Este artículo ofrece un análisis exhaustivo de la técnica PoP (Package on Package) en placas de circuitos impresos.
PoP es una tecnología avanzada de empaquetado 3D que permite apilar y soldar directamente un chip empaquetado (normalmente memoria, como DRAM o Flash) sobre otro chip empaquetado (normalmente un procesador de aplicaciones o un chip de banda base), formando un conjunto vertical. Este conjunto se suelda a la placa de circuito principal mediante esferas de soldadura (BGA) en la parte inferior del paquete inferior.
Ventajas de la técnica PoP:
1. Ahorro de espacio: Mejora significativamente la tasa de utilización del espacio, una tecnología clave para la miniaturización de dispositivos móviles (teléfonos, tabletas).
2. Mejora del rendimiento: Las rutas de interconexión entre los chips de la capa superior e inferior son extremadamente cortas (normalmente <1 mm), lo que reduce la latencia de la señal y el consumo de energía, y aumenta el ancho de banda de transmisión.
3. Flexibilidad de diseño: Permite la combinación de procesadores y memoria de diferentes fabricantes, lo que facilita la iteración del producto y la selección de la configuración.
4. Reducción de costes: En comparación con la integración de dos chips en el mismo paquete (como algunas formas de SiP), PoP podría utilizar procesos estandarizados de empaquetado y prueba.
Pasos principales del proceso de ensamblaje PoP:
El desafío del ensamblaje PoP radica en completar la soldadura por reflujo de todos los puntos de interconexión en una sola operación: los encapsulados superior e inferior, y el encapsulado inferior con la placa de circuito impreso. Esto requiere una gestión precisa de los materiales, los equipos y el proceso de ensamblaje.
Todo el proceso se divide principalmente en las siguientes etapas clave:
1. Impresión de soldadura
● PCB inferior: Imprima la soldadura en la placa de circuito principal donde se ubica el PoP, para soldar las bolas de soldadura inferiores del BGA en el paquete inferior.
● Paquete superior: Se aplica soldadura a las almohadillas en la parte superior del paquete inferior. Este es el punto clave del proceso de ensamblaje PoP. Existen dos métodos principales:
* Método de pasta de soldadura preaplicada: Mediante microplantillas o tecnología de impresión por chorro de tinta, se imprimen con precisión pequeños puntos de pasta de soldadura en las almohadillas superiores del paquete inferior.
* Método de colocación de las bolas: Se colocan previamente pequeñas bolas de soldadura en las almohadillas superiores del encapsulado inferior. Este método ofrece una buena consistencia y actualmente es el más utilizado, especialmente para la tecnología PoP de paso fino.
2. Colocación de componentes
Se trata de un proceso de colocación de alta precisión en dos pasos:
Paso 1: Coloque el paquete inferior. El chip inferior (por ejemplo, el procesador) se monta alineando sus bolas de soldadura BGA inferiores con la pasta de soldadura en la placa de circuito impreso.
Paso 2: Montaje del paquete superior. Siguiendo el paso 1, dentro del mismo ciclo de producción, monte el chip superior (por ejemplo, de memoria) alineando sus puntos de soldadura inferiores con la soldadura superior del paquete inferior, que ya está colocado en la placa de circuito impreso. Esto requiere una precisión y estabilidad extremadamente altas por parte del equipo de montaje, que normalmente utiliza un cabezal de montaje multifuncional de doble voladizo o especializado.
3. Soldadura por reflujo
● La pila de chips montada (capa superior + capa inferior) y la placa de circuito impreso (PCB) entran en el horno de reflujo.
● En un horno de reflujo de aire caliente o al vacío, la soldadura en todos los puntos de conexión (pasta de soldadura en la placa de circuito impreso y soldadura entre las capas superior e inferior) se funde simultáneamente.
● En estado de fusión, gracias a la tensión superficial y la gravedad de la soldadura, se forman las uniones soldadas, logrando conexiones eléctricas y mecánicas.
● Este es el proceso más crítico: el perfil de temperatura debe controlarse con precisión para garantizar que cada unión de soldadura alcance un buen estado y que los chips no se dañen por el estrés térmico.
4. Inspección y pruebas
● Inspección óptica automatizada: para comprobar la alineación de los componentes después de la soldadura.
● Inspección por rayos X: Dado que las uniones de soldadura están cubiertas por el encapsulado, se deben aplicar rayos X 2D/3D para inspeccionar la calidad de las uniones de soldadura BGA y las uniones de soldadura de la capa interna PoP, tales como puentes, uniones de soldadura frías y huecos.
● Pruebas eléctricas: Confirman que los chips apilados funcionan correctamente.
Principales desafíos y soluciones del ensamblaje PoP
| Desafíos | Descripción | Solución |
| Precisión de alineación | Las almohadillas de soldadura en la parte superior e inferior del encapsulado son muy pequeñas, al igual que el espacio disponible, lo que requiere una precisión de alineación extremadamente alta (normalmente ±0,05 mm). | Utilice equipos de recogida y colocación de alta precisión y sistemas de alineación por visión, y garantice la coplanaridad de los paquetes y la uniformidad de las bolas de soldadura. |
| Control de la cantidad de soldadura | La cantidad de soldadura entre los encapsulados debe ser precisa. Un exceso de soldadura provoca cortocircuitos, mientras que una cantidad insuficiente produce uniones frías. | Utilice la colocación de bolas en lugar de pasta de soldadura impresa;
controle con precisión el tamaño de las bolas y la cantidad de pasta de soldadura. |
| Rendimiento de la soldadura | El proceso de reflujo de una sola pasada crea múltiples filas de uniones de soldadura invisibles, lo que aumenta el riesgo de fallos en comparación con los BGA de una sola capa. | Optimice los perfiles de temperatura de reflujo (normalmente utilizando un perfil en forma de "tienda de campaña"), utilice protección con nitrógeno para reducir la oxidación y emplee reflujo al vacío para reducir la formación de huecos. |
| Altura de la pila | La altura total debe controlarse estrictamente para cumplir con los requisitos de delgadez y ligereza del producto. | Utilice encapsulados ultrafinos, compuestos de moldeo de radio reducido y bolas de soldadura más pequeñas. |
| Térmico y estrés | La alta densidad térmica tras el apilamiento, junto con los diferentes coeficientes de dilatación térmica de los distintos materiales, podría generar tensiones térmicas. | Tenga en cuenta la disipación de calor en el diseño de la placa de circuito impreso y del encapsulado;
utilice un material de relleno para mejorar la resistencia mecánica y la resistencia a la fatiga térmica. |
Variación del proceso de ensamblaje: Relleno inferior
Para aplicaciones con requisitos de fiabilidad extremadamente altos (como la electrónica automotriz), tras el ensamblaje PoP, se aplica un encapsulado entre el paquete inferior y la placa de circuito impreso, e incluso a veces entre los paquetes superior e inferior. El adhesivo penetra en los espacios entre las bolas de soldadura por capilaridad y, tras el curado, absorbe significativamente las tensiones mecánicas (como impactos y flexiones), mejorando la resistencia a la fatiga térmica provocada por los ciclos de temperatura.
En resumen, el ensamblaje PoP (PoS) es una de las técnicas avanzadas del ensamblaje electrónico moderno de alta densidad. Los elementos clave para un ensamblaje PoP exitoso son:
● Materiales: Bolas de soldadura de alto rendimiento, pasta de soldadura y sustratos.
● Equipamiento: Máquinas de recogida y colocación de alta precisión y hornos de reflujo controlables.
● Control de procesos: Gestión precisa de todo el proceso, desde la colocación de la pasta/bolas de soldadura hasta el montaje y el reflujo.
● Inspección: Potentes capacidades de ensayos no destructivos, como rayos X.
A medida que aumenta el número de entradas/salidas de los chips y se minimiza el paso entre pines, la técnica PoP también evoluciona hacia pasos más finos (por ejemplo, paso de 0,35 mm) y capas de apilamiento más altas (por ejemplo, PoPoP), impulsando continuamente la evolución de los dispositivos electrónicos hacia diseños más pequeños, rápidos y potentes.
Benlida es un fabricante profesional de PCB y ofrece servicios de ensamblaje de PCB desde hace 14 años. Si está trabajando en el ensamblaje PoP para sus PCB y PCBA, le invitamos a ponerse en contacto con Benlida para obtener orientación sobre cómo proceder con la fabricación.
¡Benlida está a su servicio!
es
WhatsApp