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白皮书 | ASM针对SiP系统级封装的解决方案（上）
发布于:2022-03-23 09:29:46
1.简介
针对摩尔定律的发展，目前有两个主要的方向。一个是”More Moore”方向的SoC, 其通过持续减小节点的方式来提升性能。而目前可量产的SoC的最小线宽已小至5纳米，继续减小线宽无疑对技术和成本带来巨大挑战。因此不仅很多OSAT, 甚至很多传统的IDM公司都把目光瞄准了另个一方向：“More than Moore”，即通过高级封装的方式提升性能。而SiP，即系统级封装以容易做到小尺寸，开发时间短，开发成本低及高生产效率等优点契合了目前快速增长的智能移动终端，IoT/IoE, AI，穿戴产品等市场，正在得到越来越广泛的应用。
2.产品特点
根据国际半导体路线组织（ITRS）的定义：SiP为将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件，以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起，实现一定功能的单个标准封装件，形成一个系统或者子系统。
而随着性能需求越来越高及小型化的趋势，集成度也逐步增加。最直接的体现有：被动元件越来越小，某些量产的射频模块已经引入了公制0201;元件之间的间距越来越小，目前最小可见的元件边到边间距已经趋向于50μm;倒装芯片的本体厚度及球径/球间距越来越小，可见的最小球径已接近50μm, 另外基于第二代甚至第三代化合物材料的裸芯片正在被大量引入。
此外SiP的封装形式也在发生演变。除了常规的基板级的SiP,晶圆级，嵌入式，扇出式等新兴SiP封装方式也层出不穷。
本白皮书旨在陈述ASM对于基板级SiP的解决方案。
考虑到SiP的特点及发展趋势，不难看出，应用于基板级SiP工艺的贴片机需要具有下列特性：
1，高产出：SiP技术已经普遍应用在穿戴式，移动终端等市场，考虑到这些产品量大且生命周期较短，需要在短期内有快速出货的能力。
2，高精度：随着器件的小型化，以及考虑到基于copper pillar 的倒装芯片自对位能力较差等因素，对于精度的要求进一步提高。
3，小元件贴装能力：要求具备公制0201的贴装能力，全速贴装最佳。
4，裸芯片贴装能力：要求具备裸芯片尤其是细间距倒装芯片的识别能力以及易碎的基于化合物材料的裸芯片的贴装能力。
5，密间距贴装能力：随着集成度的增加，同等面积内的元件越来越多，导致元件之间的间距越来越小。
6，基板处理能力：小型化趋势下基板厚度越来越薄，Panel及整板的零件数量越来越多，机台需要具备相应处理能力。
7，满足半导体工厂对应要求：相较于常规SMT工厂，半导体工厂对于相同指标有着更高的要求或者有行业专有要求。
3. ASM针对SiP的解决方案SIPLACE机台因其领先的技术于多年前开始已被用于SiP的生产。经过多年的沉淀与发展，SIPLACE已经在SiP应用方面树立了绝对领先的标杆。在所有器件都是卷带或者Tray盘包装的情况下，SIPLACE TX 可以满足绝大多数SiP工艺的需求。对于需要极高精度情况，可以用SIPLACE TX micron应对。本白皮书将基于SIPLACE TX micron来陈述ASM如何应对SiP在贴装方面的要求。
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高产出
1）业界最快的单头速度
在高级封装领域内探讨贴装速度往往不能忽略精度基础。基于25um的精度，TX micron搭载的CP20M3贴片头可以提供单头48,000CPH的基准速度--此为目前业内最快的单头速度。因而配置2个CP20M3的TX2i Micron可以达到96,000的CPH，而其占地面积只有2.3平方米。
2）高速头满足大部分应用CP20M3不仅有着最快的速度记录，而且提供业内最大的高速头零件处理范围：8.2mm*8.2mm.而这个范围使得一个型号的贴片头就可以满足绝大部分的SiP产品的应用，因而使得整线都可以享受到高速头带来的速度优势。
3）高精度模式时的微小速度损失CP20M3可以提供3个精度等级：25μm/20μm/15μm。在使用高精度模式时不可避免地会对速度造成影响。区别于广泛使用的整机降速模式，TX micron在运行高精度模式时相应的精度等级可以根据零件描述甚至贴装点位设置。即使运行同一个程序时，不需要高精度贴装的零件或者点位仍然可以全速运行。这种方式使得在确保精度的同时，最大程度保证了贴装速度。
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高精度
SIPLACE TX micron搭载的CP20M3贴装头可以提供业内最高的15μm精度。背后的支撑有：
1) XYZ轴为线性马达驱动
2) 全闭环控制系统
3) 高精度贴片头CP20M3
4) 高解析度XY轴光栅尺
5) 高解析度数字元件相机
在讨论极高精度贴装时，温度作为一个关键因素必须要加以关注，因为温度的变化可能会导致悬臂变形进而导致精度下降。而这也已经在SIPLACE TX micron的考虑范围之内。
6) 温控精度补偿
通过在低温度膨胀系数的材料上设置参考点，SIPLACE TX micron会以经由温度变化或者时间区间触发参考点的识别动作，从而实现精度补偿，确保机台始终有输出高精度的能力。
未完待续
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