元器(qì)件(jiàn)翹曲變形對(duì)裝配良率的(de)影(yǐng)響★σ☆≥至為(wèi)關鍵

元器(qì)件(jiàn)翹曲變形導緻在裝配之後焊點開(k↕♠āi)路(lù)，其翹曲變形既有(yǒu)來(lái)自(zì)元件(jiàn)在封裝過程中的(dε≤φe)變形，也(yě)有(yǒu)因為(wèi)回流 焊接過程中的(de)高(gāo€&ε≈)溫引起的(de)熱(rè)變形。由于堆疊裝配的(de)元件(jiàn)很(hěσ♣n)薄，底部元件(jiàn)甚至薄到(dào)0.3 mφεm，在封裝過程中極易 産生(shēng)變形。如(rú)圖1所示。≈☆

圖1 元件(jiàn)翹曲變形示意圖

元件(jiàn)封裝過程中産生(shēng)變形最大(dà)是(shì)>∑‌∞在進行(xíng)模塑（封膠）之後，我們發現(xiàn)随著(zhe)元件(jiàn)尺¶÷‌®寸的(de)增加，其變形量也(yě)會(huì) 增大(dà)。堆疊的(de)兩個(≥←☆γgè)元件(jiàn)，底部元件(jiàn)變形量會(huì)相(xià πng)對(duì)大(dà)一(yī)些 ‍∞¥(xiē)。來(lái)自(zì)不(bù)同供應商的÷↕δ<(de)元器(qì)件(jiàn)其變形量也(yě)αδα 會(huì)不(bù)一(yī)樣。如(rú) 圖2和(hé)圖3所示。

之所以會(huì)産生(shēng)翹曲變形是(shì)因為(wèi)元器(qì)件(ji¥↔•‌àn)中各種材料的(de)彈性模量和(hé)熱σ‍(rè)膨脹系數(shù)各不(bù)一(yī)樣，如(rú)果所選用(yòng)材δ π料以上(shàng) 特性差異越大(dà)，再加上(shàng)物(wù)理(lǐ)尺寸的$&(de)影(yǐng)響（長(cháng≠±♦)寬厚），其變形就(jiù)越明(míng)顯。要(yào)保證較高(gāoα≤α)的(de)裝配良率，對(duì)堆疊元件(jiàn) 的(de)平整度要(yào)求很(hě>€n)重要(yào)，要(yào)選擇質量好(hǎo)的(de)供應商。 ✔↔

底部元件(jiàn)錫膏印刷工(gōng₽®±÷)藝的(de)控制(zhì)

底部元件(jiàn)球間(jiān)距是(shì)0.λ₩♥→5 mm或0.4 mm的(de)CSP，對(duì)于錫膏印刷是(  ×≤shì)一(yī)個(gè)挑戰，需要(yào)優化(huàσ∏)CB焊盤的(de)設計(jì)，印刷鋼網的(de)開(kāi)孔設計(jì★™γ)也(yě)需要(yào)仔細考慮。錫膏的☆♠(de)選擇也(yě)成為(wèi)關鍵，往往會( <∏¥huì)

圖2 元器(qì)件(jiàn)封裝/組裝過程示意圖圖3 元器(qì)件(jiàn)封裝/組‌£裝過程翹曲變形分(fēn)析示意圖

有(yǒu)錫膏過量或不(bù)足的(de‌β¥®)現(xiàn)象。對(duì)于精細間(jiān)距的(d£$ ​e)晶圓級CSP的(de)錫膏印刷，應用(yòng)合适的(d∏≤¥♥e)PCB及鋼網設計(jì)加以良好(hǎo)的(de✔÷λφ)印 刷工(gōng)藝控制(zhì)，可(kě)以↑✔₩獲得(de)批量生(shēng)産條件(jiàn)下(xià)高(gāoδ×)的(de)裝配良率。0.4 mm CSP的(de)印刷可(kě)以選用(yònπ→₩g)type3，或type4，但(dàn) type4有(yǒΩ>∑✘u)時(shí)可(kě)能(néng)會(huì)出現(xiàn)連↑εε≥錫現(xiàn)象。市(shì)場(chǎng)上(shàng)現(xiàn>∑)在有(yǒu)type3和(hé)typ♠×≈e4混合的(de)一(yī)種錫膏，印刷效果不(bù)錯(cuò)。印刷工(gō÷≠σng)藝控 制(zhì)注意以下(xià)幾個(gè)πβ‌方面：

·當印刷微(wēi)間(jiān)距的(de)PCB時(shí)，要(yào)放(fàng∏$♠φ)慢(màn)印刷速度；

·選擇最接近(jìn)PCB闆的(de)刮刀(dāo)，兩邊離(lí)PCB邊緣有(yǒ <u)O.5″；

·錫膏在鋼網上(shàng)要(yào)形☆βα✘成良好(hǎo)的(de)“滾動”，而不(bù)是(shì)“滑動”；

·錫膏滾動柱表面要(yào)相(xiàng)對(duì)光(guāng)滑均勻，外(w¶★α≠ài)形要(yào)中心對(duì)稱：

·刮刀(dāo)刮過後孔要(yào)被完全填充；

·刮刀(dāo)刮過後鋼網要(yào)很(hěn)幹淨，沒有(yǒu)錫膏留在後<•☆面；

·脫模後孔壁要(yào)沒有(yǒu)錫膏或非常少(shǎo)的(de)錫膏留在其上(shàn↕δβg)；

·脫模的(de)速度極為(wèi)關鍵，一(yī>§‌↓)般來(lái)說(shuō)需要(yào)較低(dī)的(de)脫模速度，→✘≥如(rú)0.25～0.5 mm/s，但(dàn)也(yě)有(yǒu)些(xiē)錫'×★γ膏要(yào)求快(kuài)速脫模 ，需φ≥‍§要(yào)仔細閱讀(dú)技(jì)術(shù)說(s>®huō)明(míng)：

·印刷時(shí)對(duì)基闆平整的( ♥de)支撐一(yī)般都(dōu)要(yào)求全闆支撐，避免印錫不(bù)均勻的(de)現(xi±©àn)象。

影(yǐng)響印刷品質的(de)另>✔>一(yī)重要(yào)因素是(shì)印刷鋼網的(de)設計(jì)和(hé)制(zhì)造© ​φ：合适的(de)寬深（厚）比或開(kāi✘↑)孔面積比，孔壁是(shì)否光(guāng) 滑整齊。對(duì)于0.4 mm CSP©☆→ε，印刷鋼網推薦采用(yòng)如(rú)下(xià)設計(jì)：

·鋼網厚度5 mil，則方形孔為(wèi)lO m  ₹il×10 mil，圓形孔的(de)直徑為(wèi)11 mil；

·鋼網厚度若為(wèi)4 mil，則方形孔為(wèi)9 mil×↔↑£©9 mil，圓形孔的(de)直徑為(wèi)10 mil。

貼裝過程中基準J羔的(de)選擇和(hé)壓力的(de)控制♣≈¥‍(zhì)

底層元件(jiàn)以整闆基準點來(l​£>¥ái)矯正沒有(yǒu)問(wèn)題，上(shàng)層元件(jiàn)是®¶(shì)以整闆基準點還(hái)是(shì)以其底層元件(jiàn)>•¥背面上(shàng)的(de)局部基準點 來(lái)矯正就(jiùπ∞ )需要(yào)斟酌了(le)。如(rú)果同樣選擇整闆基準點，會(hu← ↓ì)很(hěn)方便，不(bù)需要(yào)任何變更，産出率也(yě)會(huì)高(gāo)， <但(dàn)貼裝精度 成了(le)争論的(de)焦點。事(shì)實上(shàng)，貼裝的(∏¥←de)精度會(huì)受到(dào)影(yǐng)響。而選擇其底層元件(jiàn)背面‌Ω 上(shàng)的(de)局部基準點，貼片×α周期會(huì)長(cháng) 産出率受到(dào)影(yǐng)響★>，對(duì)處理(lǐ)基準點的(de)相(xiàng)機(jī)提£$出了(le)挑戰（焦距的(de)問(wèn)題）。但(dàn)是(shì)貼片的'→↑•(de)精度會(huì)得(de)以保證。>¶₹©這(zhè)時(shí)貼裝 壓力的(de)控制(☆®×zhì)也(yě)變得(de)非常重要(yào)，過高(gāo π←≈)的(de)壓力會(huì)将底層元件(jiànγ©)的(de)錫膏壓塌；造成短(duǎn)路(♣↓™↓lù)和(hé)錫珠，高(gāo)壓力貼裝多(duō)層元件(jiàn) 也λ‍♦¶(yě)會(huì)因壓力不(bù)平衡導緻器(qì)件(™¶jiàn)倒塌。所以貼裝及浸蘸過程中需要(yào)較低(dī)的(de)貼裝壓力。

多(duō)層堆疊貼裝後，在傳送過程中，要(yào)求傳輸軌道(dào)運≤♣ 轉更加平穩，機(jī)器(qì)設備之間(jiān)軌道(dào)接口要(yào)順暢§ •，避免回流 焊接之前傳送過程中的(de)振動沖擊。

頂部元件(jiàn)助焊劑或錫膏量的(d☆≥e)控制(zhì)（如(rú)圖4所示）

助焊劑或錫膏的(de)厚度需要(yào)♥'≤​根據元件(jiàn)焊球尺寸來(lái)确定，保證适當且穩定均勻的↑§φ(de)厚度，使最小(xiǎo)的(de)焊球也(yě)能(nén∞♠g)在浸 蘸過程中蘸上(shàng)适量的(de)助焊劑或錫膏。需要(yào)考→≈γ慮優先選擇低(dī)殘留免清洗助焊劑或錫膏，如(rú✔♣)果需要(yào)底部填充工(gōng)藝 的(de)話(h★≠®uà)，必須考慮助焊劑/錫膏與阻焊膜及底部填充材料的(de)兼容性問(wèn)題。 £×​

頂部元件(jiàn)浸蘸助焊劑還(hái)是(s¶'hì)錫膏，會(huì)有(yǒu)不(bù)同的(de)考☆♠$慮。錫膏裝配的(de)優點是(shì)：①™☆↔ 可(kě)以一(yī)定程度地(dì)補償元件(jiàn)及基闆 的(de)翹曲變形；②↔±λ無須額外(wài)工(gōng)藝，可(kě)以與現(xiàn)有(yǒu)工(©<β&gōng)藝很(hěn)好(hǎo)兼容；③焊接後器(qì)×σ↔÷件(jiàn)離(lí)闆高(gāo)度$↓≈£稍高(gāo)，有(yǒu)利于可(kě)靠性。但(dàσ‍n) 也(yě)有(yǒu)其缺點：①會(huì)放(fàng)大(dà)焊球本來(lá♦ ∏ i)存在的(de)大(dà)小(xiǎo)的(de)差•σ異；②可(kě)供選擇的(de)這(zhè)類錫膏有(yǒu)限，價格也(yě)貴。

浸蘸用(yòng)的(de)錫膏不(bù)同于普通(tōng)印刷錫膏，其‍ §黏度為(wèi)⒛Pa·s左右，比普通(tōng)的(de)>♣≠錫膏低(dī)，金(jīn)屬顆粒直徑在5～25 gm 左右，比普通≠™♣(tōng)錫膏金(jīn)屬顆粒細，助焊劑百分(fēn)含€‌₩量約20％。所以其比普通(tōng)印刷錫膏稀很(hěn)₩™​<多(duō)，流動性非常好(hǎo)，适 合浸蘸工(gōng)藝。 ®α•

粘性助焊膏裝配的(de)優點是(shì)：①不(bù)會(huì)放(fàng)大(d€£>à)焊球本來(lái)存在的(de)大(dà)小(xiǎo)差異；♦☆>②工(gōng)藝好(hǎo)控制(zhì)，材料選擇也(yě)方便。

其缺點是(shì)：①對(duì)一(yī)點程度的(de)翹曲變形無補償作(zu±≤ò)用(yòng)；②需要(yào)增加工(g✘↔♣ōng)藝。

圖4 助焊劑或錫膏量的(de)控制(zhì)

頂部元件(jiàn)CSP的(de)助焊劑浸蘸工(gōng)藝與我們在之 §♠™前介紹過的(de)倒裝晶片的(de)助焊劑浸蘸工(gōng)藝相(xiàng)似，控制(zh♠ $Ωì)重點和(hé)方法也(yě) 類似。所不(bù)同的(de)是(shλ←‌®ì)，CSP需要(yào)浸蘸更多(duō)的(de)助焊劑，要(yào)求助焊劑膜更厚。對(d≠‌uì)于0.4mm高(gāo)度的(de)焊球πσ≤，實際膜厚需要(yào) 0.2 mm左右，也(yě)就(ji > δù)是(shì)相(xiàng)當于焊球高(gāo)度的(de)一↑¶★≥(yī)半，實際的(de)膜厚依賴于材料的(de)選擇&®。圖5為(wèi)頂部元件(jiàn)浸蘸在0.2 mm 厚的(de)錫膏中÷✘∑，組裝在玻璃片上(shàng)看(kàn)到(dào)的(∏∞de)情形。

圖5 頂部元件(jiàn)浸蘸在0.2 mm厚的(de)錫膏中組裝在玻$←←€璃片上(shàng)的(de)外(wài)觀圖≠™β

回流焊接工(gōng)藝的(de)控制(z®&hì)

首先我們面臨的(de)是(shì)對(duì)于無鉛回流焊接工∏β•(gōng)藝選擇焊接環境的(de)問(wèn)題。在空(kōng)≠§氣中焊接，特别是(shì)對(duì)于無鉛工(gōng)藝♣'ε↑， 增加了(le)金(jīn)屬的(de)氧化(huà)，潤濕不(b¶≈ù)好(hǎo)，焊球不(bù)能(néng)完整的(de)塌陷。在低(dī∞∑)氧氣濃度（（50 ppm）氮氣中焊接降低(dī)了(le)金(↑✘₹jīn)屬氧 化(huà)，潤濕效果好(hǎo)，能(néng)¥λ∞夠形成完整的(de)塌陷，而且表現(xiàn)出 ♥‍良好(hǎo)的(de)自(zì)對(duì)中性。但(dàn)™®÷0201/0402這(zhè)類元件(jiàn)會(huì)出現(xiàn)立碑現(xiàn) 象↓₽，另外(wài)，焊接成本也(yě)會(huì)增加25％～β★50％。

由于無鉛焊接的(de)溫度較高(gāo)，較薄的(de)元件(jiàn)™✔σ和(hé)基闆（厚度可(kě)達0.3 mm）在∞←回流焊接過程中很(hěn)容易熱(rè)變形，需要(yào) 細緻的(de)優化(huàλ♦)回流焊接溫度曲線。同時(shí)，監控頂層元件☆•±(jiàn)表面與底層元件(jiàn)內(nèi)部溫度非常重要(yàε"≈☆o)，既要(yào)考慮頂層元件(jiàn) ♦  表面溫度不(bù)要(yào)過高(gāo)，又(yòu)要(yào↕×)保證底層元件(jiàn)焊球和(hé)錫膏充分(fēn)熔化(¶>huà)形成良好(hǎo)的(de)焊點（有(yǒu)時(shí)底層元件(jiàπ Ωn)焊球可(kě)能(néng)是(shì)高(gāo)鉛 材料，此時(shí)焊球可(k<↔ě)能(néng)不(bù)熔或部分(fēn)熔融，錫膏則熔化(huà)冷(lěng)卻形成焊點） ≠。對(duì)于多(duō)層堆疊裝配，升溫速度建 ♥•議(yì)控制(zhì) 在1，5OC/s以內(nèi)，防止熱(rè) λ ☆沖擊及爐內(nèi)移位或其他(tā)焊接缺'≤陷。在保證焊接品質的(de)前提下(xià)，讓回流溫度盡量的∏♣ (de)低(dī) ，最大(dà)程度的(de)降低(dī)熱(rè)變形的(de)可(kě"αβ)能(néng)。

C4元件(jiàn)在焊接過程中高(gāo)度會✘±(huì)有(yǒu)一(yī)定程度的(de)降低(dī)，如(rú)圖6δγ所示，這(zhè)可(kě)以補償焊球高(gāo)度的(de≈÷ )不(bù)一(yī)緻性，但(dàn)是(shì)基闆 焊盤要(yào)設計φ♠(jì)适當的(de)公差，将焊接過程中的(de™≤επ)變形及不(bù)共面性一(yī)并考慮。圖7和(hé)圖8是(shì)元件(₩'♦jiàn)在回流焊前和(hé)回流焊高(gāo) 度示意圖。

圖6 元件(jiàn)回流後高(gāo)度降低(dī)

圖7 回流焊接之前

圖8 回流焊接之後

回流焊接後的(de)檢查

堆疊兩層應用(yòng)X－Ray來(lái)檢查應β‌該沒有(yǒu)什(shén)麽問(wèn)題，隻要(yàoγ¥←)在産品上(shàng)設計(jì)适當的(de)參照(zhào)，可(kě)以輕✘✔¥$易檢查出元件(jiàn)是(shì)否 有(yǒu)偏移等。但(dàn)對(duì)于多(duō)≥★層堆疊，要(yào)清楚的(de)檢查各層焊點情況實非易事(shì)，這(zhè)時(s₹±£hí)需要(yào)X－Ray檢查儀具有(yǒu)分( ®fēn)層檢查的(de)功能(néng)。

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