PCB-ontwerp optimaliseren met Package-on-Package-technologie

Package on Package (PoP) is een verpakkingsmethode voor geïntegreerde schakelingen waarbij discrete logica- en geheugencomponenten (Ball Grid Array, BGA) verticaal worden gecombineerd. Deze technologie speelt in op de vraag van de elektronica-industrie naar een fijne pitch, kleinere afmetingen, hoge signaalverwerkingssnelheid en een kleinere montageoppervlakte in producten zoals smartphones en digitale camera's. PoP maakt elektrische verbindingen mogelijk tussen geheugencomponenten in de bovenste behuizing en logische componenten in de onderste behuizing, waardoor deze componenten onafhankelijk van elkaar kunnen worden getest en vervangen. Deze eigenschappen verlagen de kosten en complexiteit van de printplaatassemblage .

Pakket op pakket (PoP) Structuur

Er zijn twee veelgebruikte PoP-structuren: de standaard PoP-structuur en de TMV PoP-structuur.

Standaard PoP-structuur

In een standaard PoP worden logische apparaten in de onderste behuizing geplaatst, voorzien van een BGA-soldeer met fijne steek om een ​​groot aantal pintellingen mogelijk te maken. Het toppakket bevat geheugenapparaten of gestapelde herinneringen. Om het onvoldoende aantal pins in geheugenapparaten te compenseren, kan een marge-array worden toegepast aan de marge van de twee pakketten. Draadverbindingen worden steeds vaker vervangen door flip-chiptechnologie in de onderste behuizing om de verpakkingsgrootte te verkleinen, wat leidt tot een gebruikelijke soldeersteek van 0.4 mm. Het toppakket, dat dynamische Random Access Memory (DRAM)-chips of DRAM-chips met flash-geheugen bevat, vereist fijnere soldeerafstanden, nu gewoonlijk 0.4 mm.

TMV PoP-structuur

De Through Mold Vias (TMV) PoP is een verbetering ten opzichte van de standaard PoP, die vanwege zijn fijne pitch veel wordt gebruikt in draagbare elektronische toepassingen. Doorgangen in de onderste behuizing en tussen het bovenste soldeer in de onderste behuizing en het soldeer in de bovenste behuizing zorgen voor elektrische verbindingen tussen de logische apparaten en de geheugenapparaten. TMV PoP biedt voordelen zoals een kleinere verpakkingsgrootte, dikte en kromtrekken, terwijl de interconnectiedichtheid, prestaties en betrouwbaarheid toenemen.

SMT-assemblagetechnieken van PoP

SMT speelt een cruciale rol bij de assemblage van PoP-componenten en biedt twee hoofdtechnieken: voorgestapelde PoP en on-board stapelende PoP. Deze methoden verschillen in hun benadering van het stapelen en solderen van de PoP-componenten op de PCB.

1. Voorgestapelde PoP: Deze techniek omvat het stapelen van de bovenste en onderste pakketten van de PoP-componenten voordat ze op de PCB worden gesoldeerd. De gestapelde componenten worden eerst aan elkaar gesoldeerd, waardoor één voorgestapeld apparaat ontstaat. Dit voorgestapelde apparaat wordt vervolgens aan het oppervlak van de PCB bevestigd en ondergaat reflow-solderen om het op zijn plaats te bevestigen. Voorgestapelde PoP stroomlijnt het assemblageproces door de PoP-componenten voor te bereiden voordat ze op de PCB worden gemonteerd, waardoor de complexiteit van het soldeerproces wordt verminderd.
2. Ingebouwde stapel-PoP: Bij on-board stacking PoP worden de PoP-componenten daarentegen rechtstreeks op de PCB gemonteerd. Het onderste pakket wordt eerst op de printplaat gemonteerd, gevolgd door het bovenste pakket, dat vervolgens in vloeimiddel of soldeerpasta wordt gedompeld voordat het op het onderste pakket wordt geplaatst. De hele stapel wordt vervolgens onderworpen aan reflow-solderen om de uiteindelijke PoP-assemblage te creëren. Het aan boord stapelen van PoP biedt het voordeel dat de PoP-componenten rechtstreeks op de PCB worden gemonteerd, waardoor een nauwkeurigere uitlijning en controle tijdens het soldeerproces mogelijk is.

Beide technieken hebben hun voordelen en worden ingezet op basis van specifieke eisen en productiemogelijkheden. Voorgestapelde PoP heeft vaak de voorkeur vanwege zijn eenvoud en efficiëntie, terwijl het aan boord stapelen van PoP meer controle biedt over het assemblageproces en de uitlijning van de PoP-componenten.

Pakket-op-pakket (PoP)-toepassingen

SMT-procedure van PoP-componenten

1. Soldeerpasta afdrukken van PoP-bodempakket: Het printproces van de soldeerpasta wordt bepaald door de component- en padgroottes. Lasergesneden en elektroformerende stencilsjablonen worden vaak gebruikt. De selectie van soldeerpasta is gebaseerd op de drukvrijheid, waarbij soldeerpasta van type IV steeds vaker wordt gebruikt.
2. PoP Top Pakket Dompelen: Het bovenste pakket is ondergedompeld in soldeerpasta of vloeimiddel. Een goede dompeling zorgt ervoor dat de juiste hoeveelheid soldeerpasta of vloeimiddel wordt aangebracht zonder soldeerfouten te veroorzaken.
3. Positionering van PoP-componenten: Een zorgvuldige positionering van het toppakket is cruciaal om een ​​nauwkeurige montage te garanderen en om schokken en trillingen te weerstaan.
4. Reflow-solderen van PoP: Loodvrije soldeertechnieken hebben de voorkeur vanwege hun betrouwbaarheid. Stikstof met een laag zuurstofgehalte wordt gebruikt om metaaloxidatie te verminderen en een goede bevochtigbaarheid te garanderen. Gevoelige reflow-soldeertemperatuurcurven zijn nodig om vervorming van componenten of substraten te voorkomen.
5. Optische en röntgeninspectie van PoP: Tijdens de montage en het solderen kunnen verschillende defecten optreden, waaronder open solderen, koudsolderen, brugvorming, binnendringen van de kern en meer. Om deze defecten op te sporen worden inspectiemethoden zoals AOI, endoscopische inspectie en röntgeninspectie gebruikt.

Het PoP-assemblageproces vereist precisie, aandacht voor detail en naleving van kwaliteitsnormen om betrouwbare prestaties in elektronische apparaten te garanderen. Een juiste implementatie van deze procedures kan leiden tot hoogwaardige PoP-assemblages met uitstekende prestaties en betrouwbaarheid.

Voordelen van pakket-op-pakket (PoP)

De traditionele vlakke opstelling van componenten op een PCB wordt gerevolutioneerd door Package-on-Package (PoP)-technologie, die een verticale stapelstructuur introduceert. Deze innovatie verbetert het PCB-ontwerp aanzienlijk door het ruimtegebruik te maximaliseren en de integratie van meer functies in een kleinere footprint mogelijk te maken, waardoor hogere prestaties in componentcombinaties worden bereikt.

Ruimte-efficiëntie en verbeterde prestaties

Het verticaal stapelen van componenten in een PoP-configuratie maakt efficiënt gebruik van de beperkte beschikbare ruimte op een PCB. Hierdoor kunnen ontwerpers meer functies en kenmerken in hun ontwerpen opnemen zonder de totale omvang van de PCB te vergroten. Bovendien optimaliseren de kortere verticale verbindingen tussen de boven- en onderpakketten de afstand tussen componenten. Deze vermindering van de spoorlengte leidt tot een lagere weerstand in het circuit, waardoor de warmteontwikkeling en signaalvertraging worden geminimaliseerd en de algehele elektrische prestaties van het circuit worden verbeterd.

Modulair ontwerp en eenvoudige upgrademogelijkheden

Een van de belangrijkste voordelen van PoP-technologie is het modulaire ontwerp, waardoor geheugencomponenten in afzonderlijke pakketten kunnen worden ondergebracht. Deze modulaire aanpak maakt het eenvoudiger om geheugencomponenten te upgraden of te vervangen zonder dat de hele microcontroller of applicatieprocessor hoeft te worden gewijzigd. Deze flexibiliteit vereenvoudigt niet alleen het upgradeproces, maar vermindert ook de kosten en downtime die gepaard gaan met het vervangen van defecte componenten.

Individuele tests en verhoogde betrouwbaarheid

De scheiding van geheugencomponenten in de PoP-technologie maakt het individueel testen van verschillende secties tijdens het productieproces mogelijk. Dit niveau van testgranulariteit zorgt ervoor dat elk onderdeel aan de vereiste specificaties voldoet, wat leidt tot een hogere algehele betrouwbaarheid van het eindproduct. Bovendien vergroot de mogelijkheid om individuele componenten te testen en te vervangen de levensduur en de mogelijkheid tot upgrades van het apparaat, waardoor de algehele betrouwbaarheid nog verder wordt vergroot.

Ontwerpflexibiliteit en compatibiliteit

PoP-technologie biedt ontwerpers meer flexibiliteit bij het selecteren van geheugenpakketten die het beste bij hun vereisten passen. Ontwerpers kunnen verschillende microcontrollers en geheugenpakketten mixen en matchen, zolang ze maar compatibel zijn met het CPU-pakket. Deze compatibiliteit maakt een breed scala aan ontwerpopties mogelijk, waardoor ontwerpers hun ontwerpen kunnen afstemmen op specifieke vereisten en de prestaties kunnen optimaliseren.

Over het algemeen biedt Package-on-Package (PoP)-technologie een reeks voordelen, waaronder ruimtebesparing, verbeterde prestaties, modulair ontwerp, eenvoudige upgradebaarheid, individuele testen, verhoogde betrouwbaarheid, ontwerpflexibiliteit en compatibiliteit. Deze voordelen maken PoP een aantrekkelijke optie voor ontwerpers die de functionaliteit en prestaties van hun PCB-ontwerpen willen maximaliseren.

Als deze eis van invloed is op de inkoop of de productievrijgave, vergelijk deze dan met de printplaatcomponenten en de fabricage van hoogstroom-PCB's voordat u de definitieve bestanden ter beoordeling opstuurt.

Conclusie

Het oppervlaktemontageproces van PoP-componenten is complex en vereist zorgvuldige overweging van de componentstructuur, soldeertechnieken en inspectiemethoden. Dankzij de vooruitgang in de PoP-technologie kunnen fabrikanten hogere integratiedichtheden, kleinere afmetingen en een verbeterde betrouwbaarheid in elektronische apparaten realiseren.