元器件(jiàn)翹曲變形對裝配良率的影(yǐng)響至爲關鍵

元器件(jiàn)翹曲變形導緻在裝配之後焊點開路(lù)，其翹曲變形既有來(lái)自(zì)元件(jiàn)在封裝過程中的變形，也有因爲回流 焊接過程中的高溫引起的熱(rè)變形。由于堆疊裝配的元件(jiàn)很薄，底部元件(jiàn)甚至薄到0.3 mm，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)是在進行模塑（封膠）之後，我們發現随着元件(jiàn)尺寸的增加，其變形量也會 增大(dà)。堆疊的兩個元件(jiàn)，底部元件(jiàn)變形量會相(xiàng)對大(dà)一些。來(lái)自(zì)不同供應商的元器件(jiàn)其變形量也會不一樣。如(rú) 圖2和圖3所示。

之所以會産生(shēng)翹曲變形是因爲元器件(jiàn)中各種材料的彈性模量和熱(rè)膨脹系數各不一樣，如(rú)果所選用材料以上 特性差異越大(dà)，再加上物理尺寸的影(yǐng)響（長寬厚），其變形就(jiù)越明顯。要保證較高的裝配良率，對堆疊元件(jiàn) 的平整度要求很重要，要選擇質量好的供應商。

底部元件(jiàn)錫膏印刷工(gōng)藝的控制

底部元件(jiàn)球間距是0.5 mm或0.4 mm的CSP，對于錫膏印刷是一個挑戰，需要優化CB焊盤的設計(jì)，印刷鋼網的開孔設計(jì)也需要仔細考慮。錫膏的選擇也成爲關鍵，往往會

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

有錫膏過量或不足的現象。對于精細間距的晶圓級CSP的錫膏印刷，應用合适的PCB及鋼網設計(jì)加以良好的印 刷工(gōng)藝控制，可(kě)以獲得(de)批量生(shēng)産條件(jiàn)下高的裝配良率。0.4 mm CSP的印刷可(kě)以選用type3，或type4，但(dàn) type4有時可(kě)能會出現連錫現象。市場上現在有type3和type4混合的一種錫膏，印刷效果不錯。印刷工(gōng)藝控 制注意以下幾個方面：

·當印刷微間距的PCB時，要放(fàng)慢(màn)印刷速度；

·選擇最接近PCB闆的刮刀，兩邊離(lí)PCB邊緣有O.5″；

·錫膏在鋼網上要形成良好的“滾動”，而不是“滑動”；

·錫膏滾動柱表面要相(xiàng)對光(guāng)滑均勻，外形要中心對稱：

·刮刀刮過後孔要被完全填充；

·刮刀刮過後鋼網要很幹淨，沒有錫膏留在後面；

·脫模後孔壁要沒有錫膏或非常少的錫膏留在其上；

·脫模的速度極爲關鍵，一般來(lái)說(shuō)需要較低的脫模速度，如(rú)0.25～0.5 mm/s，但(dàn)也有些錫膏要求快(kuài)速脫模 ，需要仔細閱讀(dú)技術(shù)說(shuō)明：

·印刷時對基闆平整的支撐一般都(dōu)要求全闆支撐，避免印錫不均勻的現象。

影(yǐng)響印刷品質的另一重要因素是印刷鋼網的設計(jì)和制造：合适的寬深（厚）比或開孔面積比，孔壁是否光(guāng) 滑整齊。對于0.4 mm CSP，印刷鋼網推薦采用如(rú)下設計(jì)：

·鋼網厚度5 mil，則方形孔爲lO mil×10 mil，圓形孔的直徑爲11 mil；

·鋼網厚度若爲4 mil，則方形孔爲9 mil×9 mil，圓形孔的直徑爲10 mil。

貼裝過程中基準J羔的選擇和壓力的控制

底層元件(jiàn)以整闆基準點來(lái)矯正沒有問(wèn)題，上層元件(jiàn)是以整闆基準點還(hái)是以其底層元件(jiàn)背面上的局部基準點 來(lái)矯正就(jiù)需要斟酌了。如(rú)果同樣選擇整闆基準點，會很方便，不需要任何變更，産出率也會高，但(dàn)貼裝精度 成了争論的焦點。事(shì)實上，貼裝的精度會受到影(yǐng)響。而選擇其底層元件(jiàn)背面上的局部基準點，貼片周期會長 産出率受到影(yǐng)響，對處理基準點的相(xiàng)機提出了挑戰（焦距的問(wèn)題）。但(dàn)是貼片的精度會得(de)以保證。這時貼裝 壓力的控制也變得(de)非常重要，過高的壓力會将底層元件(jiàn)的錫膏壓塌；造成短(duǎn)路(lù)和錫珠，高壓力貼裝多層元件(jiàn) 也會因壓力不平衡導緻器件(jiàn)倒塌。所以貼裝及浸蘸過程中需要較低的貼裝壓力。

多層堆疊貼裝後，在傳送過程中，要求傳輸軌道運轉更加平穩，機器設備之間軌道接口要順暢，避免回流 焊接之前傳送過程中的振動沖擊。

頂部元件(jiàn)助焊劑或錫膏量的控制（如(rú)圖4所示）

助焊劑或錫膏的厚度需要根據元件(jiàn)焊球尺寸來(lái)确定，保證适當且穩定均勻的厚度，使最小的焊球也能在浸 蘸過程中蘸上适量的助焊劑或錫膏。需要考慮優先選擇低殘留免清洗助焊劑或錫膏，如(rú)果需要底部填充工(gōng)藝 的話，必須考慮助焊劑/錫膏與阻焊膜及底部填充材料的兼容性問(wèn)題。

頂部元件(jiàn)浸蘸助焊劑還(hái)是錫膏，會有不同的考慮。錫膏裝配的優點是：①可(kě)以一定程度地補償元件(jiàn)及基闆 的翹曲變形；②無須額外工(gōng)藝，可(kě)以與現有工(gōng)藝很好兼容；③焊接後器件(jiàn)離(lí)闆高度稍高，有利于可(kě)靠性。但(dàn) 也有其缺點：①會放(fàng)大(dà)焊球本來(lái)存在的大(dà)小的差異；②可(kě)供選擇的這類錫膏有限，價格也貴。

浸蘸用的錫膏不同于普通印刷錫膏，其黏度爲⒛Pa·s左右，比普通的錫膏低，金屬顆粒直徑在5～25 gm 左右，比普通錫膏金屬顆粒細，助焊劑百分(fēn)含量約20％。所以其比普通印刷錫膏稀很多，流動性非常好，适 合浸蘸工(gōng)藝。

粘性助焊膏裝配的優點是：①不會放(fàng)大(dà)焊球本來(lái)存在的大(dà)小差異；②工(gōng)藝好控制，材料選擇也方便。

其缺點是：①對一點程度的翹曲變形無補償作(zuò)用；②需要增加工(gōng)藝。

圖4 助焊劑或錫膏量的控制

頂部元件(jiàn)CSP的助焊劑浸蘸工(gōng)藝與我們在之前介紹過的倒裝晶片的助焊劑浸蘸工(gōng)藝相(xiàng)似，控制重點和方法也 類似。所不同的是，CSP需要浸蘸更多的助焊劑，要求助焊劑膜更厚。對于0.4mm高度的焊球，實際膜厚需要 0.2 mm左右，也就(jiù)是相(xiàng)當于焊球高度的一半，實際的膜厚依賴于材料的選擇。圖5爲頂部元件(jiàn)浸蘸在0.2 mm 厚的錫膏中，組裝在玻璃片上看(kàn)到的情形。

圖5 頂部元件(jiàn)浸蘸在0.2 mm厚的錫膏中組裝在玻璃片上的外觀圖

回流焊接工(gōng)藝的控制

首先我們面臨的是對于無鉛回流焊接工(gōng)藝選擇焊接環境的問(wèn)題。在空氣中焊接，特别是對于無鉛工(gōng)藝， 增加了金屬的氧化，潤濕不好，焊球不能完整的塌陷。在低氧氣濃度（（50 ppm）氮氣中焊接降低了金屬氧 化，潤濕效果好，能夠形成完整的塌陷，而且表現出良好的自(zì)對中性。但(dàn)0201/0402這類元件(jiàn)會出現立碑現 象，另外，焊接成本也會增加25％～50％。

由于無鉛焊接的溫度較高，較薄的元件(jiàn)和基闆（厚度可(kě)達0.3 mm）在回流焊接過程中很容易熱(rè)變形，需要 細緻的優化回流焊接溫度曲線。同時，監控頂層元件(jiàn)表面與底層元件(jiàn)内部溫度非常重要，既要考慮頂層元件(jiàn) 表面溫度不要過高，又要保證底層元件(jiàn)焊球和錫膏充分(fēn)熔化形成良好的焊點（有時底層元件(jiàn)焊球可(kě)能是高鉛 材料，此時焊球可(kě)能不熔或部分(fēn)熔融，錫膏則熔化冷(lěng)卻形成焊點）。對于多層堆疊裝配，升溫速度建議(yì)控制 在1，5OC/s以内，防止熱(rè)沖擊及爐内移位或其他(tā)焊接缺陷。在保證焊接品質的前提下，讓回流溫度盡量的低 ，最大(dà)程度的降低熱(rè)變形的可(kě)能。

C4元件(jiàn)在焊接過程中高度會有一定程度的降低，如(rú)圖6所示，這可(kě)以補償焊球高度的不一緻性，但(dàn)是基闆 焊盤要設計(jì)适當的公差，将焊接過程中的變形及不共面性一并考慮。圖7和圖8是元件(jiàn)在回流焊前和回流焊高 度示意圖。

圖6 元件(jiàn)回流後高度降低

圖7 回流焊接之前

圖8 回流焊接之後

回流焊接後的檢查

堆疊兩層應用X－Ray來(lái)檢查應該沒有什麽問(wèn)題，隻要在産品上設計(jì)适當的參照(zhào)，可(kě)以輕易檢查出元件(jiàn)是否 有偏移等。但(dàn)對于多層堆疊，要清楚的檢查各層焊點情況實非易事(shì)，這時需要X－Ray檢查儀具有分(fēn)層檢查的功能。

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