集成電路制作與封裝基礎(chǔ)

摘  要：

文中通過數(shù)量多的工藝嘗試和產(chǎn)品證驗，解決了塑封BGA部件燒焊良率和靠得住性的問題。隨著金屬封裝BGA（CCGA）的應(yīng)用，對金屬BGA（CCGA）燒焊橋連問題施行敘述分析,  針對印刷網(wǎng)板厚度及張嘴形式的改進，提出一點改善金屬BGA（CCGA）燒焊品質(zhì)工藝辦法, 在實踐中獲得了令人滿意效果。

0  引言

隨著電子產(chǎn)品向小規(guī)模化、便攜化、網(wǎng)絡(luò)化和高性能方向的進展，對電路組裝技術(shù)和I/O引線數(shù)提出了更高的要求。因為球柵陣列封裝（Ball  Grid  Array，BGA）部件芯片的管腳散布在封裝的底面，所以可容受的I/O數(shù)很少。若將封裝外殼基板原東南西北引出的引腳成為以面陣布局的Pb/Sn凸點引腳，就可容受更多的I/O數(shù)，且更容易運用SMT與PCB上的布線引腳燒焊互連，這么要得BGA在電子商品生產(chǎn)領(lǐng)域取得了更加廣泛的應(yīng)用。隨著產(chǎn)品的要求，高等級的部件認(rèn)為合適而使用金屬外殼封裝的BGA（CCGA）也越來越多地應(yīng)用到產(chǎn)品中。CCGA封裝是BGA封裝的擴展，用柱柵代替了球柵，大大緩解了部件基體與電路板熱體脹系數(shù)不般配帶來的熱疲乏問題；其封裝方式還表決其具備耐高溫、耐高壓和高靠得住性的特別的性質(zhì)，適合使用于更大尺寸和更多I/O的事情狀況，在軍事、航空和航大氣中的電荷子產(chǎn)品制作領(lǐng)域占領(lǐng)更加關(guān)緊的地位。因為這個，為增長金屬封裝BGA（CCGA）燒焊后焊點的品質(zhì)和靠得住性，就金屬封裝BGA（CCGA）燒焊工藝施行優(yōu)化研討，將為將來進展起到很大效用。

1 研討目前的狀況及問題

本次SMT出產(chǎn)線，成功實現(xiàn)從了半自動上板、半自動涂覆焊膏、焊膏檢驗測定、機器貼片、X-ray/爐前AOI檢驗測定、真空氣相燒焊、爐后AOI檢驗測定、在線ICT測試、半自動下板。針對常用的各類元部件開展了多次工藝嘗試，并運用正交辦法對不一樣組合的工藝參變量燒焊了多塊包括阻容件、塑封BGA部件、FP/QFP封裝部件的嘗試板，均沒有顯露出來燒焊品質(zhì)問題。但在燒焊包括金屬封裝BGA部件的電路板時，燒焊后經(jīng)過X-ray檢查驗看時發(fā)覺金屬封裝BGA部件發(fā)生焊點橋連（短路）。部件外觀如圖1所示。

2  影響燒焊品質(zhì)的關(guān)緊因素剖析

針對顯露出來的問題，運用魚刺圖辦法對顯露出來故障的端由施行剖析，列出了所可能有關(guān)的因數(shù)，如圖2所示。

2.1  網(wǎng)板預(yù)設(shè)

該次認(rèn)為合適而使用的是半自動印刷機配搭激光張嘴鋼網(wǎng)施行的錫膏印刷，假如鋼網(wǎng)張嘴過大，還是鋼網(wǎng)厚度過厚均會直接增加錫膏量，而過多的錫膏量在燒焊特殊情況直接影響橋連的發(fā)生（到現(xiàn)在為止鋼網(wǎng)的張嘴尺寸與PCB焊盤體積完全一樣，比例為100百分之百，鋼網(wǎng)厚度為0.13  mm）。

2.2  錫膏印刷

1）設(shè)施印刷壓力過大，會造成錫膏有沉陷的現(xiàn)象，因此要得焊盤上錫膏之間的間距變小。但假如印刷壓力過小，會使鋼網(wǎng)外表遺留局部錫膏，造成錫膏量過多。

2）設(shè)施印刷速度過快，會使下錫不充分，錫膏成型非常不好，錫膏量較少。但假如印刷速度過慢，又會造成下錫過于充分，錫膏量增加。

3）印刷時的電路板底部支撐不夠，會造成印刷時電路板向下屈曲，因此增大鋼網(wǎng)與電路板之間的空隙，錫膏會從空隙里流入電路板，造成錫量增多。

4）因為影像辨別問題造成電路板與鋼網(wǎng)對位非常不好，造成印刷偏移（如圖4），更容易造成燒焊橋連的發(fā)生。

經(jīng)剖析，其它不含金屬BGA部件的印制板組件運用一樣的焊膏印刷參變量均沒有問題，因此因素可擯除。

2.3  貼片

1）到現(xiàn)在為止均運用貼片機施行貼片，但假如貼片壓力過大會造成錫膏沉陷較大，相鄰的錫膏容易發(fā)生橋連現(xiàn)象；2）吸嘴尺寸較小吸力不充足，設(shè)施移動過快也會造成貼片發(fā)生偏移；3）若機器影像辨別手續(xù)沒制造好，則沒有辦法準(zhǔn)確辨別到部件的核心，造成貼片偏移，貼片偏移將直接影響

燒焊橋連的發(fā)生。經(jīng)剖析，其它不含金屬BGA部件的電路板運用一樣的貼片工藝參變量均沒有問題，因此因素可擯除。

2.4  擔(dān)任職務(wù)的人操作和部件問題

因為SMT出產(chǎn)線設(shè)施是由專業(yè)擔(dān)任職務(wù)的人施行操作出產(chǎn)，涵蓋燒焊前的設(shè)施檢查驗看，因為這個擔(dān)任職務(wù)的人操作問題可以擯除。額外經(jīng)過對發(fā)生橋連的BGA事情狀況施行計數(shù)，所有集中在金屬外殼的BGA上，其關(guān)鍵尺寸規(guī)格也相對集中。因為錫球均較大，燒焊時錫球消融，金屬BGA品質(zhì)較重，相鄰的錫球也容易發(fā)生橋連現(xiàn)象。航天產(chǎn)品在出產(chǎn)運用前均需求送有天資的單位施行二次用篩子選，能力保證出產(chǎn)運用的元部件品質(zhì)令人滿意。

2.5  背景問題

背景濕潤程度較大造成部件潮氣滲入，燒焊過程中焊點的水汽向外排出會使錫球變型，造成相鄰錫球橋連。經(jīng)查在場溫濕潤程度記錄，均在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。

2.6  主要端由確認(rèn)剖析

經(jīng)過對貼片后和燒焊后的愛克斯射線影像做對頭比，發(fā)覺貼片后BGA位置及錫膏的塌坍均很正常，但燒焊后還是顯露出來橋連的現(xiàn)象（如圖3）。經(jīng)過比較燒焊前后的BGA高度也可以看出，BGA燒焊后高度減低了二分之一左右（如圖4），并且橋連不好均集中在金屬BGA部件，所以開始階段的分辨斷定，發(fā)生橋連的端由就是錫量較多。不過經(jīng)過對錫膏檢驗測定機的明確承認(rèn)，其各項指標(biāo)均在管理控制之內(nèi)。故可確認(rèn)鋼網(wǎng)張嘴尺寸過大、厚度過厚是引動錫球橋連的主要端由。

3  實行過程

經(jīng)過上面所說的剖析已經(jīng)找到發(fā)生橋連的主要端由，針對這一端由制定處理辦法，通過調(diào)試鋼網(wǎng)的張嘴尺寸、鋼網(wǎng)厚度兩項工藝參變量，通不為己甚步實行證驗剖析的準(zhǔn)確性。

步驟1：維持鋼網(wǎng)的張嘴尺寸未變（100百分之百），將鋼網(wǎng)的厚度由0.13  mm調(diào)試為0.12 mm；步驟2：在步驟1的嘗試最后結(jié)果上，調(diào)試鋼網(wǎng)的張嘴尺寸。

為了保證減低錫膏量后，對其他部件的燒焊品質(zhì)無影響，選取了焊盤較小的金屬CCGA封裝部件和常用的BGA部件施行燒焊嘗試。選用0.12  mm厚度鋼網(wǎng)，在其他工藝參變量未變的條件下，燒焊嘗試板3塊，每塊嘗試板上均有金屬封裝BGA器件和金屬封裝CCGA部件各一片。焊后的嘗試電路板外觀及檢驗測定位置如圖5所示。燒焊完成經(jīng)檢查驗看無問題后行剖析，剖析過程照片兒見圖6～圖9所示。

對部件施行IMC厚度、剪切力和張力測試，測試最后結(jié)果如表1所示。測試最后結(jié)果滿意IPC標(biāo)準(zhǔn)要求。

為了證驗依照步驟1改進后的品質(zhì)提高事情狀況，對燒焊的產(chǎn)品施行計數(shù)。共燒焊了34片金屬封裝BGA部件，仍有3片錫球發(fā)生橋連，一次燒焊符合標(biāo)準(zhǔn)率為91.17百分之百。為了進一步提高一次燒焊符合標(biāo)準(zhǔn)率，在步驟1的基礎(chǔ)上，將鋼網(wǎng)的張嘴比例由100百分之百調(diào)試為95百分之百，在其他工藝參變量未變的條件下，燒焊嘗試板3塊，每塊嘗試板上均有金屬封裝BGA部件和金屬封裝CCGA部件各一片，燒焊完成經(jīng)檢查驗看無問題后行剖析，測試最后結(jié)果如表2所示，滿意IPC標(biāo)準(zhǔn)要求。

運用再次優(yōu)化后的工藝燒焊了115片金屬封裝BGA部件，沒有再顯露出來錫球橋連事情狀況，符合標(biāo)準(zhǔn)率達100百分之百。