Optymalizacja projektu PCB przy użyciu technologii Package-on-Package

PoP (Package on Package) to metoda pakowania układów scalonych, która polega na pionowym łączeniu dyskretnej logiki i pamięci w obudowach BGA (Bul Grid Array). Technologia ta spełnia wymagania branży elektronicznej dotyczące małego rastra, mniejszych rozmiarów, wysokiej szybkości przetwarzania sygnału i mniejszej powierzchni montażowej w produktach takich jak smartfony i aparaty cyfrowe. PoP umożliwia połączenia elektryczne między układami pamięci w górnej obudowie a układami logicznymi w dolnej, umożliwiając niezależne testowanie i wymianę tych komponentów. Te cechy redukują koszty i złożoność montażu PCB .

Pakiet w pakiecie (PoP) Structure

Istnieją dwie powszechnie używane struktury PoP: standardowa struktura PoP i struktura TMV PoP.

Standardowa struktura PoP

W standardowym PoP urządzenia logiczne są umieszczane w dolnej obudowie, wyposażonej w lut BGA o drobnym skoku, aby pomieścić dużą liczbę pinów. Górna obudowa zawiera urządzenia pamięci lub pamięci ułożone warstwowo. Aby zrekompensować niewystarczającą liczbę pinów w urządzeniach pamięci, na marginesie dwóch obudów można zastosować macierz marginesów. Połączenia drutowe są coraz częściej zastępowane technologią chipów typu flip w dolnej obudowie, aby zmniejszyć rozmiar obudowy, co prowadzi do typowego skoku lutu 0.4 mm. Górna obudowa, zawierająca układy pamięci dynamicznej o swobodnym dostępie (DRAM) lub układy DRAM z pamięcią flash, wymaga drobniejszych skoków lutu, obecnie powszechnie wynoszących 0.4 mm.

Struktura PoP TMV

Through Mold Vias (TMV) PoP to ulepszenie standardowego PoP, szeroko stosowanego w przenośnych aplikacjach elektronicznych ze względu na jego drobny skok. Przelotki Through Mold w dolnej obudowie i między górnym lutem w dolnej obudowie a lutem w górnej obudowie zapewniają połączenia elektryczne między układami logicznymi i pamięcią. TMV PoP oferuje zalety, takie jak zmniejszenie rozmiaru obudowy, grubości i odkształceń, a jednocześnie zwiększenie gęstości połączeń, wydajności i niezawodności.

Techniki montażu SMT PoP

SMT odgrywa kluczową rolę w montażu komponentów PoP, oferując dwie główne techniki: wstępnie ułożone PoP i układanie PoP na płycie. Metody te różnią się podejściem do układania i lutowania komponentów PoP na PCB.

1. Wstępnie ułożone PoP: Ta technika polega na układaniu w stosy górnych i dolnych pakietów komponentów PoP przed ich przylutowaniem do płytki PCB. Ułożone w stos komponenty są najpierw lutowane razem, tworząc pojedyncze, wstępnie ułożone urządzenie. To wstępnie ułożone urządzenie jest następnie mocowane do powierzchni płytki PCB i poddawane lutowaniu rozpływowemu w celu zabezpieczenia go na miejscu. Wstępnie ułożone PoP usprawnia proces montażu poprzez przygotowanie komponentów PoP przed zamontowaniem ich na płytce PCB, co zmniejsza złożoność procesu lutowania.
2. Układ PoP na pokładzie: Natomiast w przypadku pokładowego układania PoP komponenty PoP montowane są bezpośrednio na płytce drukowanej. Najpierw montuje się dolną obudowę na płytce drukowanej, a następnie górną, która jest zanurzana w topniku lub paście lutowniczej przed umieszczeniem na dolnej obudowie. Następnie cały stos jest poddawany lutowaniu rozpływowemu w celu utworzenia ostatecznego zespołu PoP. Wbudowany układacz PoP oferuje zaletę montażu komponentów PoP bezpośrednio na płytce drukowanej, co pozwala na dokładniejsze wyrównanie i kontrolę podczas procesu lutowania.

Obie techniki mają swoje zalety i są stosowane w oparciu o konkretne wymagania i możliwości produkcyjne. Wstępnie ułożone PoP są często preferowane ze względu na swoją prostotę i wydajność, podczas gdy pokładowe układanie PoP oferuje większą kontrolę nad procesem montażu i wyrównaniem komponentów PoP.

Aplikacje typu „pakiet na pakiecie” (PoP)

Procedura SMT komponentów PoP

1. Nadruk pasty lutowniczej na dolnej części obudowy PoP: Proces drukowania pasty lutowniczej jest określany przez rozmiary komponentów i padów. Powszechnie stosowane są szablony wycinane laserowo i galwanizowane. Wybór pasty lutowniczej opiera się na odstępie drukowania, przy czym coraz częściej stosuje się pastę lutowniczą typu IV.
2. Zanurzanie w opakowaniu PoP Top: Górna część opakowania jest zanurzana w paście lutowniczej lub topniku. Prawidłowe zanurzanie zapewnia nałożenie odpowiedniej ilości pasty lutowniczej lub topnika bez powodowania wad lutowania.
3. Pozycjonowanie komponentu PoP: Staranne ustawienie górnego opakowania ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia dokładnego montażu oraz odporności na wstrząsy i wibracje.
4. Lutowanie rozpływowe PoP: Preferowane są techniki lutowania bezołowiowego ze względu na ich niezawodność. Azot o niskiej zawartości tlenu jest używany w celu zmniejszenia utleniania metalu i zapewnienia dobrej zwilżalności. Delikatne krzywe temperatury lutowania rozpływowego są konieczne, aby zapobiec deformacji komponentu lub podłoża.
5. Kontrola optyczna i rentgenowska PoP: Podczas montażu i lutowania mogą wystąpić różne wady, w tym lutowanie otwarte, lutowanie na zimno, mostkowanie, wnikanie rdzenia i inne. Do wykrywania tych wad stosuje się metody inspekcji, takie jak AOI, inspekcja endoskopowa i inspekcja rentgenowska.

Proces montażu PoP wymaga precyzji, dbałości o szczegóły i przestrzegania standardów jakości, aby zapewnić niezawodną wydajność urządzeń elektronicznych. Prawidłowe wdrożenie tych procedur może prowadzić do wysokiej jakości zespołów PoP o doskonałej wydajności i niezawodności.

Zalety pakietu na pakiecie (PoP)

Tradycyjny płaski układ komponentów na PCB jest rewolucjonizowany przez technologię Package-on-Package (PoP), która wprowadza pionową strukturę układania w stosy. Ta innowacja znacznie poprawia projektowanie PCB, maksymalizując wykorzystanie przestrzeni i umożliwiając integrację większej liczby funkcji na mniejszej powierzchni, co pozwala na osiągnięcie wyższej wydajności w kombinacjach komponentów.

Efektywne wykorzystanie przestrzeni i zwiększona wydajność

Pionowe układanie komponentów w konfiguracji PoP efektywnie wykorzystuje ograniczoną przestrzeń dostępną na PCB. Umożliwia to projektantom włączenie większej liczby funkcji i cech do swoich projektów bez zwiększania całkowitego rozmiaru PCB. Ponadto krótsze pionowe połączenia między górnym i dolnym pakietem optymalizują odległość między komponentami. To zmniejszenie długości ścieżki prowadzi do niższej rezystancji w obwodzie, minimalizując generowanie ciepła i opóźnienie sygnału oraz poprawiając ogólną wydajność elektryczną obwodu.

Modułowa konstrukcja i łatwa rozbudowa

Jedną z kluczowych zalet technologii PoP jest jej modułowa konstrukcja, która umożliwia umieszczenie komponentów pamięci w oddzielnych pakietach. To modułowe podejście ułatwia aktualizację lub wymianę komponentów pamięci bez konieczności zmiany całego mikrokontrolera lub procesora aplikacji. Ta elastyczność nie tylko upraszcza proces aktualizacji, ale także zmniejsza koszty i przestoje związane z wymianą wadliwych komponentów.

Indywidualne testowanie i zwiększona niezawodność

Separacja komponentów pamięci w technologii PoP umożliwia indywidualne testowanie różnych sekcji w trakcie procesu produkcji. Ten poziom szczegółowości testowania zapewnia, że ​​każdy komponent spełnia wymagane specyfikacje, co prowadzi do wyższej ogólnej niezawodności produktu końcowego. Ponadto możliwość testowania i wymiany poszczególnych komponentów zwiększa trwałość i możliwość aktualizacji urządzenia, co dodatkowo zwiększa jego ogólną niezawodność.

Elastyczność i kompatybilność projektu

Technologia PoP oferuje projektantom większą elastyczność w wyborze pakietów pamięci, które najlepiej odpowiadają ich wymaganiom. Projektanci mogą mieszać i dopasowywać różne mikrokontrolery i pakiety pamięci, o ile są one zgodne z pakietem CPU. Ta zgodność umożliwia szeroki zakres opcji projektowych, umożliwiając projektantom dostosowywanie swoich projektów do konkretnych wymagań i optymalizację wydajności.

Ogólnie rzecz biorąc, technologia Package-on-Package (PoP) oferuje szereg korzyści, takich jak oszczędność miejsca, zwiększona wydajność, modułowa konstrukcja, łatwość modernizacji, indywidualne testowanie, zwiększona niezawodność, elastyczność projektowania i kompatybilność. Te zalety sprawiają, że PoP jest atrakcyjną opcją dla projektantów, którzy chcą zmaksymalizować funkcjonalność i wydajność swoich projektów PCB.

Jeżeli wymagania te mają wpływ na zaopatrzenie lub rozpoczęcie produkcji, przed wysłaniem ostatecznych plików do przeglądu należy je porównać z komponentami płytki drukowanej i produkcją płytek PCB o dużym natężeniu prądu .

Wniosek

Montaż powierzchniowy komponentów PoP to złożony proces, który wymaga starannego rozważenia struktury komponentu, technik lutowania i metod kontroli. Dzięki rozwojowi technologii PoP producenci mogą osiągnąć większą gęstość integracji, mniejsze wymiary i lepszą niezawodność urządzeń elektronicznych.