Wywiad: innowacyjne technologie montażu powierzchniowego (część I)

Na wstępie przypomnijmy, iż Semicon prowadzi projekt dofinansowany ze środków UE w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, działanie 4.1, pt 'Innowacyjne technologie zaawansowanego montażu powierzchniowego (SMT) płytek drukowanych'. Projekt przewidziany jest na okres od 1 stycznia 2012 r. do 31 października 2014 r. i zakłada opracowanie innowacyjnych technologii montażu powierzchniowego płytek drukowanych, pozwalających na zwiększenie możliwości montażowych nowoczesnych układów elektronicznych. Partnerem projektu jest Instytut Tele- i Radiotechniczny. W rozmowie z Jackiem Tomaszewskim i Piotrem Ciszewskim postanowiliśmy zapytać o stan realizacji projektu i pierwsze wnioski. Evertiq: Na jakim etapie znajduje się obecnie realizacja programu? Piotr Ciszewski: Cały projekt dotyczy trzech technologii – montażu Package on Package (PoP), połączeń płytek flex /rigid oraz flex / LCD, a także problemów związanych z montażem długich płytek (tj. powyżej 500 mm) – i został podzielony na cztery etapy. Pierwszym etapem było rozpoznawanie aktualnego stanu technologii w zakresie tych trzech tematów oraz określenie problemów. Drugi etap to badania nad technologią PoP, trzeci to analiza technologii połączeń giętkich płytek. Obecnie realizujemy czwarty etap, badanie problemów występujących przy montażu długich płytek. Evertiq: Zatem, jakie problemy najczęściej napotyka się w montażu PoP? Jacek Tomaszewski: Technologia montażu PoP, jako powszechnie stosowana w aplikacjach mobilnych, najczęściej wykorzystywana jest w Azji. Jednak, jest to technologia na tyle ciekawa i mogąca skutkować nowymi aplikacjami, że postanowiliśmy się nią zająć. Dodatkowo, znaliśmy też trudności firm, które próbowały wprowadzić takie rozwiązania i napotkały na szereg problemów. Największe problemy w montażu PoP wynikają z małego rastra połączeń, sięgającego 0.3 mm. Przy piętrowym ułożeniu układów, co jest przecież istotą PoP, problem ten potęguje się. Drugim ważnym problemem jest kwestia odkształceń mechanicznych, powstających niezależnie od tego, czy najpierw montuje się układ PoP i tak przygotowany zespół mocuje się do PCB, czy też kładzie się najpierw dolny układ na PCB, a potem montuje się układ górny. Problemy odkształceń mechanicznych są spowodowane nie tylko siłą nacisku przy samym montażu, ale są również funkcją temperatury w procesie reflow i występują przy nieodpowiednio dobranych parametrach współczynników rozszerzalności materiałów. Może to doprowadzić do braku kontaktu kulek BGA w jednym z połączeń. Evertiq: Jakie są więc wnioski dotyczące PoP? Piotr Ciszewski: Na tym etapie możemy sformułować wnioski dotyczące głównie stosowanego spoiwa. Obecnie do łączenia układu zawierającego PoP powszechnie stosuje się pastę lutowniczą. Zazwyczaj układ górny zanurzany jest w paście, która osadza się na wyprowadzeniach BGA i następnie ustawiany jest na układzie dolnym. Panuje powszechna opinia, iż w przypadku pasty istnieje możliwość kompensowania odkształceń mechanicznych. Jednak fakt, iż depozyt pasty zawsze jest nierówny, ponownie powoduje ryzyko powstania odkształceń. Na tym etapie możemy powiedzieć, na podstawie przeprowadzonych prób, że lepiej sprawdza się użycie samego topnika. Mimo tego, że nie stosuje się dodatkowego spoiwa, jeżeli sam proces reflow jest dobrze opracowany pod względem temperaturowym, użycie topnika zwiększa prawdopodobieństwo sukcesu. Jacek Tomaszewski: Osobnym zagadnieniem jest użycie klejów wzmacniających (uderfilling, corner bonding) podczas montażu tak układów BGA jak i PoP. Kleje tego typu o lepkości umożliwiającej penetrację szczeliny pomiędzy PCB a układem, dodatkowo wzmacniają strukturę układu, co pozytywnie wpływa na zwiększenie niezawodności połączeń. © Semicon