【正文】 μBGA、 CSP 的封裝階段。 微型 BGA與 CSP的返工工藝 包裝尺寸和錫球間距的減少，伴隨 PCB上元件密度的增加，帶來了新的裝配與返工的挑戰(zhàn)。如果使用傳統(tǒng)的返工工藝而不影響鄰近的元件，緊密的元件間隔使得元件的移動和更換更加困難， CSP 提供更密的引腳間距，可能引起位置糾正和準確元件貼裝的問題，輕重量、低質量的元件恐怕會中心不準和歪斜，因為熱風回流會使元件移位。最初的 CSP 裝配已在工業(yè)中變得越來越流行，但是元件返工的作品卻很少發(fā)表。 內存芯片包裝通常是低 I/O包裝，如包裝 2和 4。所有包裝 都縫合以允許可靠性測試。板是 1 mm 厚度。板座上的焊錫使用焊錫真空工具移去，直到座子平坦。返工的每個元件座單獨地作曲線，由于板面吸熱的不同，內層和相鄰元件的不同。圖二所示，是使用返工工具的減少流量能力 (50 SCFH)的溫度曲線例子。 (大的溫度斜率可能引起局部板的翹曲。C 溫度。丟棄取下的元件，加熱板上的下一個點。C。C，檢查板 的高度，然后一次過橫移過焊盤的每一排，當其移動時把焊錫吸上到真空管。 元件貼放和回流步驟如下進行。使用返工工具的分離光學能力來將元件定位在板，完成元件貼裝。 結果與討論 為了成功的 CSP 元件移動和更換，過程調整是需要的。為了防止這個，在移去步驟中增加額外的高度，使得真空吸取管在移去時不會壓縮焊接點。圖四是在元件移去和座子清理后的典型的元件座的一個例子。人們相信，元件太輕，在熱風噴嘴內移來移去。這個方法使用很好，但有一些缺點。因為板很薄，翹曲是一個很大的關注。這意味著，不得不在每一步中增加額外的高度。太多的助焊劑產(chǎn)生一層液體，回流期間 CSP 元件可能漂移。 可靠性 裝配的測試板進行從 40176。C的加速溫度循環(huán) (ATC, accelerated temperature cycling)試驗。C~125176。C的測試中表現(xiàn)良好 (大多數(shù)情況經(jīng)受大于 1000次循環(huán) )，而 40176。包裝 1 和 2 的返工元件的循環(huán)壽命比非返工元件稍微低一點，而包裝 3具 有可比較的循環(huán)壽命。使用優(yōu)化的返工工藝返工的元件，保證了另外的可靠 性測試。諸如 SMT 工具設計、金星膏附著、自動元件貼裝和回流通渠道焊接等工藝是關鍵特征。由于相對較小的包裝附著點或焊盤，平面拋光處理是最適 合的。所有附著點都是非阻焊的、或金屬的定義的。事實上，使用中性板設計，許多供應商都會提供測試載體樣板，來參與他們認為將產(chǎn)生潛在生產(chǎn)批量生意的資格測試。本文描述試驗設計之一的重點部分。計劃用于生產(chǎn)的CSP 在幾何形狀上與 181。除了對關鍵板的尺寸視覺檢查之外，也使用 X光熒光機器測量浸金表面處理板的金阻擋層金屬的厚度。浸白錫涂層是通過截面法和第三方法室進行的順序電氣化學減少分析法來測量的。第二個 DOE 是用來解決關鍵的模板設計特性，如開孔尺寸、形狀、模板厚度和錫膏。在測量錫膏高度同時，通過 2D印刷后檢查相機和軟件決定截面上錫膏沉淀區(qū)域或焊盤覆蓋范圍。 因素表的分析揭示了模板設計內兩個最重要的因素就是開孔尺寸和模板厚度。對開孔形狀和錫膏化學成分的不同反應都在試驗不確定因素的邊界內。至于開孔形狀的影響，通過使用圓形開口，面積比變?yōu)椴贿m宜 的 ，而使用方形開口時為 。玻璃平板的設計使得 181。 在貼裝大約 35 個 181。觀察到過程能力指數(shù)為 ，表示在建立控制之后，在研究的過程條件下可得到一個穩(wěn)定的過程。 回流焊接使用八個溫區(qū)的對流式回流焊接爐。錫膏的粘 性是唯一用于保持元件位置的。加一個關鍵的溫度曲線參數(shù)是每秒 3℃ 4℃ 的溫度上 /下變化。另外，通過在附著點使用一點熱固膠來達到對熱電偶線的應力釋放。在放大鏡下，錫球與附著座之間的交互綁接區(qū)域有平滑的和連續(xù)的金屬熔合層，顯示焊錫與銅焊盤之間有適當?shù)囊苯鸱磻?。BGA的裝配試之后，為電路板、 SMT 工具設計、元件貼裝、回流焊接和檢查所決定的參數(shù)被轉換到使用 CSP 的第二類 PCMICA卡的裝配中。類似地，一個周圍元件具有電鍍端子，可能要求稍微較高的回流曲線溫度。隨著半導體 工藝技術的發(fā)展，近年來 廣泛地使用到 BGA封裝 IC元件，領導這一發(fā)展趨勢的芯片級封裝 (CSP)在今天已開始得到廣泛應用，隨之而來對于 CSP 封裝器件的 返修更顯重要關鍵詞集成電路 封裝技術 隨著光電、微電制造工藝技術的飛速發(fā)展，一些高端電子產(chǎn)品為了滿足電子設備更小、更輕和更便宜的要求，制造商們也開始改變其應用電路中芯片元件的封裝形式，越來越多地采用精密組裝微型元器件，如倒裝芯片等。 一般而言，返修常被看作是操作者掌握的手工工藝，高度熟練的維修人員可以使修復的產(chǎn)品完全令人滿意。作為新一代的芯片封裝技術，在 BGA、 TSOP 的基礎上， CSP 的性能又有了革命性的提升。目前已有很多 CSP 設計采用了多種互連技術，其中最有名的可能就是 BGA，它由 Tessera 公司開發(fā)并擁有專用許可權。 CSP 封裝器件返修工藝流程 元件的拆卸 返修的第一步是將線路板上的故障元件取走，將焊點加熱至熔點，然后小心地將元件從板上拿下。 底部加熱是用以提高板子的溫度，而頂部加熱則用來加熱元件。 元件加熱 (或稱頂部加熱 )一般采用對流熱氣噴嘴，仔細控制頂部加熱使元件均勻受熱是極為重要的，特別是對小質量元件尤為關鍵 (圖 3)。先預熱然后使焊點回焊，正確的回流焊溫度和高于此溫度的停留時間非常重要，溫度太低或時間太短會造成浸潤不夠或焊點開路，溫度太高或時間太長則會產(chǎn)生短路或形成金屬互化物。加熱噴嘴對準好元件以后即可進行加熱，一般先從底部開始，然后將噴嘴和元件吸管分別降到板子和元件上方，開始頂部加熱。（圖 4） 焊接表面的預處理 在將新元件換到返修位置前，該位置需要先做預處理，預處理包括兩個步驟：除去殘留的焊料和添加焊膏或助焊劑。對板子和清除器加熱要進行控制，提供均勻的處理過程以避免板子過熱。許多返修系 統(tǒng)都提供一個小型模板裝置用來涂敷焊膏，這種方法可使用多種對準技術，包括元件對準光學系統(tǒng)。 現(xiàn)在有一種工藝可以替代模板涂敷焊膏，即用元件印刷臺直接將焊膏涂在元件上，這樣不會受到旁邊相鄰元件的影響，該裝置還可在涂敷焊膏后用作元件容器，在標準工序中自動拾取元件。 ◆ 元件對位 新元件和板子必須正確對準，對于小尺寸焊盤和細間距 CSP 及倒裝芯片元件而言，返修系統(tǒng)的放置能力必須要能滿足很高的要求。 。一個系統(tǒng)可能重復性很好，但精度不夠，只有充分理解這兩個因素才能完全了解系統(tǒng)的工作原理。 新元件的安裝 取走元件并對線路板進行預處理 后，就可以將新的元件裝到板上去了。為了在相鄰的元件 中間放入模板，模板尺寸必須很小，除了用于涂敷焊膏的小孔就幾乎沒有空間了，由于空間小，因此很難涂敷焊膏并取得均勻的效果。在大批量生產(chǎn)中，一般用元件浸一下助焊劑，而在返修工藝中則是用刷子將助焊劑直接刷在板上。 自動化焊料去除工具可以非常安全地用于高精度板的處理 (圖 5)，有些清除器是自動化非接觸系統(tǒng)，使用熱氣使殘留焊料液化，再用真空將熔化的焊料吸入一個可更換過濾器中。在焊料完全熔化以前吸起元件會損傷板上的焊盤， 零作用力吸起 技術能保證在焊料液化前不會取走元件。這種試驗和調整過程必須重復多次，直至獲得理想的效果。掩膜技術雖然比較麻煩費時，但是實際效果相當好?？梢杂萌N方法對板子加熱，即傳導、對流和輻 射。與此同時，還要防止板子加熱過度，不應該因加熱而造成板子扭曲。這 種封裝在 IC上直接安放互連凸焊點 (另外一種使用導電膠的互連凸焊點技術不屬于本文討論范圍 )，將 IC 面向下放在線路板中，然后用回流焊焊在板子的焊盤上。 CSP 最早用在小型便攜式產(chǎn)品中，由于體積和電性能方面的原因它的應用正在增長，預計 2020年 CSP 的使用量將超過 20億片。 集成電路封裝技術的趨勢 集成電路封裝的發(fā)展大大增加了元件的 I/O 密度，改進了電氣性能和散熱性，從 DIP、TSOP 到 BGA，在 BGA技術開始推廣的同時，另外一種從 BGA發(fā)展來的 CSP 封裝技術正在逐漸展現(xiàn)它生力軍本色。 多年來，盡管印刷線路板 (PWB)的裝配自動化和制造工藝一直在為滿足封裝技術的要求而努力，但是 100%成品率仍然是一個可望不可及的目標；不管工藝有多完美，總是存在著一些制造上無法控制的因素而產(chǎn)生出不良品。即可生產(chǎn)出高品質的產(chǎn)品，在預期的成本內準時發(fā)貨。在產(chǎn)品原型與新產(chǎn)品介紹的生產(chǎn)準備階段，在開發(fā)期間得出的過程參數(shù)被檢查和確認，用于穩(wěn)定的裝配過程。 最后，除了分析錫球對板的介面，還要檢查錫球對包裝的介面，以保證包裝級的回流過程不使包裝級的連接打折扣。為保證回流效率，樣品準備用于破壞性分析和焊接點完整性的截面檢查。 時間溫度回流曲線是使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和板上熱電偶附著來獲得的。 選擇用于裝配的溫度曲線應容納錫膏的特性，如助焊劑載體與合金、 CSP 錫球合金、最 脆弱的元件最高溫度和推薦的升溫斜度。爐也裝備有封閉循環(huán)的靜壓控制，以保持氣室內每個區(qū)的對流速度。BGA，進一步特征化元件貼裝。m之內。后者用 “粘性的 ”膠帶覆蓋，以提供 CSP 的暫時的附著力。用一個柔性貼裝平臺將元件貼放于一個玻璃平板上。隨著工作環(huán)境濕度變小，水基化學物趨于變干燥。在這種情況中，最好的錫膏釋放、印刷定義和錫膏量是在使用 、 方形開孔和免職洗錫膏時觀察到的。 使用一個評分的線性模型；評分系統(tǒng)內的分等級是基于被觀察的試驗變量，累加的或印刷性能分數(shù)是錫膏偏離和覆蓋區(qū)域分數(shù)的總和。 對后者分析研究的唯一要考慮的因素是模板厚度、開孔尺寸與形狀。選擇一個 DOE方法來決定最佳的焊錫沉淀工藝設定和模板設計。對于有機可焊性保護表面處理，合約供應商幾乎沒有可能進行來料的覆蓋或厚度均勻性的品質控制。 測試載體的獲得與來料檢查。選擇一個 181。在知識轉換成生產(chǎn)工藝期間，成功的機會增加。當尋求特征化板級連接的品質時，菊花鏈式的連續(xù)性模式是所希望的， 因為測試模型相對不貴，而且已經(jīng)可用作評估。雖然鍍錫電路板用于 CSP 也有有限的成功之例，但從熱空氣灶錫均勻工藝得到的焊錫厚度的正常差異相對于 CSP 特征尺寸是非常大的。 測試載體 設計一個試載體，用來研究將 CSP 技術在生產(chǎn)中實施的各種裝配和材料處理有關的事宜，和預期顧客的要求。 為了 成功實施一項新的元件包裝技術，如芯片規(guī)模包裝，有必要標識設計邊緣條件，特征化工藝性能和實施過程控制機制。為得到高效率，返工工藝參數(shù)的調節(jié)是需要的。C的試驗有混合的結果。包裝 1~3在 0176。對任何的包裝都沒有發(fā)現(xiàn) IR失效。C和從 0176。較近的論文指出，只對 BGA本身而不是板的焊接點上助焊劑改進了返工工藝的效率。相同的拆卸參數(shù)會破壞拆卸中的元件，并且還 不精確到足以拆卸另一塊板上的相同位置的元件。盡管如此，還有問題。真空吸取管似乎也會降低 BGA的自對中能力。為了防止元件移動，返工工具設定程序，在貼裝之后把真空吸取管留在元件頂上，直到通過溫度曲線的預熱部分。在給座子上助焊劑后，貼放元件和回流座子，通常元件會偏斜。這個步驟是關鍵的，因為焊盤必須平坦以防止貼裝時的歪斜。盡管返工工具據(jù)說是使用無力移動技術，元件上輕微的壓力足以損壞一小部分的共晶焊接點。這允許吸取管保持與熱風噴嘴內面 的元件接觸，當熱風預熱步驟開始時保持元件在位置上。C，使用無麻刷擦過板面來給座加助焊劑。使用異丙醇清潔座，檢查是否損壞。焊錫清道夫對 SLC預熱到 420176。這個是使用返工工具的自動焊錫清道夫來完成的。當過程開始，真空吸取管降低來感應元件的高度，然后升到特定的高度進行加熱過程。支持塊粘貼于板返工座的背面，以加 熱期間防止翹曲。 對取下元件，工具的偏置底板設定到 150176。一旦得到溫度曲線，對將來所有相同位置的返工使用相同的條件。 要求作出元件移去和重新貼裝的溫度曲線。 試驗程序 該返工工藝是在一臺帶有定制的偏置底板的熱風返工工具 **上完成的： 使用 BGA噴嘴熱風加熱 適于小型 microBGA和 CSP 返工 的低氣流能力 ,在定制偏置底板上對板底面加熱 ,計算機控制溫度曲線 ,校正的視覺系統(tǒng) ,自動真空吸取和元件貼裝 . 接下來的特殊工業(yè)流程是典型的用于 BGA返工的。一個設計是標準的 FR4 PCB，表面有用于線出口的dogbone焊盤設計。包裝 3，有 144個 I/O，典型地用于高性能產(chǎn)品應用。本研究選擇了幾種元件 (表一 )。返工元件的可靠性和非返工元件的可靠性將作一比較。這些低成本的包裝可在許多產(chǎn)品中找到，如：膝上型電腦、蜂窩電話和其它便攜式設備。但是封裝技術的進步，除了封裝技術人員的努力外，還離不開各 級領導的關心和支持，也離不開國家的大力投資。因此，要選擇好研究的 CSP 的代表品種。另外，在進行技術開發(fā)時，需要投入一定的人力和物力；再進行試驗時，要消耗材料、能源，一部分試驗還要在另外的單位進行。而且，一種類型的研究室應有兩個以上，以使研究室之間互相競爭和互相促 進，從而可保證和加快 CSP 技術的開發(fā)和應用。為了協(xié)調這些部門的開發(fā)研究工作，需要有一定的組織形式。為了國家，為