組裝工藝及特性化設(shè)計(jì)方案(已修改)
2025-05-10 12:15 本頁(yè)面
【正文】 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電話、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)式電話制造廠家現(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)：1．02010201間距效果。焊盤邊緣到焊盤邊緣的變化取決于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焊盤邊緣到焊盤邊緣的間距還高?？蓪⑵溆糜诖_定芯片間距和焊盤間距的可接收性。2．焊盤尺寸的作用。標(biāo)稱的焊盤尺寸是一個(gè)1213mil的長(zhǎng)方形焊盤，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)0176。和90176。的芯片方向進(jìn)行研究。在單元E和F可使你觀察到5176。角對(duì)0201組裝工藝的影響。4．16單元研究的是各種無(wú)源元件尺寸（0400600801206）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10和12mil范圍內(nèi)的變化。此外，0201焊盤尺寸在這6個(gè)單元上的變化，說(shuō)明了隨著焊盤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。基板是標(biāo)準(zhǔn)的FR4環(huán)氧樹脂板。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MPM Ultraprint 3000印刷機(jī)實(shí)施了模板印刷。所有的元件都是用西門子的HS50貼裝機(jī)進(jìn)行貼裝的。使用BTU International Paragon 98N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焊膏類型類型Ⅲ類型Ⅳ刮刀類型金屬聚合物分離速度焊膏滯留時(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有涂上焊膏及焊膏橋接這樣的鍵合焊盤。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。
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