パッケージ・オン・パッケージ技術による PCB 設計の最適化

パッケージ・オン・パッケージ（PoP）は、ディスクリートロジックおよびメモリのボールグリッドアレイ（BGA）パッケージを垂直方向に組み合わせた集積回路パッケージング方式です。この技術は、スマートフォンやデジタルカメラなどの製品において、ファインピッチ、小型化、高速信号処理、そして実装面積の縮小といった電子機器業界のニーズに応えるものです。PoPでは、上側のパッケージ内のメモリデバイスと下側のパッケージ内のロジックデバイスを電気的に接続できるため、これらのコンポーネントを個別にテストおよび交換することが可能です。これらの特長により、プリント基板（PCB）の組み立てコストと複雑さが軽減されます。

パッケージオンパッケージ (PoP) Structure

広く使用されている PoP 構造には、標準 PoP 構造と TMV PoP 構造の 2 つがあります。

標準PoP構造

標準 PoP では、ロジック デバイスは下部パッケージに配置され、多数のピン数に対応するファイン ピッチ BGA はんだが特徴です。最上部のパッケージにはメモリデバイスまたはスタックされたメモリが含まれています。メモリ デバイスの不十分なピン数を補うために、0.4 つのパッケージのマージンにマージン アレイを適用できます。パッケージサイズを縮小するために、下部パッケージではワイヤボンドがフリップチップ技術に置き換えられることが増えており、その結果、はんだピッチは0.4mmが一般的となっています。ダイナミック ランダム アクセス メモリ (DRAM) チップまたはフラッシュ メモリを備えた DRAM チップを含む最上位パッケージには、より微細なはんだピッチが必要であり、現在は通常 XNUMX mm です。

TMV PoP 構造

スルー モールド ビア (TMV) PoP は標準 PoP を改良したもので、ピッチが狭いためハンドヘルド電子アプリケーションで広く使用されています。下部パッケージ内のスルーモールドビア、および下部パッケージの上部はんだと上部パッケージのはんだ間のスルーモールドビアは、ロジックデバイスとメモリデバイス間の電気接続を提供します。 TMV PoP は、相互接続密度、パフォーマンス、信頼性を向上させながら、パッケージ サイズ、厚さ、反りの縮小などの利点を提供します。

PoPのSMT実装技術

SMT は PoP コンポーネントの組み立てにおいて重要な役割を果たし、プリスタック PoP とオンボード スタッキング PoP という 2 つの主要な技術を提供します。これらの方法は、PoP コンポーネントを PCB に積み重ねてはんだ付けするアプローチが異なります。

1. 事前にスタックされたPoP: この手法では、PoP コンポーネントを PCB にはんだ付けする前に、PoP コンポーネントの上部と下部のパッケージを積み重ねます。積層されたコンポーネントは最初に一緒にはんだ付けされ、事前に積層された単一のデバイスが作成されます。この事前に積層されたデバイスは、PCB の表面に取り付けられ、リフローはんだ付けされて所定の位置に固定されます。プレスタック PoP は、PCB に実装する前に PoP コンポーネントを準備することで組み立てプロセスを合理化し、はんだ付けプロセスの複雑さを軽減します。
2. オンボードスタッキングPoP: 対照的に、オンボード スタッキング PoP では、PoP コンポーネントが PCB 上に直接組み立てられます。最初に下部パッケージが PCB に取り付けられ、続いて上部パッケージが取り付けられ、次に上部パッケージがフラックスまたははんだペーストに浸されてから下部パッケージに配置されます。次に、スタック全体をリフローはんだ付けして、最終的な PoP アセンブリを作成します。オンボードスタッキング PoP には、PoP コンポーネントを PCB 上に直接組み立てられるという利点があり、はんだ付けプロセス中のより正確な位置合わせと制御が可能になります。

どちらの技術にもそれぞれ利点があり、特定の要件と生産能力に基づいて使用されます。多くの場合、プリスタック PoP はそのシンプルさと効率の点で好まれますが、オンボード スタッキング PoP では、組み立てプロセスと PoP コンポーネントの位置合わせをより詳細に制御できます。

パッケージオンパッケージ (PoP) アプリケーション

PoP コンポーネントの SMT 手順

1. PoP ボトムパッケージのはんだペースト印刷: はんだペーストの印刷プロセスは、コンポーネントとパッドのサイズによって決まります。レーザーカットおよび電鋳ステンシル テンプレートが一般的に使用されます。はんだペーストの選択は印刷クリアランスに基づいており、タイプ IV のはんだペーストの使用が増加しています。
2. PopPトップパッケージディッピング： 上部パッケージは、はんだペーストまたはフラックスのいずれかに浸されます。適切な浸漬により、はんだ付け不良を引き起こすことなく、適切な量のはんだペーストまたはフラックスが塗布されます。
3. PoP コンポーネントの位置付け: 正確な組み立てを保証し、衝撃や振動に耐えるためには、上部パッケージを慎重に位置決めすることが重要です。
4. PoPのリフローはんだ付け： 鉛フリーはんだ付け技術は、その信頼性の点で好まれます。金属の酸化を軽減し、良好な濡れ性を確保するために、酸素含有量の少ない窒素が使用されます。コンポーネントや基板の変形を防ぐには、微妙なリフローはんだ付け温度曲線が必要です。
5. PoP の光学および X 線検査: 組み立て中やはんだ付け中に、オープンはんだ、コールドはんだ、ブリッジ、コアの侵入など、さまざまな欠陥が発生する可能性があります。これらの欠陥を検出するには、AOI、内視鏡検査、X線検査などの検査方法が使用されます。

PoP 組み立てプロセスでは、電子機器の信頼性の高いパフォーマンスを確保するために、精度、細部への注意、品質基準の順守が必要です。これらの手順を適切に実行すると、優れたパフォーマンスと信頼性を備えた高品質の PoP アセンブリが得られます。

パッケージオンパッケージ (PoP) の利点

PCB 上のコンポーネントの従来の平面配置は、垂直積層構造を導入するパッケージ オン パッケージ (PoP) テクノロジによって革新されています。このイノベーションは、スペース利用率を最大化し、より多くの機能をより小さな設置面積に統合できるようにすることで、PCB 設計を大幅に強化し、コンポーネントの組み合わせでより高いパフォーマンスを実現します。

スペース効率とパフォーマンスの向上

PoP 構成でコンポーネントを垂直に積み重ねると、PCB 上の限られたスペースが効率的に利用されます。これにより、設計者は、PCB 全体のサイズを大きくすることなく、より多くの機能を設計に組み込むことができます。さらに、上部パッケージと下部パッケージ間の垂直方向の相互接続が短くなっているため、コンポーネント間の距離が最適化されます。この配線長の短縮により、回路内の抵抗が低下し、発熱と信号遅延が最小限に抑えられ、回路全体の電気的性能が向上します。

モジュラー設計と簡単なアップグレード可能

PoP テクノロジの主な利点の 1 つは、メモリ コンポーネントを個別のパッケージに収容できるモジュラー設計です。このモジュール式アプローチにより、マイクロコントローラーやアプリケーション プロセッサ全体を変更することなく、メモリ コンポーネントのアップグレードや交換が容易になります。この柔軟性により、アップグレード プロセスが簡素化されるだけでなく、障害のあるコンポーネントの交換に伴うコストとダウンタイムも削減されます。

個別のテストと信頼性の向上

PoP テクノロジーでメモリ コンポーネントを分離すると、生産プロセス中にさまざまなセクションを個別にテストできるようになります。このレベルのテスト粒度により、各コンポーネントが必要な仕様を満たしていることが保証され、最終製品の全体的な信頼性が向上します。さらに、個々のコンポーネントをテストして交換できるため、デバイスの寿命とアップグレード可能性が向上し、全体的な信頼性がさらに向上します。

設計の柔軟性と互換性

PoP テクノロジーにより、設計者は要件に最も適したメモリ パッケージをより柔軟に選択できるようになります。設計者は、CPU パッケージと互換性がある限り、さまざまなマイクロコントローラーとメモリ パッケージを組み合わせて使用​​できます。この互換性により、幅広い設計オプションが可能になり、設計者は設計を特定の要件に合わせて調整し、パフォーマンスを最適化することができます。

総じて、パッケージ・オン・パッケージ（PoP）技術は、省スペース性、性能向上、モジュール設計、容易なアップグレード性、個別テスト、信頼性向上、設計の柔軟性、互換性など、幅広い利点を提供します。これらの利点により、PoPはPCB設計の機能性と性能を最大限に高めたい設計者にとって魅力的な選択肢となります。

この要件が調達または生産リリースに影響を与える場合は、最終ファイルをレビューに送付する前に、回路基板部品および高電流プリント基板の製造と比較してください。

結論

PoP（Power over Pop）部品の表面実装は、部品構造、はんだ付け技術、検査方法などを慎重に検討する必要がある複雑なプロセスです。PoP技術の進歩により、メーカーは電子機器において、より高い集積密度、より小型のフォームファクタ、そしてより優れた信頼性を実現できるようになります。