PoP叠层封装工艺

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PoP(Package on Package)堆叠装配技术的出现更加模糊了一级封装与二级装配之间的界线，在大大提高逻辑运算功能和存储空间的同时，也为终端用户提供了自由选择器件组合的可能，生产成本也得以更有效的控制。对于3G手机PoP无疑是一个值得考虑的优选方案。勿庸置否，随着小型化高密度封装的出现，对高速与高精度装配的要求变得更加关键。相关的组装设备和工艺也更具先进性与高灵活性。元器件堆叠装配（Package on Package）技术必须经受这一新的挑战。
! \) m# _1 Z* r5 B封装结构
& n3 Z0 q: G5 B# B7 L6 i1 U1 a元器件内芯片的堆叠大部分是采用金线键合的方式( Wire Bonding), 堆叠层数可以从2 层到8 层。STMICRO 声称迄今厚度达40 微米的芯片可以从两个堆叠到八个(SRAM, flash, DRAM)，40 微米的芯片堆叠8 个总厚度为1.6mm，堆叠两个厚度为0.8mm。
1 J2 c# k) ^+ J. X6 g# M3 z器件内置器件(PiP, Package in Package), 封装内芯片通过金线键合堆叠到基板上,同样的堆叠通过金线再将两个堆叠之间的基板键合,然后整个封装成一个元件便是PiP(器件内置器件)。PiP 封装的外形高度较低，可以采用标准的SMT 电路板装配工艺，单个器件的装配成本较低。 但由于在封装之前单个芯片不可以单独测试，所以总成本会高(封装良率问题)，而且事先需要确定存储器结构，器件只能由设计服务公司决定，没有终端使用者选择的自由。
元件堆叠装配(PoP, Package on Package), 在底部元器件上面再放置元器件，逻辑+存储通常为2到4 层，存储型PoP 可达8 层。 外形高度会稍微高些，但是装配前各个器件可以单独测试，保障了更高的良品率，总的堆叠装配成本可降至最低。 器件的组合可以由终端使用者自由选择， 对于3G 移动电话，数码相机等这是优选装配方案。
各种堆叠封装工艺成本比较
电路板装配层次的 PoP
6 @  q6 P/ [- i& ]. b$ CAmkor PoP 典型结构
底部PSvfBGA(Package Stackable very thin fine pitch BGA)
顶部Stacked CSP(FBGA, fine pitch BGA)
底部PSvfBGA 结构
/ [0 h, d: b  v& B8 R9 `外形尺寸10-15mm
7 m. P+ F+ C, v' E' C 中间焊盘间距0.65mm，底部
焊球间距0.5mm(0.4mm)
0 |* V7 C  x2 ~" r6 a1 c" b  Y基板FR-5
焊球材料 63Sn37Pb/Pb-free
; f$ Q( P5 i& K! L$ G顶部SCSP 结构
. u1 R  d0 B. H 外形尺寸4-21mm
: ?2 z' m1 A' t底部球间距0.4-0.8mm
6 p- d: Z: n( f! c5 z- N9 z基板Polyimide
焊球材料 63Sn37Pb/Pb-free
# o8 X' s: z  K! [$ j: Q 球径0.25-0.46mm
' f% P) R1 N4 {8 H5 }底部元件和顶部元件组装后的空间关系
% @1 U' u( e+ A* xPoP 装配的重点是需要控制元器件之间的空间关系，如果它们之间没有适当的间隙的话，那么会有应力的存在，而这对于可靠性和装配良率来讲是致命的影响。概括起来其空间关系有以下这些需要我们关注：
! N, q4 {% }/ ]9 U' V1 `/ R 底部器件的模塑高度(0.27-0.35mm)
; X# S5 ?5 q7 Y' r, v 顶部器件回流前焊球的高度与间距e1
! ]1 J! E9 k. e回流前，顶部器件底面和底部元件顶面的间隙f1
顶部器件回流后焊球的高度与间距e2
$ k/ G2 e$ {5 V: E  T回流后，顶部器件底面和底部元件顶面的间隙f2
' n3 O2 S1 Y3 L# W) P3 `; s而影响其空间关系的因素除了基板和元器件设计方面，还有基板制造工艺，元件封装工艺以及SMT 装配工艺，以下都 需要加以关注的方面:
焊盘的设计
' H, d/ F6 T  r* i阻焊膜窗口
焊球尺寸
& s' G7 m, s0 T4 Z 焊球高度差异
蘸取的助焊剂或锡膏的量
贴装的精度
回流环境和温度
! M6 [8 m* A- V: r; l元器件和基板的翘曲变形
, q/ g$ v/ |7 j* s6 s' P# D底部器件模塑厚度

. S% I% `3 N6 d3 i2 e: S5 ~SMT工艺流程
典型的SMT 工艺流程:
1. 非PoP 面元件组装(印刷、贴片、回流和检查)
2. PoP 面锡膏印刷
, h# s; M5 r5 r9 O$ y- x2 |3. 底部元件和其它器件贴装
' f' _3 z' u" W- X' z4. 顶部元件蘸取助焊剂或锡膏
$ b4 E: Y  f! G  ]- X0 M* x- M2 R5. 顶部元件贴装
6. 回流焊接及检测
. d( s! P0 U1 B1 K顶层CSP 元件这时需要特殊工艺来装配了，由于锡膏印刷已经不可能，除非使用特殊印刷钢网(多余设备和成本,工艺复杂), 将顶层元件浸蘸助焊剂或锡膏后以低压力放置在底部CSP 上。

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有时候会有内接电容吗？