【正文】 。一個系統(tǒng)可能重復(fù)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。 ◆ 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。 新元件的安裝 取走元件并對線路板進行預(yù)處理 后，就可以將新的元件裝到板上去了。 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(biāo)準工序中自動拾取元件。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。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(shù)，包括元件對準光學(xué)系統(tǒng)。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。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。 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。（圖 4） 焊接表面的預(yù)處理 在將新元件換到返修位置前，該位置需要先做預(yù)處理，預(yù)處理包括兩個步驟：除去殘留的焊料和添加焊膏或助焊劑。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(shù)能保證在焊料液化前不會取走元件。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。這種試驗和調(diào)整過程必須重復(fù)多次，直至獲得理想的效果。先預(yù)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。掩膜技術(shù)雖然比較麻煩費時，但是實際效果相當(dāng)好。 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(zhì)量元件尤為關(guān)鍵 (圖 3)?？梢杂萌N方法對板子加熱，即傳導(dǎo)、對流和輻 射。 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。與此同時，還要防止板子加熱過度，不應(yīng)該因加熱而造成板子扭曲。 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。這 種封裝在 IC上直接安放互連凸焊點 (另外一種使用導(dǎo)電膠的互連凸焊點技術(shù)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。目前已有很多 CSP 設(shè)計采用了多種互連技術(shù)，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(quán)。 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(yīng)用正在增長，預(yù)計 2020年 CSP 的使用量將超過 20億片。作為新一代的芯片封裝技術(shù)，在 BGA、 TSOP 的基礎(chǔ)上， CSP 的性能又有了革命性的提升。 集成電路封裝技術(shù)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(shù)開始推廣的同時，另外一種從 BGA發(fā)展來的 CSP 封裝技術(shù)正在逐漸展現(xiàn)它生力軍本色。 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(fù)的產(chǎn)品完全令人滿意。 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(shù)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(biāo)；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。隨著半導(dǎo)體 工藝技術(shù)的發(fā)展，近年來 廣泛地使用到 BGA封裝 IC元件，領(lǐng)導(dǎo)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(yīng)用，隨之而來對于 CSP 封裝器件的 返修更顯重要關(guān)鍵詞集成電路 封裝技術(shù) 隨著光電、微電制造工藝技術(shù)的飛速發(fā)展，一些高端電子產(chǎn)品為了滿足電子設(shè)備更小、更輕和更便宜的要求，制造商們也開始改變其應(yīng)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。即可生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品，在預(yù)期的成本內(nèi)準時發(fā)貨。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。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。BGA的裝配試之后，為電路板、 SMT 工具設(shè)計、元件貼裝、回流焊接和檢查所決定的參數(shù)被轉(zhuǎn)換到使用 CSP 的第二類 PCMICA卡的裝配中。 最后，除了分析錫球?qū)Π宓慕槊妫€要檢查錫球?qū)Πb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。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(dāng)?shù)囊苯鸱磻?yīng)。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。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(yīng)力釋放。 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。加一個關(guān)鍵的溫度曲線參數(shù)是每秒 3℃ 4℃ 的溫度上 /下變化。 選擇用于裝配的溫度曲線應(yīng)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。錫膏的粘 性是唯一用于保持元件位置的。爐也裝備有封閉循環(huán)的靜壓控制，以保持氣室內(nèi)每個區(qū)的對流速度。 回流焊接使用八個溫區(qū)的對流式回流焊接爐。BGA，進一步特征化元件貼裝。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。m之內(nèi)。 在貼裝大約 35 個 181。后者用 “粘性的 ”膠帶覆蓋，以提供 CSP 的暫時的附著力。玻璃平板的設(shè)計使得 181。用一個柔性貼裝平臺將元件貼放于一個玻璃平板上。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 。隨著工作環(huán)境濕度變小，水基化學(xué)物趨于變干燥。對開孔形狀和錫膏化學(xué)成分的不同反應(yīng)都在試驗不確定因素的邊界內(nèi)。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。 因素表的分析揭示了模板設(shè)計內(nèi)兩個最重要的因素就是開孔尺寸和模板厚度。 使用一個評分的線性模型；評分系統(tǒng)內(nèi)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。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。 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。第二個 DOE 是用來解決關(guān)鍵的模板設(shè)計特性，如開孔尺寸、形狀、模板厚度和錫膏。選擇一個 DOE方法來決定最佳的焊錫沉淀工藝設(shè)定和模板設(shè)計。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(xué)減少分析法來測量的。對于有機可焊性保護表面處理，合約供應(yīng)商幾乎沒有可能進行來料的覆蓋或厚度均勻性的品質(zhì)控制。除了對關(guān)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。 測試載體的獲得與來料檢查。計劃用于生產(chǎn)的CSP 在幾何形狀上與 181。選擇一個 181。本文描述試驗設(shè)計之一的重點部分。在知識轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)工藝期間，成功的機會增加。事實上，使用中性板設(shè)計，許多供應(yīng)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。當(dāng)尋求特征化板級連接的品質(zhì)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。所有附著點都是非阻焊的、或金屬的定義的。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。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。 測試載體 設(shè)計一個試載體，用來研究將 CSP 技術(shù)在生產(chǎn)中實施的各種裝配和材料處理有關(guān)的事宜，和預(yù)期顧客的要求。諸如 SMT 工具設(shè)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(guān)鍵特征。 為了 成功實施一項新的元件包裝技術(shù)，如芯片規(guī)模包裝，有必要標(biāo)識設(shè)計邊緣條件，特征化工藝性能和實施過程控制機制。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。為得到高效率，返工工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)是需要的。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。C的試驗有混合的結(jié)果。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 1~3在 0176。C~125176。對任何的包裝都沒有發(fā)現(xiàn) IR失效。C的加速溫度循環(huán) (ATC, accelerated temperature cycling)試驗。C和從 0176。 可靠性 裝配的測試板進行從 40176。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。太多的助焊劑產(chǎn)生一層液體，回流期間 CSP 元件可能漂移。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。這意味著，不得不在每一步中增加額外的高度。盡管如此，還有問題。因為板很薄，翹曲是一個很大的關(guān)注。真空吸取管似乎也會降低 BGA的自對中能力。這個方法使用很好，但有一些缺點。為了防止元件移動，返工工具設(shè)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(yù)熱部分。人們相信，元件太輕，在熱風(fēng)噴嘴內(nèi)移來移去。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。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。這個步驟是關(guān)鍵的，因為焊盤必須平坦以防止貼裝時的歪斜。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。盡管返工工具據(jù)說是使用無力移動技術(shù)，元件上輕微的壓力足以損壞一小部分的共晶焊接點。 結(jié)果與討論 為了成功的 CSP 元件移動和更換，過程調(diào)整是需要的。這允許吸取管保持與熱風(fēng)噴嘴內(nèi)面 的元件接觸，當(dāng)熱風(fēng)預(yù)熱步驟開始時保持元件在位置上。使用返工工具的分離光學(xué)能力來將元件定位在板，完成元件貼裝。C，使用無麻刷擦過板面來給座加助焊劑。 元件貼放和回流步驟如下進行。使用異丙醇清潔座，檢查是否損壞。C，檢查板 的高度，然后一次過橫移過焊盤的每一排，當(dāng)其移動時把焊錫吸上到真空管。焊錫清道夫?qū)?SLC預(yù)熱到 420176。C。這個是使用返工工具的自動焊錫清道夫來完成的。丟棄取下的元件，加熱板上的下一個點。當(dāng)過程開始，真空吸取管降低來感應(yīng)元件的高度，然后升到特定的高度進行加熱過程。C 溫度。支持塊粘貼于板返工座的背面，以加 熱期間防止翹曲。 (大的溫度斜率可能引起局部板的翹曲。 對取下元件，工具的偏置底板設(shè)定到 150176。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。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。返工的每個元件座單獨地作曲線，由于板面吸熱的不同，內(nèi)層和相鄰元件的不同。 要求作出元件移去和重新貼裝的溫度曲線。板座上的焊錫使用焊錫真空工具移去，直到座子平坦。 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(fēng)返工工具 **上完成的： 使用 BGA噴嘴熱風(fēng)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。板是 1 mm 厚度。一個設(shè)計是標(biāo)準的 FR4 PCB，表面有用于線出口的dogbone焊盤設(shè)計。所有包裝 都縫合以允許可靠性測試。包裝 3，有 144個 I/O，典型地用于高性能產(chǎn)品應(yīng)用。 內(nèi)存芯片包裝通常是低 I/O包裝，如包裝 2和 4。本研究選擇了幾種元件 (表一 )。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。返工元件的可靠性和非返工元件的可靠性將作一比較。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(zhì)量的元件恐怕會中心不準和歪斜，因為熱風(fēng)回流會使元件移位。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(shè)備。 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)。但是封裝技術(shù)的進步，除了封裝技術(shù)人員的努力外，還離不開各 級領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持，也離不開國家的大力投資。 7 結(jié)束語 我國的集成電路封裝，從上世紀 60年代末期到現(xiàn)在，經(jīng)歷了金屬圓管殼 → 扁平陶瓷管殼 →雙列陶瓷管殼、雙列塑封 → 陶瓷 QFP 管殼、塑料 QFP→ 陶瓷、塑料 LCC→ 陶瓷 PGA管殼的封裝，目前正在進入 BGA、 μBGA、 CSP 的封裝階段。因此，要選擇好研究的 CSP 的代表品種。在開發(fā) CSP 技術(shù)中，需要的所有資金由開發(fā)單位承