堆叠封装(PoP)是一种电子元器件堆叠封装类型,由垂直堆叠的球栅阵列封装组成,最常见的是两层堆叠。最靠近电路板的封装是逻辑、CPU元器件,通常被称为“底部”封装。

“顶部”封装位于逻辑、CPU元器件模块的顶部,为内存模块。这类封装通常出现在智能手机、平板电脑和上网笔记本等消费类电子产品(移动设备)中。它们往往是具有高IO数、精细间距且非常薄的封装。

图1:PoP或堆叠封装

返工和后续检查此类元器件需要精密的温度控制、熟练的维修和返工技术人员以及对有助于返工PoP的各种材料的广泛了解。

返工这类元器件存在许多挑战,包括但不限于以下挑战:

→ 由于封装尺寸较薄(多数情况下,它们必须适合细长的消费类封装),回流循环的热应力可能会导致封装翘曲,造成返工后出现开路和短路。

→ 为了防止焊点开裂,许多这类消费类器件都有底部填充,因为手持设备容易受到跌落机械冲击。使用热源移除此类封装会导致焊料被推挤,进而产生短路等焊接异常。

→ 检查多层堆叠封装意味着需要更高阶的X射线系统和更有经验的操作员来检查返工后的封装。

→ 薄封装意味着封装具有高潮湿敏感等级(moisture sensitivity levels,简称MSL),需要极其小心。

→ 其中许多封装位于射频屏蔽下方或附近,在不损坏底部或相邻元器件的情况下拆除和更换此类器件会很困难。很多时候,底部填充物或部件与屏蔽壁的接近可能会导致相邻元器件在返工工艺中受到影响。

需要适当调整BGA返工设备,以便在返工这类堆叠封装时保持适当的温度曲线。如果要移除并更换挑出的顶部封装,则返工系统必须能够精确控制热风时间-温度曲线,以减少封装翘曲的可能性。

能够返工PoP的这些返工系统需要具备零力或接近零力的去除能力,以便在顶部封装需要回流的情况下不干扰底部封装。

由于许多这类元器件封装的尺寸较小,光学分割视觉系统和BGA放置系统必须保证能够精密放置元器件。此外,BGA返工系统应该配备非接触式清除系统,以便在返工位置准备方面获得更一致的结果。

对于底部有填充的元器件,低热量或无热量的“冷”去除设备,可以是激光或铣床,将是成功返工计划的关键。此外,用于检查返工的X射线检查应具备等距观察的能力,使返工技术人员能够检查PoP并“查看”各个层上的每个焊料球。对于返工PoP封装,这些设备是一些关键返工工具。

设备不仅需要能够返工堆叠封装,还需要提供经验丰富的工程和技术支持。在时间-温度曲线开发方面的细微差别经验,以及使用正确的焊膏助焊剂或浸蘸焊膏的经验,是实现PoP稳定返工工艺的组成部分。

技术人员需要具备经验以减轻在放置和拆除过程中因加热而引起的元器件翘曲的影响。此外,返工工艺技术人员在适当处理高于正常MSL的元器件时应非常自律。在整个返工工艺中需要做出的其他决策之一是PoP测试。经验将有助于指导功能测试,以及PoP是否应在放置前进行测试或在电路中进行测试以确认功能。

图2:PoP的物理损坏将需要返工

除了正确的设备和正确的操作员经验外,返工供应商还必须深入了解用于PoP返工的各种不同材料。在许多情况下,“可浸润”焊膏用于单个封装返工,以确保焊膏沉积量更加一致,从而拓宽工艺窗口。

有多种助焊剂可用于确保较长的返工周期,不会导致助焊剂的活性水平过期。

在某些情况下,需要使用特殊化学品去除底部填充材料。其使用和处置经验很重要。用于清洁不同层下方和之间的正确皂化剂,对于去除焊剂残留物很重要。

在某些情况下,底部元器件被临时粘到PCB上,保证在回流循环期间不会发生部件移位。这需要操作员具备使用不同电子级胶水的经验。

PoP返工需要具备工艺工程方面的适当返工经验,需要正确的设备来开发具有尽可能宽操作窗口的可重复工艺,以及对各种材料的了解。