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                      植球技術在SMT行業中的應用服務

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                      植球技術在SMT行業中的應用

                      發布時間:2016-06-13 07:59:21 分類:資料中心

                        植球技術已廣泛應用于半導體工業,越來越多的 專業晶圓制造商用它取代傳統的電鍍焊或高精 度焊膏印刷等工藝。由于直接植球為二次組裝 提供了一個靈活、快速、準確和成本低廉的解決方案,大型 EMS企業也逐步進入了這一領域。

                       
                        OEM客戶在器件制造方面已經接受了新的概念,即器件可在EMS公司制作生產并直接用于最終產品的組裝。這 樣做的好處在于:提供了更高的收益率,縮短了產品交貨期,符合中小批量的要求,更關鍵的是較大幅度地降低了成本。在此情形下,SMT行業應用植球技術變得越來越有必要,而EMS企業只有掌握了晶圓級和芯片級封裝技術,才 能響應OEM客戶的要求。
                       
                        本文主要介紹應用在電路板上的植球技術。
                       
                        流程簡介
                       
                        整個工藝包括四個步驟:涂布助焊劑、植球(球印刷)、 檢驗及返工,以及回流焊。
                       
                        植球需要兩臺在線印刷機:一臺是用于涂布膏狀助焊 劑的普通網板式印刷機,另外一臺用于植球(采用特殊的植 球印刷頭)。兩臺印刷機都可隨時切換為電子組裝用的普通 印刷機。此外,用于爐前返工補球的低成本設備,可有效地 避免諸如少球等質量問題。
                       
                        步驟一:涂布助焊劑涂布膏狀助焊劑是植球工藝的第一步,它是保持球的定位以及在回流焊中良好成型的關鍵步驟。特別設計的網板(圖1)應用于膏狀助焊劑的印刷,該網板的開口是基于印刷電路板的焊盤尺寸和焊球的大小而確定的。
                       
                        在印刷膏狀助焊劑這一 步,同時使用了兩種類型的刮刀,前刮刀是橡膠刮刀(圖2),后刮刀是金屬垂直刮板(圖3)。垂直刮板先將一層薄薄的助焊劑均勻涂布在網板上,然后橡膠刮刀再將助焊劑印刷在電路板焊盤上。這個 工藝設計的好處是在線路板的焊盤上提供一個平整均勻的 助焊劑層,同時也保持網板潤濕而不干燥,有效地防止了 助焊劑堵孔的狀況。
                       
                        DOE被用來確定助焊劑印刷的最佳參數。
                       
                        印刷之后以顯微鏡來觀察并計算助焊劑在焊盤上的覆蓋率,并計算DOE的結果。表2是實際助焊劑印刷的DOE矩陣數據。
                       
                        助焊劑覆蓋率反映了DOE實驗結果。圖5是助焊劑印刷缺陷的實例,其中包 括印刷錯位、過量溢出和量少等。
                       
                        從各因素主要關系與交聯反應的影響圖分析(見圖6),印刷速度、印刷壓 力、刮刀角度和印刷間隙各個因素對助焊劑印刷結果都有著顯著的影響,而且各個因素之間的交聯反應也是如此。
                       
                        基于參數矩陣優化分 析可得出優化參數設定, 如表3所示。
                       
                        在這個DOE的試驗中 能夠得到最優化的印刷參數設定;當然,不同的設備會有一定的差異。在生產過程中網板很容易受到損壞, 所以需要細心地處理和搬動。在助焊劑印刷過程中,固體粉塵或者其他外來的物質很容易堵塞網板的開口,只能用空氣槍來清洗。異丙醇或酒精等清潔劑都不能用來清潔網板,因其會溶解并破壞網板上的高分子材料,通常是在生產結束后用無塵布沾去離子水擦拭并用氣槍吹干。
                       
                        助焊劑印刷完成后,需要在顯微鏡下檢查漏印、量不足或錯位。通常助焊劑是透明的,而且目視檢驗很難檢查出缺陷。為方便目視檢查,合理地改變助焊劑顏色是必要的。
                       
                        步驟二:植球
                       
                        在植球階段,同樣需要特殊設計的模板(見圖7)。 該模板的開口設計也是基于實際焊球大小和電路板焊盤尺寸,這樣做基于兩個方面的考慮:一是需避免助焊劑污染 到模板和焊球;二是如何使焊球順利地通過模板開口。
                       
                        該模板結構有兩層:主體是電鑄模板,具有比激光或化學蝕刻模板更光滑的孔壁,因而可使焊球順利通過;第二層 是緊密結合在模板的底部的一個略帶柔性的隔離層(見圖 8)。復合的兩層具有與焊球直徑幾乎相同的厚度,很好地 避免了膏狀助焊劑對電鑄模板的污染,同時使焊球順利地 通過模板到達焊盤并被助焊劑粘住。
                       
                        特別設計的植球印刷頭能使每個焊球與模板之間的摩 擦力達到最低,并施以可控制的放置力,將焊球放進每個開孔中(焊球是通過毛細 作用和重力的影響被分配到每個開孔中的)。這一步中,焊球轉移設備是極其關鍵的,焊球印刷的參數定義如表4所示 。
                       
                        在印刷過程中偶爾會 發生焊球堵孔,這是由于開孔被細小灰塵或纖維堵塞造成的。因為很難確定哪個焊球受損,需報廢所有待印刷的焊 球,因此焊球廢棄率較高。
                       
                        在這一步,模板是不需要清洗的。IPA或酒精清潔劑也 不能用來擦試模板,因為有機的清洗劑會破壞模板兩層之 間的粘合,如果發生堵塞可使用氣槍來清理。
                       
                        步驟三:檢測和返工
                       
                        AOI(自動光學檢測)設備用于植球以后的在線檢測。 主要缺陷通常是少球和錯位(見圖9)。檢查后,少球的電路板需使用離線的半自動補球設備做返工處理;對于錯位 缺陷,清洗電路板并重新印刷是唯一的辦法。
                       
                        離線的半自動補球設備是專門為少球重植而設計的, 少球的放置需要使用準確的圖像放大系統,先用一個操作 臂在缺球的焊盤上涂布膏狀助焊劑,然后使用另一個操作臂在該焊盤上補球。如果焊盤上的助焊劑已經足夠了,則可以在編寫程序時將涂布助焊劑的步驟省略。間隙性氣壓控制是完成涂布助焊劑和補球的關鍵。圖1 0顯示了補球設備的結構。
                       
                        該離線補球設備非常重要,不能影響電路板上的其它放置準確的焊球。經過返工后, 需要將電路板在回流焊前用 AOI設備重新檢查, 以確保無缺陷。
                       
                        步驟四:回流焊
                       
                        植球的回流焊過程與普通的SMT回流焊工藝一樣。對 于無鉛產品,一般選用的焊料合金是SAC105,它的熔點比用于電路板的無鉛焊膏略高一點(通常高2~3℃),以防止在二次回流中再次造成缺陷。當然,這還要看客戶的工藝規定。圖11是關于植球回流焊的曲線圖。
                       
                        回流焊后需要用AOI檢查。在這一步驟中,考慮 到實際上該產品是BGA類型,如果有任何少球或錯位, 則該電路板將被報 廢,因為任何方式 的返修都可能引起 在下一步的組裝過 程中元件的失效。
                       
                        小結
                       
                        這項植球工藝研究是為了從EMS公司的生產角度從發, 尋找到涂布助焊劑、植球、返工及回流焊的標準工藝。研究 中的關鍵點是助焊劑涂布參數設定、置球模板和缺失焊球的 返工。研究中還發現,在膏狀助焊劑印刷后的檢驗存在檢出度不足的問題;因此,與助焊劑供應商合作以尋求利于印刷 后檢驗效果的進一步的研究是十分必要的。
                      來源:植球技術在SMT行業中的應用

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