芯片尺寸的变化对表面安装设备的影响

   今天，电路设计人员正在不断扩展电路的功能，但产品的尺寸却在不断的缩小，伴随这一趋势，在表面安装生产设备中，芯片级CSP封装，越来越普遍。在标准的表面安装工艺中，使用CSP，有些工艺就要有所改进。其中影响较大的包括元件的进料工艺，元器件取放工艺以及视频识别系统。 1元件进料 目前，CSP元件的进料方式最常用是采用一个101.6mm2的矩阵盘。使用一个安装平台可以把这个矩阵盘装在元件进料器的工作面上，从而取代了原来采用的多个卷带式或条装式进料器。于是机器的贴装头就可直接从矩阵盘中吸取并安放CSP元件，如果这套系统考虑以下两个非常重要的因素。就会大大提高它的可靠性。 (1)这套系统在x-y轴方向有足够的移动能力，只有这样，才能充分利用矩阵盘内的每个凹槽。有些机器的移动距离完全可以达到带装或条装进料器的前端，却不一定能够达到矩阵盘的后面几行。 (2)装在凹槽中的元件一定要确定好方向，使它与9轴或旋转轴的方向始终一致。如果元件的方向不对，机器一定要能够识别元件的方向并对偏差进行纠正。 CSP元件的进料方式也可以使用标准的塑料凹槽带装方式，这种方式在目前表面安装工艺中是经常用到的。元件被包装在载带中以供使用，采用这种方式，可以连续供给大量的元件，而无需不断地对矩阵盘的状态进行调整，这样大大缩减了整个机器的装载时间。如果考虑在大批量生产中使用CSP，这种标准的卷带装进料是一种比较理想的方式。 2 元件的取放 一般情况下，CSP元件的吸取不会有什么困难，但如果裸露的布线层位于CSP的背面，也就是吸管吸取的一面，则另当别论。如果CSP的背面已封装或没有裸露的线路图形，那么使用普通的金属吸管就可以了。如果有裸露的布线，再使用金属吸管就可能造成损坏。在这种情况下，可能会用到一种特别包裹起来的吸管。 贴装CSP元件所需要的贴装压力，比贴装一块大型的扁平矩形外壳或焊球阵列外壳所需的压力要小一些。这样，贴装系统可以根据所用的元件类型来编程，把贴装压力控制在一定的范围之内。 3 视频识别 对于大多数的生产厂商，如果使用他们目前的表面贴装系统来装配CSP的话，其中的视频识别将带来很大的问题。由于焊球节距(球到球的空间)很小，只有利用焊球本身才能实现精确的高稳定性的贴装。 如果表面贴装系统只使用背光定位的话，就会给CSP元件的取放工艺带来一定的困难。在这种系统中，光从背面照射在元件上，摄像头所看到的元件仅仅是明亮背景中的一个黑影。根本就看不到焊球。所以贴装的精确度最高也只能达到元件边缘与焊球矩阵边缘的相对尺寸的程度。 我们可以改进表面贴装系统，给它安装一个前光视频定位系统。这个系统中，光从元件的下面照上去，所照亮的这个面就是摄像头所看到的面，这样，所有的焊球都可以识别，从而计算出准确的贴装位置。虽然这种方法有一定的优越性，但仍然存在一些问题。 第一个相关问题就是CCD摄像头或镜头要有足够的像素分辨率和放大倍数。因为CSP的焊球是非常微小的，如果分辨率和放大倍数不够的话，就很难清晰的确认它。视频系统是不相同的，从所积累的经验来看，要想获取可靠的观测数据，视频系统至少需要拥有6个像素。如果一块CSP的焊球直径为0．3mm，那么视频系统的像素分辨率就至少应达到0．05mm(0．3mm÷6)。如果系统采用512×512像素，则最终的显示区域或者说最大的视觉区域大约是25mm(512×0．05mm)见方。 第二，大部分的表面安装系统都使用同轴照射方式。我们可以采用最简单的方法来实现这种结构，在CCD摄象机的镜头周遭安装一圈发光二极管(LED)就可以了。光线的照射方向大致上是与摄像头的观测轴平行(或者成0度角)。当光线射在元件的表面，经过反射后回到摄像头的镜头中，从而形成元件的图象。这种CSP元件的成像方法也带来了一个问题，由于制造CSP壳体的材料大部分情况下是可反光的，所以焊球的背景都会反射光线，而且反射率是非常接近的，因此要想获得足够的对比度，分清哪个是焊球，那些是背景就会有一定的困难。 为了解决这个问题，我们可以使用一种偏轴或小角度的照射系统。在这种结构中，光源(例如LED)偏离摄像头一定距离，这样光线不再和观测轴平行。例如，我们可以调整LED位置，使它们照在元件上的光线与摄像头的观测轴成一定角度(比如30°)，通过这种调整，照射在焊球上的光线有一部分能够反射回镜头，而照射在背景(壳体)上的光线则全部按入射角度反射出去，可想而知，这些光线是不会反射到镜头中的。这样焊球与背景的对比度问题就解决了。 传统的视频定位规则系统，不可能把CSP上的所有焊球的位置都加以确定。要进行准确的贴装，它们会确定一个恰当的轴心，然后采用旋转的方式。但是在很多情况下，我们非常需要能够观测到所有焊球的新的视频软件。对于一些仍在使用旧模式的表面贴装系统的用户，应该经常与设备供应商联系，寻找新型的摄像装置、照明装置和相应的软件，以改进原有的机器，提高效率。 4结论 由于使用CSP元件可以使一些复杂的有源器件体积变小，从而使其在电路板上所占空间大大减小，因此CSP元件的使用越来越普及。如果表面安装技术中的元件进料工艺，视频识别工艺及元件取放等关键工艺能最终确定下来，那么CSP元件的贴装的可能性就能大大提高。对于正在使用的表面安装的装配线进行CSP元件安装的用户，或者正想购买这种装配线的厂家，应该更全面的了解这套系统，从而能够清楚它的生产能力和局限性。