La propiedad esencial de los productos electrónicos de consumo radica en su miniaturización y diversificación. Debido a estas dos tendencias principales, las tecnologías de ensamblaje aplicadas a los productos electrónicos de consumo se vuelven cada vez más complejas, lo que otorga mayor importancia al control del proceso de ensamblaje. Con el desarrollo de la diversificación y el acortamiento constante del ciclo de vida, se hace necesario reducir el tiempo de inversión, lograr una rápida respuesta, una fabricación en flujo y una producción acelerada.
Este artículo analizará la tendencia del desarrollo del ensamblaje de productos electrónicos de consumo desde las perspectivas de los componentes, el sustrato y las tecnologías de ensamblaje.
Desarrollo de circuitos integrados (IC)
El desarrollo principal de los componentes destinados a productos electrónicos de consumo es la miniaturización y la integración. En lo que respecta a los circuitos integrados (IC), la miniaturización puede lograrse mediante la aplicación de bumps (normalmente soldadura eutéctica) para sustituir las patillas en la implementación de la interconexión. Aunque los bumps pueden ser una excelente alternativa a las patillas para ahorrar espacio, el ahorro de espacio se vuelve limitado en el caso de BGA (ball grid array) con un pitch de 0,8 mm o más. El espacio nunca puede aprovecharse al máximo a menos que se utilice un CSP (chip-scale package) con un pitch de 0,4 mm como máximo. Muchos productos electrónicos de consumo modernos dependen hoy en día de los CSP para lograr la miniaturización, incluidos los productos portátiles, los wearables, etc.
La CSP puede clasificarse en cinco categorías:
• CSP basado en sustrato rígido
• CSP basado en sustrato flexible
• CSP personalizado basado en leadframe (LFCSP)
• CSP de redistribución a nivel de oblea (WLCSP)
• CSP de chip volteado (FCCSP)
En lo que respecta a la miniaturización, el mayor interés se centra en el WLCSP. Se forma antes de que se corte en obleas, lo que da como resultado que el tamaño del encapsulado sea menor que el de la oblea. La mayoría de los WLCSP redistribuyen las almohadillas en la oblea y colocan esferas de soldadura. Pueden considerarse un tipo de flip chip.
La fiabilidad de los WLCSP es una de las principales preocupaciones, especialmente cuando están listos para montarse en una placa de sustrato FR4. Debido a que el silicio y la PCB (placa de circuito impreso) tienen diferentes CTE (coeficientes de expansión térmica), el tamaño de la oblea más grande se ve limitado. Como resultado, el WLCSP se utiliza principalmente en CI con un número reducido de pines.
Cuando los circuitos integrados con un gran número de pines requieren miniaturización en altura, es necesario recurrir a la tecnología flip chip. De hecho, la diferencia entre flip chip y WLCSP se vuelve cada vez más difusa. El primero se caracteriza por un paso más pequeño que suele estar en el rango de 100 μm a 150 μm.
En comparación con los encapsulados con pines de plomo, como el QFP (quad flat package), el BGA y el CSP presentan un costo más alto. Además, se debe afrontar un costo mucho mayor en lo que respecta a la placa de sustrato, porque a menudo se requieren múltiples capas y microvías en lo que concierne a la interconexión de E/S.
La principal desventaja de WLCSP y flip chip radica en su falta de estandarización en cuanto a tamaño. El tamaño del encapsulado es equivalente al del wafer, por lo que el encapsulado puede tener cualquier tamaño. Para evitar la necesidad de sockets de prueba, bandejas y láminas personalizados, lo mejor es implementar múltiples operaciones en WLCSP.
Tendencia de desarrollo de dispositivos pasivos y discretos
El componente pasivo más pequeño es 01005 (0,4 × 0,2 mm). Otro método para reducir el tamaño de los componentes pasivos es integrarlos en un chip de silicio o en vidrio.
Algunos componentes como los transistores también pueden encapsularse en WLCSP. La redistribución puede realizarse en la cara frontal de la oblea mediante el recubrimiento por electrodeposición en los orificios pasantes del chip de silicio o en la ranura. El chip de silicio y la ranura pueden generarse mediante perforación láser, cuya desventaja es que posiblemente produzca residuos.
El tercer método para reducir el tamaño de los componentes pasivos es integrarlos en el sustrato, lo cual se discutirá en la parte posterior de este artículo.
La aplicación de módulos es una posible tendencia de desarrollo que integra circuitos integrados (IC) y componentes pasivos en la capa de conexión por cable y luego los ensambla o conecta sobre la placa de sustrato. Cuando se trata de módulos de alta frecuencia o aplicaciones de alto consumo de energía, se utiliza un sustrato cerámico.
Se pueden utilizar un par de métodos para colocar esferas de soldadura en BGA, CSP, flip chips y módulos, entre los cuales el método de menor costo es fabricar las esferas de soldadura imprimiendo pasta de soldadura a través de una plantilla. A continuación, se lleva a cabo el proceso de soldadura por refusión con el flux eliminado. Para obtener un mejor efecto de limpieza, normalmente se utiliza pasta de soldadura lavable con agua. El método de impresión es capaz de lograr el tamaño máximo de bump, dependiendo principalmente de los siguientes aspectos:
• Se debe dejar espacio suficiente para ser compatible con la abertura de la plantilla.
• Espesor del esténcil
• Ingrediente metálico de la pasta de soldadura
• Presencia de defectos como puentes
Tendencia de desarrollo de la placa de sustrato
Debido a la tendencia líder en el desarrollo de productos de electrónica de consumo, es decir, la miniaturización y la diversificación, las PCB rígidas multicapa tradicionales serán reemplazadas constantemente por microvías rígidasplacas de circuito impreso multicapayPCB flexiblesAdemás, se utilizan más PCB como capas de conexión de cables para BGA y CSP.
Además, la integración de componentes pasivos en la placa de sustrato es otra tendencia de desarrollo para los sustratos. Este tipo de sustratos puede ahorrar más espacio y ofrece mejores funciones eléctricas, siendo también adecuado para la integración de condensadores, resistencias e inductores.
Tendencia de desarrollo de la tecnología de soldadura
La tendencia a la miniaturización de los componentes exige requisitos más altos para la tecnología de soldadura.
En función del tamaño de chip de los flip chips y de los WLCSP, es necesario cumplir el requisito de alta fiabilidad rellenando con soldadura la parte inferior. Cuando se utiliza flux viscoso para la interconexión de flip chips, el tipo de flux viscoso afectará el rendimiento de la soldadura de relleno inferior.
Tendencia de desarrollo de la conciencia sobre la protección del medio ambiente
La protección del medio ambiente empieza a desempeñar un papel importante a tener en cuenta en el ensamblaje electrónico. Hoy en día, el diseño se centra tanto en el ensamblaje como en la descomposición para que los materiales puedan reutilizarse.
Para evitar que el plomo contamine el medio ambiente, se debe utilizar pasta de soldadura sin plomo. Hasta ahora,La ausencia de plomo y la sostenibilidad se han convertido en una consideración esencial para los fabricantes de productos electrónicos.
Además de la pasta de soldadura sin plomo, también se deben utilizar materiales de recubrimiento sin plomo y materiales de recubrimiento para componentes. Toda la pasta de soldadura sin plomo, las PCB y los materiales de recubrimiento de componentes no solo deben evaluarse desde el punto de vista tecnológico, sino que también debe considerarse y determinarse cuidadosamente su influencia en el medio ambiente. Desde la perspectiva de la fabricación, una aleación temporal sin plomo es óptima. Pero en comparación con la pasta de soldadura con plomo, ya no puede utilizarse si resulta perjudicial para el medio ambiente durante la fabricación, la aplicación o el procesamiento de residuos.
PCBCart experto en el ensamblaje de productos de electrónica de consumo
PCBCart abarca una amplia gama de aplicaciones y el montaje de productos de electrónica de consumo constituye una parte de ellas. En consonancia con la tendencia de miniaturización y diversificación de los productos electrónicos de consumo, PCBCart se ha esforzado por mejorar sus capacidades de ensamblaje. Hasta ahora, somos capaces de manejar componentes con un paso tan pequeño como 0,35 mm y SMD a partir de 01005. Además, también puede contar con nosotros para el uso de soldadura por reflujo y por ola sin plomo. Para obtener más información sobre nuestras capacidades en términos de ensamblaje, por favorcontáctenosO bien, puede hacer clic en el botón de abajo para enviar una solicitud de cotización para sus necesidades de ensamblaje de productos electrónicos de consumo. ¡Es totalmente GRATIS!
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