Оптимізація дизайну друкованої плати за допомогою технології Package-on-Package

Корпус на корпусі (PoP) – це метод пакування інтегральних схем, який вертикально поєднує корпуси дискретної логіки та пам'яті на основі кулькової сітки (BGA). Ця технологія відповідає вимогам електронної промисловості щодо дрібного кроку, меншого розміру, високої швидкості обробки сигналів та меншої монтажної площі в таких продуктах, як смартфони та цифрові камери. PoP дозволяє створювати електричні з'єднання між пристроями пам'яті у верхньому корпусі та логічними пристроями в нижньому корпусі, що дозволяє незалежне тестування та заміну цих компонентів. Ці особливості знижують витрати та складність складання друкованих плат .

Пакет на пакет (PoP) Структура

Існує дві широко використовувані структури PoP: стандартна структура PoP і структура PoP TMV.

Стандартна структура PoP

У стандартному PoP логічні пристрої розміщені в нижній частині корпусу з припоєм BGA з дрібним кроком для розміщення великої кількості контактів. Верхня упаковка містить пристрої пам’яті або складені модулі пам’яті. Щоб компенсувати недостатню кількість контактів у пристроях пам’яті, можна застосувати масив полів на полях двох упаковок. Дротові зв’язки все частіше замінюються технологією фліп-чіпів у нижній упаковці, щоб зменшити розмір упаковки, що призводить до загального кроку припою 0.4 мм. Верхній пакет, що містить мікросхеми динамічної пам’яті з довільним доступом (DRAM) або мікросхеми DRAM із флеш-пам’яттю, потребує більш тонкого кроку припою, який тепер зазвичай становить 0.4 мм.

Структура PoP TMV

TMV (Trough Mold Vias) PoP є вдосконаленням стандартного PoP, широко використовується в кишенькових електронних додатках завдяки своєму тонкому кроку. Наскрізні отвори в нижньому корпусі та між верхнім припоєм у нижньому корпусі та припоєм у верхньому корпусі забезпечують електричні з’єднання між логікою та пристроями пам’яті. TMV PoP пропонує такі переваги, як зменшення розміру упаковки, товщини та короблення, одночасно збільшуючи щільність з’єднання, продуктивність і надійність.

Технології монтажу SMT PoP

SMT відіграє вирішальну роль у збірці PoP-компонентів, пропонуючи дві основні методики: PoP із попереднім стеком і PoP із вбудованим стеком. Ці методи відрізняються підходом до укладання та спаювання компонентів PoP на друкованій платі.

1. Попередньо складений PoP: Ця техніка передбачає складання верхніх і нижніх пакетів компонентів PoP перед їх припаюванням до друкованої плати. Компоненти, складені в стопку, спочатку з’єднуються разом, утворюючи єдиний попередньо складений пристрій. Цей попередньо складений пристрій потім прикріплюється до поверхні друкованої плати та піддається паянню оплавленням, щоб закріпити його на місці. Pre-stacked PoP спрощує процес складання, готуючи компоненти PoP перед установкою їх на друковану плату, зменшуючи складність процесу пайки.
2. Вбудоване стекування PoP: Навпаки, вбудоване стекування PoP збирає компоненти PoP безпосередньо на друкованій платі. Спочатку на друковану плату встановлюється нижня упаковка, а потім верхня упаковка, яка потім змочується у флюсі або паяльній пасті перед розміщенням на нижній упаковці. Потім весь пакет піддається пайці оплавленням для створення остаточної збірки PoP. Вбудоване стекування PoP пропонує перевагу збирання компонентів PoP безпосередньо на друкованій платі, що дозволяє більш точно вирівнювати та контролювати під час процесу пайки.

Обидві методики мають свої переваги і використовуються виходячи з конкретних вимог і виробничих можливостей. Попередньо складений PoP часто віддають перевагу через його простоту та ефективність, тоді як вбудований PoP забезпечує більше контролю над процесом складання та вирівнюванням компонентів PoP.

Програми Package on Package (PoP).

Процедура SMT компонентів PoP

1. Друк паяльною пастою PoP Bottom Package: Процес друку паяльної пасти визначається розмірами компонентів і майданчиків. Зазвичай використовуються трафаретні шаблони для лазерного різання та гальванопластики. Вибір паяльної пасти базується на прозорості друку, дедалі частіше використовується паяльна паста типу IV.
2. PoP Top Package Dipping: Верхній пакет занурюють або в паяльну пасту, або в флюс. Правильне занурення забезпечує нанесення потрібної кількості паяльної пасти або флюсу, не викликаючи дефектів паяння.
3. Позиціонування компонентів PoP: Ретельне розташування верхньої упаковки має вирішальне значення для забезпечення точного складання та витримки ударів і вібрації.
4. Пайка оплавленням PoP: Перевага віддається безсвинцевим пайкам через їхню надійність. Азот з низьким вмістом кисню використовується для зменшення окислення металів і забезпечення хорошої змочуваності. Щоб запобігти деформації компонентів або підкладки, необхідні делікатні температурні криві паяння оплавленням.
5. Оптичний та рентгенівський огляд PoP: Під час складання та пайки можуть виникнути різні дефекти, включаючи відкриту пайку, холодну пайку, перемички, проникнення сердечника тощо. Для виявлення цих дефектів використовуються такі методи обстеження, як AOI, ендоскопічне обстеження та рентгенівське обстеження.

Процес складання PoP вимагає точності, уваги до деталей і дотримання стандартів якості для забезпечення надійної роботи електронних пристроїв. Правильне виконання цих процедур може призвести до створення високоякісних вузлів PoP із чудовою продуктивністю та надійністю.

Переваги Package-on-Package (PoP)

Традиційне плоске розташування компонентів на друкованій платі революціонізує технологія Package-on-Package (PoP), яка вводить структуру вертикального стекування. Ця інновація значно покращує дизайн друкованих плат, максимізуючи використання простору та дозволяючи інтегрувати більше функцій у меншу площу, таким чином досягаючи вищої продуктивності в комбінаціях компонентів.

Ефективність простору та підвищена продуктивність

Вертикальне розміщення компонентів у конфігурації PoP ефективно використовує обмежений простір, доступний на друкованій платі. Це дозволяє розробникам включати більше функцій і особливостей у свої проекти, не збільшуючи загальний розмір друкованої плати. Крім того, коротші вертикальні з’єднання між верхнім і нижнім пакетами оптимізують відстань між компонентами. Це зменшення довжини сліду призводить до зниження опору в ланцюзі, мінімізуючи виділення тепла та затримку сигналу, а також покращуючи загальні електричні характеристики ланцюга.

Модульний дизайн і можливість легкого оновлення

Однією з ключових переваг технології PoP є її модульна конструкція, яка дозволяє розміщувати компоненти пам’яті в окремих корпусах. Цей модульний підхід полегшує оновлення або заміну компонентів пам’яті без зміни всього мікроконтролера або прикладного процесора. Ця гнучкість не тільки спрощує процес оновлення, але й зменшує витрати та час простою, пов’язаний із заміною несправних компонентів.

Індивідуальне тестування та підвищена надійність

Розділення компонентів пам'яті в технології PoP дозволяє індивідуально тестувати різні розділи в процесі виробництва. Цей рівень деталізації тестування гарантує, що кожен компонент відповідає необхідним специфікаціям, що призводить до вищої загальної надійності кінцевого продукту. Крім того, можливість тестування та заміни окремих компонентів збільшує довговічність і можливість оновлення пристрою, ще більше підвищуючи його загальну надійність.

Гнучкість дизайну та сумісність

Технологія PoP пропонує розробникам більшу гнучкість у виборі пакетів пам’яті, які найкраще відповідають їхнім вимогам. Розробники можуть комбінувати різні мікроконтролери та пакети пам’яті, якщо вони сумісні з пакетом ЦП. Ця сумісність надає широкий спектр варіантів дизайну, дозволяючи дизайнерам адаптувати свої проекти до конкретних вимог і оптимізувати продуктивність.

Загалом, технологія «корпус на корпусі» (PoP) пропонує низку переваг, включаючи ефективне використання простору, підвищену продуктивність, модульну конструкцію, легку модернізацію, індивідуальне тестування, підвищену надійність, гнучкість проектування та сумісність. Ці переваги роблять PoP привабливим варіантом для розробників, які прагнуть максимізувати функціональність та продуктивність своїх друкованих плат.

Якщо ця вимога впливає на постачання або випуск у виробництво, порівняйте її з компонентами друкованих плат та виготовленням друкованих плат для високого струму, перш ніж надсилати остаточні файли на розгляд.

Висновок

Поверхневе складання PoP-компонентів – це складний процес, який вимагає ретельного врахування структури компонентів, методів паяння та методів контролю. З розвитком PoP-технології виробники можуть досягти вищої щільності інтеграції, менших форм-факторів та підвищеної надійності електронних пристроїв.