PCB装配基板与封装设计的芯片绑定能力

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1、光电子世界的芯片绑定本文介绍，在光电子中投资的PCB装配制造商将遇到新的基板与封装设计，它需要不寻常的绑定设备能力。　　一些工业专家预想在不远的将来，印刷电路板(PCB)的“不动产”将普遍被那些既有电子又有光子四处奔跑的芯片所占有。尽管如此，直到这一天到来之前，原设备制造商(OEM)和电子制造服务(EMS)供应商将还不得不以今天现有的技术来参与竞争。他们现在所面临的是一个劳动力密集、低产量和高成本的现实，很少光子元件是使用自动化设备来封装和装配的，因为不存在标准的工艺和封装。　　这个“另类世界”由古怪的基板和封装设计组成，在其内面有细小的、精致的光子元件。通常为了稳定性，

2、光子元件装在气密密封的封装里面，例如，在晶体管外形(TO)头中的激光二极管。光电子元件连接以形成电路的安装结构可以是柔性电路、FR-4板或几种其它的连接材料。一个例子是在FR-4板上的电信阵列放大器，然后板又浇铸成模块。另一个例子是在PCB上的光电发射器(图一)。 图一、安装在PCB上的光电子发射器的典型元件　　由于今天光电子市场的特性，以PCB定位的OEM和EMS供应商必须熟悉广泛的基板类型以及有源与无源的元件，如发射器、接收器、棱镜、单个的激光二极管、光缆、微电子机械系统(MEMS,microelectronic-mechanicalsystem)的反射器矩阵、甚至微

3、光电子机械系统(MOEMS)的射流开关。在每个级别都将涉及这些元件，从芯片到封装到发射/接收光纤(图二)。 图二、多通道光电子封装　　现在和将来，光子电路的心脏是激光二极管。例如，边缘发射激光二极管和垂直空腔表面发射激光二极管(VCSEL,verticalcavitysurface-emittinglaserdiode)。这些元件要求一台绑定机，具有大多数传统PCB装配制造商不习惯使用的能力和设计特性。绑定材料(BondingMaterials)　　现在，在电信应用中，金/锡合金是用于安装VCSEL和边缘发射器到子装配的最常指定的绑定材料。该合金的应用或者通过电镀到子装配

4、上或者通过放置金/锡预成型，然后加热回流，形成焊接。　　可是，一些封装者使用环氧树脂，特别是对于计算机通信应用，因为它简化和加速了焊接工艺，成本较低。例如，一个激光二极管可以用树脂附着到每一个TO头上，这些头坐落在绑定机的贴装站的托盘里，然后所有的环氧树脂可以同时固化。　　一旦实施光电子装配的标准工艺和封装，树脂绑定应该得到甚至更大的好处，因为它有助于自动化工艺，这个自动化工艺是新设计的开发与起始低产量生产阶段随之而来的。广告词句：选择一台可以运行合金和树脂两种安装工艺的绑定机，这样可以最充分地利用这台绑定机。激光二极管的绑定(LaserDiodeBonding)　　一个

5、激光二极管的细致如盐的颗粒大小和精密的特性为OEM和EMS供应商产生了不寻常的挑战。绑定负载与温度曲线的精密计算机控制对于保护这些元件在绑定工艺中不被压碎和过热是绝对必要的。绑定机的Z运动必须施加一个可重复的、非常低的绑定载荷给元件，以避免压碎或者甚至给它应力。　　另一个可能影响绑定机选择的考虑是其堆叠元件的能力。例如，该应用可能要求首先沉积树脂在TO头上，然后一个陶瓷隔离片放在树脂上，在将树脂放在陶瓷顶面，最后VCSEL放进里面。　　如果要使用树脂，树脂点的大小必须比具有正向位移阀的标准针嘴滴胶系统可达到的更小。这类系统滴出的胶点就象俗话说的“黑人的蜜吻”，对于VCSE

6、L应用简直太大了。由于胶点太大，当放置元件时材料流出边缘周围，流到激光元件的发射区域，阻碍发射的光束(图三)。 图三、通过标准的针嘴滴胶机滴出的胶太多　　今天，许多光电子装配制造商尝试使用一个针嘴滴胶系统来进行树脂安装工艺。可是，这些装配制造商都通常缺乏深入的半导体封装经验。为了取得成功，装配制造商必须有一台装备有树脂转移工具技术的绑定机，这种设备在20-25年前即普遍用于半导体工业。该技术允许绑定机操作员准确地将极其小量的胶滴在子装配上。　　为了完成激光二极管树脂安装，在绑定机上某些特性是有用的。例如，绑定机的吸取工具可能装备一个双头，一个从其载体上吸取激光二极管，另一

7、个用于树脂转移工具。　　视觉能力需要用来达到准确安装微小的激光元件所要求的对准和贴装精度。应该为视觉系统考虑几个设计特性。首先，一个光束分路器是有用的，在对准步骤中，它以高放大倍数同时叠加传送工具头的图像和着陆座的图像。其次，一个用光纤照明的立体放大显微镜允许操作员检查安装工艺和实时地检查对准。　　如果放置VCSEL，可能发生这些片子的不对准。例如，当绑定机的吸取工具下去从载体上吸取VCSEL时，由于工具头的真空关闭，VCSEL的发光点可能变得不对准。可是，如果真空开着，可能造成VCSEL跳起来，产生不对准。还有，当吸取工具将