Bislang eine Domäne der asiatischen Großserienfertiger Package-on-Package wird auch für kleine Serien interessant

Skeptisch beurteilt Wolfgang Heinz-Fischer, Leiter Marketing von TQ die PoP-Technik aus der Sichtweise des Obsolescence-Management: "Weil diese Technik aus dem Consumer-Bereich kommt, ist die langfristige Verfügbarkeit nicht gesichert."

Package-on-Package (PoP) bietet die Möglichkeit, ein BGA-Paket, wie etwa einen Speicherbaustein, auf einen anderen BGA - z. B. einen Prozessor – aufzulöten. Bisher war PoP eine Domäne der Großserienfertiger in Asien. Jetzt beginnt sich PoP auch für kleine Losgrößen mitteleuropäischer Fertigungen durchzusetzen.

PoP kommt bislang meist nur bei großen Serien der Consumer-Elektronik wie Mobiltelefone zum Einsatz. Prinzipiell eignet sich die Technik aber für alle Applikationen und Geräte, die eine hohe Packungsdichte bei hoher Leistungsfähigkeit fordern. Auch bei der HF-Technik kann PoP seine Vorteile durch kurze Signalwege ausspielen.

Denkbare Einsatzgebiete für PoP im Bereich der Industrieelektronik sind Handhelds beispielsweise im Bereich der Messtechnik oder der Medizintechnik aber auch die Bahntechnik, Automotive und Luftfahrt bietet Potenzial für diese Fertigungstechnik. Bisher gab es allerdings nur wenige Fertiger, die PoP in Mitteleuropa auch für kleine Aufträge angeboten haben. Als Grund dafür werden immer wieder die höheren Kosten dieser Fertigungstechnik im Vergleich zur Standard SMD-Fertigung genannt. Das ist aber laut Johann Weber, Vorstandsvorsitzender von Zollner Elektronik, eher ein pauschales Vorurteil und kommt auf den Einzelfall an. Wenn genügend Platz zur Verfügung steht, so dass die Bauteile auch im Standardverfahren untergebracht werden können, dann ist das zwar meist günstiger. Aber wenn besondere Anforderungen zu erfüllen sind, etwa, wenn ein Modul nach dem Test vergossen werden soll, dann ist Package-on-Package laut Weber sicher eine geeignete Alternative.  Skeptisch beurteilt Wolfgang Heinz-Fischer, Leiter Marketing von TQ das PoP aus der Sichtweise des Obsolescence-Management: »Weil diese Technik aus dem Consumer-Bereich kommt, ist die langfristige Verfügbarkeit nicht gesichert. Speicherbausteine sind bekannt dafür, dass sich diese alle zwei bis drei Jahre ändern und dann ändert sich auch das Package. Wir müssen aber 10 bis 15 Jahre liefern können, z. B. wenn es um Medizintechnik, die Automatisierung oder um Applikationen für die Luftfahrt geht.« Deshalb, so Heinz-Fischer, setze TQ diese Technik momentan nicht ein.

Aber auch wenn es kritische Stimmen gibt: Zukunftsträchtig ist PoP nach Ansicht von Weber allemal und eine gute Möglichkeit für einen EMS sich vom Mitbewerb zu differenzieren. Zollner Elektronik beschäftigt sich aus der Historie der Multi-Chip-Module heraus seit 2010 mit ausführlich mit PoP und setzt solche Packages bislang auf verschiedenen eigenen Testboards sowie für Kundetestanwendungen ein.  Auch kleinere EMS-Anbieter wie die Schweizer Escatec oder der deutsche EMS-Anbieter productware wagen sich mittlerweile auf das PoP-Terrain von vor, schließlich ist das technisch kein Hexenwerk. Noch immer tun sich Auftraggeber allerdings schwer, einen geeigneten EMS-Dienstleister zu finden, der PoP in seinen SMT-Prozess integriert hat.  Vor diesem Hintergrund erhielt productware die Anfrage eines international tätigen Anbieters von Autoradios, Soundkomponenten und Unterhaltungselektronik. »Das Unternehmen konnte für die Fertigung seiner neuesten Entwicklung, einer Baugruppe mit 547-poligem OMAP4430-Prozessor auf dem in PoP-Technik ein 216-poliges 8-GBit-DDR2-RAM montiert ist, bei seinen bisherigen Partnern keinen geeigneten Dienstleiser finden«, erinnert sich Marco Balling, Geschäftsführer von productware. »Deshalb fragte der Kunde bei uns an, ob wir diese Technologie verarbeiten können.« Es ging dabei um zehn Prototypen. Die Herausforderung lag bei diesem Projekt laut Balling darin, sehr akkurat zu bestücken und zu löten. Beide erwähnten BGA-Gehäuse - und auch noch weitere - haben eine hoch integrierte Anschlussdichte mit 0,25 mm großen Balls im Pitch von 0,4 mm. productware prüfte die Anforderung gemäß den Qualitätsvorgaben und gab nach erfolgreicher Prüfung das  technische OK zur Fertigung.

Obwohl PoP ursprünglich aus der Massenfertigung von Consumergeräten kommt, sieht Martin Muendlein, technischer Direktor von Escatec die Vorteile gerade auch für kleine Serien: »Es ist ideal für Kunden, die tragbare Geräte herstellen lassen wollen, für die hochleistungsfähige Prozessoren benötigt werden - gleichwohl aber nur ein begrenzter Platz zur Verfügung steht. Wir haben bereits einen Kunden, der PoP bei seiner nächsten Generation von Handterminals einsetzen möchte.« Der Schweizer EMS-Dienstleister Escatec hat die Package-on-Package Fertigung vor kurzem in sein Dienstleistungsspektrum aufgenommen. Um diese Fertigungstechnik anbieten zu können, ist eine spezielle Dipping Einheit erforderlich, die beispielsweise die Bestückungsmaschinenherstellern Fuji und Siplace als modulare Zusatzausstattung für den Bestückungsautomaten anbieten. Der Investitionsrahmen für eine solche Dippingeinheit ist »überschaubar«, wie die befragten EMS-Untenehmen bestätigen. Teurer wird es allerdings beim Testequipment. Weil die automatische optische Inspektion nicht ausreicht, ist eine Röntgenüberprüfung erforderlich. Und für ein solches Gerät muss der EMS dann schon deutlich tiefer in die Tasche greifen.  

Wie funktioniert die PoP-Bestückung? Die Dipping Einheit benetzt etwa 50 Prozent jeder Kugel des Ball-Grid-Arrays mit Lötpaste bzw. Flussmittel. Vor dem Löten werden beide Komponenten aufeinander gesetzt und in einem Arbeitsgang miteinander verlötet. Während des Lötvorgangs sinkt der obere Baustein ab, so dass in der Endmontage nahezu kein Spalt zwischen den beiden, gestapelten Chips mehr vorhanden ist. Ob die Schichten der PoP-Stapelspeicher präzise verbunden sind, wird dann über eine Röntgen-Überprüfung festgestellt:  Die dunkleren Kugeln gehören zu der oberen BGA Einheit, während die Kugeln der unteren BGA Einheit heller sind.