'impression, la pâte à souder de type IV étant de plus en plus utilisée.
2. Trempage du paquet PoP Top : Le boîtier supérieur est trempé dans de la pâte à souder ou du flux. Un trempage approprié garantit que la bonne quantité de pâte à souder ou de flux est appliquée sans provoquer de défauts de soudure.
3. Positionnement des composants PoP : Un positionnement soigneux de l’emballage supérieur est crucial pour garantir un assemblage précis et résister aux chocs et aux vibrations.
4. Soudure par refusion de PoP : Les techniques de brasage sans plomb sont privilégiées pour leur fiabilité. L'azote à faible teneur en oxygène est utilisé pour réduire l'oxydation des métaux et assurer une bonne mouillabilité. Des courbes de température de brasage par refusion délicates sont nécessaires pour éviter la déformation des composants ou du substrat.
5. Inspection optique et radiologique des PoP : Divers défauts peuvent survenir lors de l'assemblage et du brasage, notamment le brasage ouvert, le brasage à froid, le pontage, l'infiltration du noyau, etc. Des méthodes d'inspection telles que l'AOI, l'inspection endoscopique et l'inspection aux rayons X sont utilisées pour détecter ces défauts.

Le processus d'assemblage PoP nécessite précision, attention aux détails et respect des normes de qualité pour garantir des performances fiables dans les appareils électroniques. Une mise en œuvre appropriée de ces procédures peut conduire à des assemblages PoP de haute qualité offrant d'excellentes performances et fiabilité.

Avantages du package sur package (PoP)

La disposition traditionnelle à plat des composants sur un PCB est révolutionnée par la technologie Package-on-Package (PoP), qui introduit une structure d'empilement vertical. Cette innovation améliore considérablement la conception des circuits imprimés en maximisant l'utilisation de l'espace et en permettant l'intégration de davantage de fonctions dans un encombrement réduit, permettant ainsi d'obtenir des performances plus élevées dans les combinaisons de composants.

Efficacité spatiale et performances améliorées

L'empilement vertical de composants dans une configuration PoP utilise efficacement l'espace limité disponible sur un PCB. Cela permet aux concepteurs d'incorporer davantage de fonctions et de fonctionnalités dans leurs conceptions sans augmenter la taille globale du PCB. De plus, les interconnexions verticales plus courtes entre les boîtiers supérieur et inférieur optimisent la distance entre les composants. Cette réduction de la longueur des traces entraîne une résistance plus faible dans le circuit, minimisant ainsi la génération de chaleur et le retard du signal, et améliorant les performances électriques globales du circuit.

Conception modulaire et évolutivité facile

L'un des principaux avantages de la technologie PoP est sa conception modulaire, qui permet aux composants de mémoire d'être hébergés dans des boîtiers séparés. Cette approche modulaire facilite la mise à niveau ou le remplacement des composants de mémoire sans avoir à changer l'intégralité du microcontrôleur ou du processeur d'application. Cette flexibilité simplifie non seulement le processus de mise à niveau, mais réduit également les coûts et les temps d'arrêt associés au remplacement des composants défectueux.

Tests individuels et fiabilité accrue

La séparation des composants de mémoire dans la technologie PoP permet de tester individuellement différentes sections au cours du processus de production. Ce niveau de granularité des tests garantit que chaque composant répond aux spécifications requises, conduisant à une fiabilité globale plus élevée du produit final. De plus, la possibilité de tester et de remplacer des composants individuels augmente la longévité et la possibilité d'évolutivité du dispositif, améliorant ainsi sa fiabilité globale.

Flexibilité de conception et compatibilité

La technologie PoP offre aux concepteurs une plus grande flexibilité dans la sélection des packages de mémoire les mieux adaptés à leurs besoins. Les concepteurs peuvent mélanger et assortir différents microcontrôleurs et packages de mémoire à condition qu'ils soient compatibles avec le package CPU. Cette compatibilité permet une large gamme d'options de conception, permettant aux concepteurs d'adapter leurs conceptions à des exigences spécifiques et d'optimiser les performances.

Globalement, la technologie d'empilement de composants (PoP) offre de nombreux avantages : gain de place, performances accrues, conception modulaire, facilité de mise à niveau, tests individuels, fiabilité renforcée, flexibilité de conception et compatibilité. Ces atouts font de la technologie PoP une option intéressante pour les concepteurs souhaitant optimiser les fonctionnalités et les performances de leurs circuits imprimés.

Si cette exigence a une incidence sur l'approvisionnement ou le lancement de la production, comparez-la aux composants des cartes de circuits imprimés et à la fabrication de circuits imprimés à courant élevé avant d'envoyer les fichiers finaux pour examen.

Conclusion

L' assemblage en surface des composants PoP est un processus complexe qui exige une attention particulière à la structure des composants, aux techniques de soudage et aux méthodes d'inspection. Grâce aux progrès de la technologie PoP, les fabricants peuvent atteindre des densités d'intégration plus élevées, des formats plus compacts et une fiabilité accrue des dispositifs électroniques.