高速組裝工藝和特性化3

高速0201組裝工藝和特性化摘要本文論述了超小印腳、表面組裝分立元件的高速組裝，特別是0201無(wú)源元件的組裝。發(fā)展趨勢(shì)說(shuō)明每年貼裝的無(wú)源元件的數(shù)量快速上升，而元件尺寸卻在穩(wěn)定地下降。為此，急需一種特性化的組裝和超小無(wú)源元件的裝聯(lián)工藝。為開(kāi)發(fā)研制高速0201組裝的初始工藝特征，尤其是工藝的局限性和變量，在這項(xiàng)工作中對(duì)每一工藝步驟都進(jìn)行了詳盡的研究。開(kāi)發(fā)的工藝步驟有模板印刷、元件貼裝和再流焊接。還對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了研究，如象；脫膏速度、模板清理頻率、基準(zhǔn)類(lèi)型和再流參數(shù)。緒言顯然，在過(guò)去的幾年中，隨著人們使用的便攜式、尋呼機(jī)和個(gè)人輔助用品數(shù)量的急劇上升，使得消費(fèi)類(lèi)電子工業(yè)火爆發(fā)展。在更小、更快、成本更低需求的推動(dòng)下，對(duì)小型化技術(shù)研究的必要性也成為無(wú)止境的需求。多數(shù)移動(dòng)式制造廠家現(xiàn)在已將0201無(wú)源元件用于其所有的最新設(shè)計(jì)中，而且在不遠(yuǎn)的將來(lái)，其它工業(yè)領(lǐng)域也將采用這種技術(shù)。汽車(chē)制造工業(yè)的無(wú)線通訊產(chǎn)品也在將0201技術(shù)應(yīng)用于GPS系統(tǒng)、傳感器和通訊設(shè)備中。醫(yī)療行業(yè)也利用0201尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于醫(yī)療器械中，如象；助聽(tīng)器和心臟起博器。許多公司將0201技術(shù)用于多芯片模塊（MCM）中，以降低總的封裝尺寸。使用這種MCM器件，通過(guò)直接用裸芯片進(jìn)行封裝，用于2級(jí)板組裝上的封裝體模壓，使得0201技術(shù)距半導(dǎo)體工業(yè)更近了。還需要做更多的研究來(lái)認(rèn)證焊盤(pán)設(shè)計(jì)、印刷、貼裝和再流工藝窗口，以便使0201無(wú)源元件在全面的推廣應(yīng)用之前，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的一次合格率及高產(chǎn)量。實(shí)驗(yàn)規(guī)劃主要采用了三套實(shí)驗(yàn)方案。這三套方法主要是相對(duì)于焊膏印刷、元件貼裝和元件再流。為了了解每種工藝步驟對(duì)0201組裝工藝的影響，分別對(duì)每種組裝工藝進(jìn)行了檢驗(yàn)。對(duì)于工藝順序，只對(duì)研究中的工藝變量進(jìn)行了更改，而對(duì)其它工藝參數(shù)沒(méi)有作任何更改。測(cè)試載體設(shè)計(jì)的載體應(yīng)能給出下列數(shù)據(jù)：1．0201-0201間距效果。焊盤(pán)邊緣到焊盤(pán)邊緣的變化取決于4、5、6、8、10和12mil這幾個(gè)間距尺寸。在某些領(lǐng)域的應(yīng)用中，芯片邊緣到芯片邊緣密度比4mil焊盤(pán)邊緣到焊盤(pán)邊緣的間距還高。可將其用于確定芯片間距和焊盤(pán)間距的可接收性。2．焊盤(pán)尺寸的作用。標(biāo)稱的焊盤(pán)尺寸是一個(gè)12×13mil的長(zhǎng)方形焊盤(pán)，中心到中心的間距為22mil。標(biāo)稱尺寸將會(huì)有10%、20%和30%的變化。在整個(gè)板子上，焊盤(pán)尺寸將隨著元件到元件間距變化而變化。3．芯片定向：在A、B、C和D單元中，對(duì)0°和90°的芯片方向進(jìn)行研究。在單元E和F可使你觀察到5°角對(duì)0201組裝工藝的影響。4．1-6單元研究的是各種無(wú)源元件尺寸（0402、0603、0805、1206）到0201之間的相互作用。用這些組件來(lái)確定0201元件對(duì)其它較大無(wú)源元件的大至影響，即在印刷、貼裝和再流（散熱）方面的影響。本文中敘述的間距是邊緣到邊緣的間距在4、5、6、8、10和12mil范圍內(nèi)的變化。此外，0201焊盤(pán)尺寸在這6個(gè)單元上的變化，說(shuō)明了隨著焊盤(pán)尺寸變化的相互作用。圖1所示是測(cè)試載體，其中有6552個(gè)0201元件、420個(gè)0402元件、252個(gè)0603元件和252個(gè)1206元件，總計(jì)7728個(gè)無(wú)源元件?；迨菢?biāo)準(zhǔn)的FR4環(huán)氧樹(shù)脂板，厚度為1.57mm。印跡是由銅、化學(xué)鍍鎳和浸金的金屬化工藝制成的。

圖1

略

圖1測(cè)試載體設(shè)備規(guī)劃所有的測(cè)試板都是使用同一臺(tái)組裝設(shè)備組裝的。使用MPMUltraprint3000印刷機(jī)實(shí)施了模板印刷。所有的元件都是用西門(mén)子的HS-50貼裝機(jī)進(jìn)行貼裝的。使用BTUInternationalParagon98N再流焊接設(shè)備進(jìn)行再流焊接。通過(guò)主模板印刷審查DOE的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃為了體現(xiàn)0201無(wú)源元件的印刷特性，而開(kāi)發(fā)了一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）以便觀察印刷工藝中的幾個(gè)系數(shù)。在絲網(wǎng)印刷DOE中需要檢驗(yàn)的變量有焊膏目、刮刀類(lèi)型、模板分離速度和焊膏在幾次印刷之間在模板上的滯留時(shí)間。這種DOE是為確定這些系數(shù)是否會(huì)影響到0201無(wú)源元件的印刷工藝而設(shè)計(jì)的。每個(gè)系數(shù)的變化在表1中列出。最初，是在絲網(wǎng)印刷中對(duì)基準(zhǔn)類(lèi)型進(jìn)行檢查。然而，由于印刷機(jī)不可能精確地視查到掩膜規(guī)定的基準(zhǔn)座標(biāo)，所以，這個(gè)變量就被刪除了，只使用了金屬規(guī)定的基準(zhǔn)座標(biāo)。焊料掩膜上的十字形的基準(zhǔn)座標(biāo)在模板上看似一個(gè)極大的圓形，其相對(duì)于焊料掩膜底部開(kāi)口的金屬。在這個(gè)大圓與較小的十字形對(duì)齊過(guò)程中，導(dǎo)致了模板和板子之間出現(xiàn)了對(duì)齊偏移。

表1

絲網(wǎng)印刷DOE的變量系數(shù)變量#1變量#2焊膏類(lèi)型類(lèi)型Ⅲ類(lèi)型Ⅳ刮刀類(lèi)型金屬聚合物分離速度0.05cm/sec0.13cm/sec焊膏滯留時(shí)間30秒10秒本項(xiàng)研究中使用的四個(gè)變量是在需要8組不同實(shí)驗(yàn)的DOE中確定的。對(duì)于印刷缺陷的數(shù)量和測(cè)量的高度數(shù)據(jù)使用的是公制度量單位。測(cè)試結(jié)果是基于95%及以上的可靠區(qū)間

來(lái)確定統(tǒng)計(jì)的有效系數(shù)。印刷缺陷被定義為在印刷后沒(méi)有涂上焊膏及焊膏橋接這樣的鍵合焊盤(pán)。表2中列出的系數(shù)是在檢驗(yàn)印刷的實(shí)驗(yàn)中保持不變的常數(shù)。選用125micro（5mil）的模板，100%的孔徑比作為第二次、更進(jìn)一步研究中所需的值范圍的兩個(gè)中心值。根據(jù)印刷機(jī)制造廠家推薦使用的參數(shù)設(shè)置模板印刷機(jī)的參數(shù)，并使用其推薦值的中間值范圍。

表2在絲網(wǎng)印刷DOE過(guò)程中保持不變的常數(shù)因素參數(shù)設(shè)置模板厚度125μm孔徑比100%模板制造方法激光切割和電拋光焊膏化學(xué)成分免清洗刮板長(zhǎng)度30.48cm印刷力度5.4kg印刷速度5.08cm/sec清理頻率每次印刷后刮板抬起高度2.54cm審查主要印刷DOE的結(jié)果表3所列是根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）實(shí)施的一系列實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)只是為檢驗(yàn)主要效果而設(shè)計(jì)的。每種實(shí)驗(yàn)都使用了10種復(fù)制品實(shí)施的。在數(shù)據(jù)搜集中沒(méi)有使用前5種復(fù)制品，不過(guò)，前5種復(fù)制品對(duì)使焊膏起到充分的作用和確保印刷工藝的穩(wěn)定起到了一定的作用。

表3檢驗(yàn)?zāi)０逵∷⒌腄OE

測(cè)試#焊膏類(lèi)型刮刀類(lèi)型焊膏停滯時(shí)間脫膏速度1類(lèi)型Ⅲ金屬30秒0.05cm/sec2類(lèi)型Ⅲ金屬10分0.13cm/sec3類(lèi)型Ⅲ聚合物30秒0.05cm/sec4類(lèi)型Ⅲ聚合物10分鐘0.13cm/sec5類(lèi)型Ⅳ金屬10分鐘0.05cm/sec6類(lèi)型Ⅳ金屬30秒0.13cm/sec7類(lèi)型Ⅳ聚合物30秒0.05cm/sec8類(lèi)型Ⅳ聚合物10分鐘0.13cm/sec在評(píng)估每種實(shí)驗(yàn)條件時(shí)使用了三種公制單位。第一種公制度量單位是平均焊膏印刷高度。使用一臺(tái)用每個(gè)象限的四個(gè)測(cè)量值的激光輪廓測(cè)定器測(cè)得的每塊板的四個(gè)象限的16測(cè)量值。這樣在每次實(shí)驗(yàn)中就產(chǎn)生80個(gè)高度值?？蓽y(cè)得板子兩個(gè)邊緣及板子中心的值。焊膏高度的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為第二個(gè)公制單位。第三個(gè)公制單位是缺陷的總數(shù)量。在8次實(shí)驗(yàn)中獲得的平均高度和高度標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2所示。

圖2

略

圖2模板絲網(wǎng)印刷DOE的印刷高度結(jié)果，單位為micro使用的第三個(gè)公制單位是缺陷的總數(shù)量。對(duì)選擇的1-6電極和A-D中的區(qū)域?qū)嵤┕鈱W(xué)檢驗(yàn)，并將缺陷的總數(shù)記錄下來(lái)。對(duì)有橋接的焊盤(pán)和漏涂焊膏的焊盤(pán)也應(yīng)視為缺陷。圖3所示是缺陷數(shù)據(jù)的匯總。陽(yáng)呼剃被葡昂托莖間志約哲中責(zé)圖3丑趨蹈屢澡互略縣倘趣讓頓濕作旱阿圖3他模限板絲住網(wǎng)印往刷缺送陷結(jié)喇果，寬缺陷航數(shù)量球/D鳳OE柔根據(jù)索這些乳公制閱單位懲及使錄用9校5%熱的可貌靠區(qū)憶間，滾統(tǒng)計(jì)刑的唯慰一主短要有紅效影引響是黑刮刀怎類(lèi)型咽。主暈要影勤響曲菜線見(jiàn)巡圖4姿所示勒。焊聞膏類(lèi)嚼型、礦分離應(yīng)速度搬和焊如膏滯辭留時(shí)葵間的右可靠始區(qū)間估在8緊5%朋以下屆。抱仰存倒列父雀撿隨常管早激窄圖4蘭候?yàn)榕e檔略敲笛隱屑器埋憤駛稍汪圖罪4鍛絲網(wǎng)償DO滑E的組主要狀影響梢曲線自分離恰速度址和清苦理頻福率的孩分析鼓為檢怎查分哲離速膠度和顆清理訪頻率丟的影棵響而本實(shí)施艷了第隸二個(gè)斧小型湯實(shí)驗(yàn)倡。因助為模密板清敲洗對(duì)愛(ài)產(chǎn)量膊有影邀響，夕所以珍模板慶清理東頻率泡是一摘個(gè)重案要的稿參數(shù)味。由點(diǎn)于模哀板的幣清洗儀明顯匯地增自加了跑模板勺印刷歌機(jī)的勸循環(huán)源時(shí)間搞，所輸以，增在生飽產(chǎn)中眨如果頓有可葛能的達(dá)話，驢應(yīng)取瘋消這千一工猛藝步例驟。耀進(jìn)行浪這一刃實(shí)驗(yàn)憂是為桃了確墾定模避板清斥洗是凡否是涂02叉01蝶工藝韻獲得衡良好膝印刷敢必不架可少刪的一慢步。昂在這張一實(shí)餐驗(yàn)中祥還對(duì)藥分離皆速度家進(jìn)行蝶了研煎究，逮因?yàn)樾皆诘趥€(gè)一步鑰的D冒OE漆中已世將其世取消弊，沒(méi)果有使間用這蒜個(gè)有詢效系戲數(shù)，糞其它津方面炕的論蒙證已百獲得娃了滿娛意的觸效果灶。采炸用的便分離約速度駁分別打?yàn)?悉.0漏5c羞m/碌se河c和炊0.啟13竄cm論/s屆ec傍。對(duì)區(qū)于這洪兩個(gè)離分離燒速度竄的實(shí)喉驗(yàn)，幫都是統(tǒng)使用租類(lèi)型長(zhǎng)Ⅳ焊飾膏，享使用奴的刮煉板是凱金屬尿刮板丹，沒(méi)筐有停媽滯時(shí)嘉間。窮在每膛個(gè)實(shí)晃驗(yàn)中累都使趕用了異5種叫復(fù)制良品，避在第篩一次雹印刷鮮中，跌是將醒焊膏窄施加歌到5器塊模熊擬板冊(cè)。兩貓次實(shí)淚驗(yàn)獲修得的飲結(jié)果袖列在經(jīng)表4勉和表竄5中霉，正盛象第脹9和議10唯次實(shí)老驗(yàn)?zāi)欠粯?。紫從第萌一個(gè)甚DO透E獲套得的漂第5洞和6裙次實(shí)勸驗(yàn)也像是使野用類(lèi)蠻型Ⅳ塞焊膏震和金響屬刮末板，探并與優(yōu)第9閥和1勢(shì)0次有實(shí)驗(yàn)叼進(jìn)行浪了對(duì)欠比。躲跪臘角慘閉有盾呀表洪4拳焊膏割高度蚊數(shù)據(jù)殊，以急mi殊cr郊o(jì)為請(qǐng)單位袍實(shí)驗(yàn)逐#豐分離季高度鎖清洗放頻率膊平均逆值糧標(biāo)準(zhǔn)沿偏差愚5寸0.扁05套cm至/s你ec唯每次導(dǎo)印刷高后綱14旗9.擔(dān)97羞13鋼.4扭5飯6舞0.綁13到cm五/s導(dǎo)ec擁每次同印刷騰后翅14飾9.性36曬20厲.2柿0框9控0.皇05葛cm翼/s覽ec鋤不清捎洗凈14橡5.倡77累15榴.4冠1怒10禿0.霜13紹cm額/s嗓ec藍(lán)不清獄洗抄13底6.污45賴15哄.1些9聯(lián)銀飯稈隨門(mén)撐局家臺(tái)表排5仇每次截實(shí)驗(yàn)免的缺涉陷數(shù)鳳量輕實(shí)驗(yàn)搏#戰(zhàn)缺陷送數(shù)量脂5舒15臣6廚43甚9劣23壟6躁10別23豈8備根據(jù)書(shū)上述動(dòng)結(jié)果扶，唯朝一的砌主要彩影響早是模告板清抹洗頻諒率。事主要雹影響嘩曲線膀見(jiàn)圖撿5所漲示。茄販槽蠻們罩消踏煤涌圖瞞5

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峰托值溫奮度（奶℃）統(tǒng)1囑45辜~5葉0渾12恨5~棕13斧5守55淘~6錫5乏21盟7~彎21隸9祝2憤55購(gòu)~6座0紙16睜5~飯17繡5純55稠~6全5巡21厚1~捕21薯4格3盞45嚴(yán)~5無(wú)0鑼14存5~遮15毅5雙45找~5壩0坡21族1~命21罪4鳴4媽25槍~3緒5本16思5~就17勒5損45夸~5挑0他21甜7~公21曬9寄5虧25累~3籮5亞14緒5~泊15東5摸55闖~6值5規(guī)22設(shè)2~招22簽5割6您25喜~3天5敲12搭5~墨13面5況35煌~4鏟0擇21座1~處21廊4規(guī)7晝45悶~5我0恨16主5~全17柏5肉35濱~4窮0糊22訴2~報(bào)22輪5質(zhì)8舉55飛~6壇0李12交5~注13皂5蘋(píng)45鼓~5窮0閃22跪2~貧22療5案9雪55僅~6嶼0沿14熟5~夢(mèng)15麻5奇35句~4布0濾21交7`汽21伴9捕使用向三個(gè)奧標(biāo)準(zhǔn)松來(lái)評(píng)偷估每雞次實(shí)額驗(yàn)的屋條件炕。第測(cè)一個(gè)響公制素單位蔥是焊買(mǎi)點(diǎn)質(zhì)撲量。揮設(shè)計(jì)悅的所夫有實(shí)委驗(yàn)條若件都黨必須盜能夠記完全援濕潤(rùn)遍焊點(diǎn)令，而辱且基鄙本上設(shè)沒(méi)有歪顆粒譽(yù)狀物火質(zhì)。囑第二火個(gè)公建制單酸位是邊元件胃在再洪流后昌產(chǎn)生花的缺案陷總拌數(shù)。崇查找梢出的尼缺陷慕有焊螞料橋腿接和虹墓碑辰。當(dāng)棉兩個(gè)豎相鄰盡焊點(diǎn)知連接糠到一央起時(shí)瘦就會(huì)篩產(chǎn)生嗚橋接諸，使陣兩個(gè)批元件豬短路曠。這慶種缺預(yù)陷在械極細(xì)掉間距墨的元穩(wěn)件貼塑裝過(guò)鍋程中窩是很送容易膛出現(xiàn)領(lǐng)的。尋墓碑野是元浪件抬態(tài)起脫告離其節(jié)中一河個(gè)焊許盤(pán)的嶼位置杜，通高常是滲由于頭整個(gè)蛾元件仁濕潤(rùn)侄不均杰勻或階當(dāng)元寄件大脂面積勾地貼殿裝在鄭焊盤(pán)塔的一伯面時(shí)痕而造箱成的愁。這始些就辣是0虛20尊1元孕件的叢所有篇缺陷餐。較湯大的配元件楚不存蕉在墓褲碑和棋橋接剛這樣恭的缺括陷，題說(shuō)明宜使用弊的組剩裝工攔藝對(duì)斷通用竊的較昌大尺申寸的御無(wú)源乒元件捧并沒(méi)謝有不端利的糾影響馬。圖聽(tīng)11醒所示遲是焊稍料橋旦接和常墓碑親的X遺光檢緣測(cè)圖聾象的目實(shí)例斷。焊記料橋唯接和鄙墓碑玉的數(shù)叮量及特總?cè)睂?dǎo)陷率魂列在澡表1而6中單。圖更12怨所示璃的圖焦片說(shuō)透明了維在每魯次實(shí)舅驗(yàn)中冤出現(xiàn)啊的缺隊(duì)陷數(shù)娃量。浮根據(jù)址這些宵公制火單位回，使妥用9灘5%慧的可象靠區(qū)鏡間，認(rèn)唯一余的統(tǒng)源計(jì)有春效主酸要影很響是猛浸漬唉溫度偏。浸且漬溫帽度的翁可靠彎區(qū)間是大于有97搏%。殖主要雀影響量曲線姑見(jiàn)圖計(jì)13踐所示依。浸特漬時(shí)純間、激液相樣線以臥上的蛛時(shí)間捉及峰予值溫熔度的巨可靠懼區(qū)間擦為4僅0%劇以下炎，因面此，候應(yīng)考武慮隨悉意的單誘導(dǎo)春作用伙。當(dāng)躺在中陣等和郵高浸享漬溫橫度的竄結(jié)果僻之間錘沒(méi)有婚多大腳差別化時(shí)，綱浸漬捎溫度寒的主貪要影地響主父要是取在低圾浸潤(rùn)餅溫度摩和其原它等圈級(jí)溫償度之逆間。全縮醋很憑冶灘部丑季圖鹽11飾島扮攝袖集略胖藏?cái)?shù)未翅哨蠟妥懲圖1微1叉焊料燦橋接欺和墓錫碑的宜X光兩圖象紐實(shí)例朱瘋撫拆石峽策饅結(jié)詞表墨16玩1公22仿4個(gè)鋸02此01瞞元件令的缺弟陷量站實(shí)驗(yàn)做#獅貼裝屢的0謝20氣1元齒件的紐總數(shù)鉗焊料對(duì)橋接綠

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眠刑鐘咱檔壩層略憤療古酷工鋪撈軌芹圖1慧2北審查慶再流益結(jié)果勿的圖久形說(shuō)勵(lì)明挨后糾閥逝喚姓補(bǔ)巴駁演圖1寸3

差椒盜泥絲定恢略量漸球腹寇屋瞧瀉受圖1具3尼在再沿流中銜審查粘DO鼻E的假主要懇影響華曲線毀結(jié)論以模板例印刷孕在檢舞查主迷要印哥刷的謎實(shí)驗(yàn)卵中獲庭得的木數(shù)據(jù)譜說(shuō)明攏根據(jù)列統(tǒng)計(jì)駕對(duì)焊悼膏高厘度和騰缺陷勿量有全明顯渾影響掠的唯序一變?nèi)柿渴菗P(yáng)刮板宵類(lèi)型泉。由匯于使戴用掩銹膜定