印刷电路板/PCB上的PoP（封装叠封装）技术是什么？

Dec 29

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本文对印刷电路板上的 PoP（封装堆叠）技术进行了全面分析。

PoP是一种先进的3D封装技术，它允许将封装好的芯片（通常是存储器，例如DRAM或闪存）直接堆叠并焊接在另一个封装好的芯片（通常是应用处理器或基带芯片）的顶部，形成垂直组件。然后，通过位于下层封装底部的焊球（BGA）将该组件焊接至主电路板。

PoP技术的优势：

1. 节省空间：显著提高空间利用率，这是移动设备（手机、平板电脑）小型化的关键技术。

2. 提高性能：顶层芯片和底层芯片之间的互连路径非常短（通常<1mm），从而降低信号延迟和功耗，并提高传输带宽。

3. 设计灵活性：允许组合来自不同制造商的处理器和内存，便于产品迭代和配置选择。

4. 降低成本：与将两个芯片集成到同一封装中（例如某些形式的 SiP）相比，PoP 可以利用标准化的封装和测试流程。

PoP组装的挑战在于一次性完成所有互连点的回流焊接：包括顶部封装、底部封装以及底部封装与PCB的连接。这需要对材料、设备和组装流程进行精确管理。

整个过程主要分为以下几个关键阶段：

●底部 PCB：在 PoP 所在的电路板上印刷焊锡，以便将 BGA 的底部焊球焊接到底部封装上。

●上封装：将焊锡涂覆到下封装顶部的焊盘上。这是PoP组装工艺的关键步骤。主要有两种方法：

* 预涂焊膏法：利用微型模板或喷墨印刷技术，将微小的焊膏点精确地印刷在底部封装的顶部焊盘上。

* 焊球放置方法：将微小的焊球预先放置在底部封装的顶部焊盘上。这种方法具有良好的一致性，目前是主流方法，尤其适用于小间距PoP封装。

这是一个高精度的两步定位工艺：

步骤 1：放置底部封装。底部芯片（例如处理器）的安装方法是将其底部的 BGA 焊球与 PCB 上的焊膏对齐。

步骤 2：安装顶部封装。在步骤 1 之后，在同一生产周期内，将顶部芯片（例如，内存芯片）安装到电路板上。安装时，需将顶部芯片的底部焊球或焊盘与已放置在电路板上的底部封装的顶部焊盘对齐。这要求贴片机具备极高的精度和稳定性，通常使用双悬臂式或专用多功能贴片头。

●安装好的芯片堆叠（顶层+底层）和PCB进入回流焊炉。

●在热风或真空回流焊炉中，所有连接点的焊料（PCB 上的焊膏，以及顶层和底层之间的焊料）同时熔化。

●在熔化状态下，依靠焊料的表面张力和重力，形成焊点，实现电气和机械连接。

●这是最关键的工序：必须精确控制温度曲线，以确保每个焊点都达到良好状态，并且芯片不会因热应力而损坏。

●自动光学检测：用于检查焊接后元件的对准情况。

● X射线检测：由于焊点被封装覆盖，因此必须采用2D/3D X射线来检测BGA焊点和PoP内层焊点的质量，例如桥接、冷焊点和空隙。

●电气测试：确认堆叠芯片功能正常。

挑战	描述	解决方案
对齐精度	顶部封装和底部封装上的焊盘非常小，空间也很小，这就要求极高的对准精度（通常为±0.05mm）。	使用高精度拾取放置设备和视觉对准系统，确保封装的共面性和焊球的一致性。
焊料量控制	封装之间的焊锡量必须精确控制。焊锡过多会导致搭桥，焊锡过少会导致冷焊点。	采用球形焊锡放置方式代替印刷焊膏；精确控制焊球大小和焊膏用量。
焊料成色	与单层 BGA 相比，单次回流焊会形成多排不可见的焊点，从而增加良率风险。	优化回流焊温度曲线（通常采用“帐篷形”曲线），使用氮气保护以减少氧化，并采用真空回流焊以减少空隙。
堆叠高度	总高度需要严格控制，以满足产品轻薄的要求。	使用超薄封装、小半径模塑化合物和更小的焊球。
热应力	堆叠后的高热密度，加上不同材料的热膨胀系数不同，可能会产生热应力。	在PCB和封装设计中考虑散热；使用底部填充物来增强机械强度和抗热疲劳性。