层叠封装 （PoP） 组装是一种特殊的 PCB 制造方法。它将两个或多个半导体封装相互堆叠。这节省了电路板上的空间并提高了电子设备的性能。

PoP 的两个主要部分通常是逻辑芯片和存储芯片。逻辑芯片可以是微处理器或 SoC。内存芯片通常是 DRAM。但是，这可能会根据具体用途而改变。

这种堆叠方法有几个好处。它减小了尺寸，加快了堆叠部件之间的信号传输，并提高了整体性能。

PoP 组装通常用于智能手机、可穿戴设备和平板电脑等移动设备。它在汽车和 IoT 应用中也不断增长。在这些领域，紧凑性、速度和效率至关重要。

详细的 PoP 组装过程

第 1 步：准备 PCB

PoP 组装过程的第一步是表面处理。这包括清洁 PCB 以去除任何可能干扰焊接过程的污染物。灰尘、油和其他残留物等污染物会导致焊点不良，从而导致冷焊点或短路等缺陷。

• 清洁方法： 最常见的清洁方法是超声波清洁和使用受控的空气喷射系统。该系统可以吹走灰尘。然后，检查员使用显微镜或自动化系统检查 PCB 的清洁度。

• 焊 料应用： 技术人员使用模板将焊膏涂抹到 PCB 的指定焊盘上。您必须以正确的量精确涂抹焊膏，以确保最佳焊接效果。焊膏过多会导致桥接，而焊膏过少会导致焊点变弱。

第 2 步：底部包装放置

涂上焊膏后，技术人员将底部元件放在 PCB 上。这个组件通常是处理器或逻辑芯片。我们使用高精度的拾取和放置机器来完成这项任务。该机器使用相机和视觉系统将组件对准焊盘。

• 对准：此步骤需要高精度，以确保 IC 与 PCB 焊盘完美对准。未对准会导致电气连接不当，从而导致设备发生故障。

• 贴装精度：一些 PoP 设计要求元件具有非常细的间距（引线之间的距离），这提高了贴装过程中所需的精度。这里使用的拾取和放置机器是高度专业化的，可以将组件对齐到微米级的精度。

第 3 步：顶部包装放置

下一步是将顶部组件（通常是内存 IC 或附加外设 IC）放置在底部组件的顶部。这些元件通过小焊球连接，也称为“球栅阵列”（BGA） 连接。

• 放置注意事项：在此步骤中，必须与底部组件保持正确对齐，以确保安全可靠的连接。这是使用第二台拾取和放置机器或允许精确堆垛的双龙门系统完成的。

• 焊球：顶部封装预先焊球焊球，焊球在回流焊过程中会熔化以进行连接。焊球的尺寸因元件间距而异，焊球的尺寸必须均匀，以避免焊接不一致。

第 4 步：回流焊

回流焊是 PoP 组装过程中的关键步骤。底部和顶部 IC 都在烤箱中进行回流焊接，并严格控制热曲线。这可确保焊膏熔化并在组件和 PCB 之间形成牢固、可靠的粘合。

• 热曲线：回流炉遵循精确的温度曲线。该过程通常包括四个阶段：预热、浸泡、回流焊和冷却。必须仔细控制温度，以避免元件过热，这可能会损坏敏感的 IC。

• 多层：在 PoP 中，回流焊接工艺是独一无二的，因为两个封装（顶部和底部）同时回流，这可能具有挑战性，因为它需要管理堆叠元件之间的热量分布。

第 5 步：检查和测试

将组件焊接到 PCB 上后，组件将接受检查。此步骤可确保焊点的质量，并验证封装堆叠中没有错位或缺陷。

• X 射线检查：X 射线检查通常用于检测隐藏的缺陷，例如焊点中的空隙，这些缺陷是肉眼看不见的。X 射线检测机能够检测堆叠包装之间的接缝，而传统的目视检查可能无法做到这一点。

• 自动光学检测 （AOI）：AOI 系统使用摄像头目视检查 PCB 表面缺陷，例如元件放错位置、引线断裂或焊接不足。AOI 是 PoP 组装过程中必不可少的工具，因为它可以快速检测可能影响设备功能的缺陷。

• 电气测试：检查后，组装好的 PCB 进行电气测试，以验证所有组件是否正常工作。这可能涉及使用在线测试 （ICT） 或功能测试系统来模拟设备的运行环境。

PoP 组装的好处

1. 空间效率

PoP 组装使制造商能够在更小的空间内安装更多组件，这对于现代电子产品至关重要。IC 的垂直堆叠优化了 PCB 空间，从而可以在不牺牲性能的情况下实现设备的小型化。

2. 改进的信号完整性

通过缩短组件之间的距离，PoP 技术提高了信号完整性，特别是对于处理器和内存之间的高速数据传输。缩短的距离最大限度地减少了信号传输的延迟，这对于高性能应用至关重要。

3. 成本效益

PoP 减少了对多个独立 PCB 或复杂互连的需求，从而可以节省材料和组装时间的成本。与传统的多板组装相比，组合式回流焊工艺还简化了生产。

4. 设计灵活性

PoP 提供了设计灵活性，因为制造商可以根据特定需求混合和匹配不同的芯片。这允许根据每个产品的独特要求进行定制配置。

PoP 组装中的挑战以及如何克服这些挑战

热管理

PoP 设备由于其紧凑性和堆叠配置而产生更多的热量。有效的热管理解决方案（如热通孔、散热器和特殊散热材料）对于确保可靠的性能是必要的。

• 热通孔：热通孔是一个充满材料的孔，允许热量从元件传导到 PCB 表面，在那里可以消散。

• 散热器：在某些情况下，散热器可能会添加到堆叠组件的顶部或底部，以改善散热。

精度和对准

堆叠封装放置过程中的错位会导致短路或电气性能不佳等缺陷。高精度设备对于避免这些问题至关重要。

先进的拾取和放置机器

现代贴片机具有先进的视觉系统和激光对准工具。这些功能可确保元件的精确放置。

制造的复杂性和成本

PoP 工艺需要特殊的设备、先进的焊接方法和仔细的检查系统。这些因素会提高制造成本。但是，性能和节省空间的好处通常会抵消这些成本。

为什么 PoP 组装对未来的电子产品至关重要

随着电子产品尺寸不断缩小，同时性能不断提高，PoP 组装已成为现代 PCB 制造不可或缺的技术。它能够有效地堆叠组件、提高性能和节省空间，使其成为智能手机、可穿戴设备和其他物联网应用等紧凑型设备的理想选择。

通过解决热控制、对准精度和制造难度等问题，PoP 组装为创建先进的电子产品提供了强大而可靠的解决方案。使用这项技术的制造商将为不断增长的需求做好准备。需要更小的设备。人们还希望设备更快、更高效.