柔性線路板(FPC)焊盤設(shè)計(jì)及其對(duì)SMT制程的影響

1、柔性線路板(FPC焊盤設(shè)計(jì)及其對(duì)SMT制程的影響目前,柔性線路板(FPC的焊盤及表面阻焊膜(Solder Mask制造工藝有兩種方法使用較為廣泛。一種是采用聚酰亞胺薄膜(PI膜:Polyimide為材料,在對(duì)應(yīng)焊盤位置進(jìn)行激光切割,使對(duì)應(yīng)位置的銅箔漏出來(lái)后進(jìn)行表面處理(Surface Finish而成為焊盤;另外一種則是采用光致涂覆層(PIC: PhotoImageable Cover coat或稱PSC:Photo Sensitive Coat,原材料有環(huán)氧樹脂類,丙烯酸類和聚酰亞胺類,有干膜及液態(tài)兩種狀態(tài)。采用曝光顯影的原理,使對(duì)應(yīng)焊盤位置的PIC(或PSC涂覆層去除掉。無(wú)論是采用上述何種

2、方式,根據(jù)Solder Mask“開窗”的方式,FPC的焊盤無(wú)外乎兩種。一種是SMD(Solder Mask Defined PAD,即:焊盤的大小和形狀由Solder Mask決定;另外一種是NSMD(Non Solder Mask DefinedPAD,即:焊盤的大小和形狀不由Solder Mask而由焊盤銅箔(Copper Foil自身決定。如下圖所示: 從上圖可以看出,對(duì)于NSMD類型的焊盤,Solder Mask開窗比焊盤本身的銅箔大;而對(duì)于SMD類型的焊盤,Solder Mask開窗比銅箔小,也就是說,有一部分被Solder Mask覆蓋住。實(shí)驗(yàn)證明,NSMD類焊盤的焊接強(qiáng)度普遍較

3、SMD類焊盤低。主要原因?yàn)镾MD 焊盤除銅箔與基材的粘接作用外,Solder Mask同時(shí)也起到了加強(qiáng)的作用。而NSMD類焊盤則主要依靠銅箔與基材的粘接作用。我們?cè)谧髟骷膹?qiáng)度測(cè)試時(shí),經(jīng)常發(fā)現(xiàn)斷裂面出現(xiàn)在銅箔與基材之間而非焊錫處。如下圖所示: 而對(duì)于WCSP(Wafer Chip Scale Package封裝及其它Fine pitch元器件而言,同樣存在上述焊接強(qiáng)度的問題。為改善其焊接強(qiáng)度,提高可靠性,一般情況下需要增加Underfill(底部填充工藝。既然NSMD存在這樣的問題,為什么還被廣泛地采用呢? 答案很簡(jiǎn)單,因?yàn)镾MD類焊盤的制作工藝難度較大,且精度要求非常高,大大增加了制造成本

4、。目前能達(dá)到的Solder Mask尺寸精度水平維持在±0.1mm,采用PIC(或PSC工藝后制造精度有所提高。但迫于成本的壓力,NSMD越來(lái)越受到FPC制造商的青睞。下圖為288PinBGA的局部焊盤圖片,就表明了SMD類焊盤的致命弱點(diǎn):由于Solder Mask“開窗”精度差,致使其將部分甚至大部分焊盤覆蓋住,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致SMT工藝無(wú)法進(jìn)行。事實(shí)上,對(duì)于FPC制造商而言,采用NSMD類焊盤,他們降低了制作難度,提高了良品率。相反地,卻增加了SMT工藝難度。特別是WCSP等Finepitch元器件,由于NSMD是將焊盤整體“開窗”,這樣也會(huì)將線路曝露在外。由于線路與焊盤一樣具備可焊性

5、,但線路與焊盤間距過小(小于0.1mm時(shí),極易引起短路缺陷。見下圖: 實(shí)際試作短路數(shù)據(jù)如下:其中,#4ball、#5ball、#7ball與線路短路總數(shù)36pcs,占總短路不良的81.8%。說明#6ball線路由于與相鄰的ball間距過小是造成短路不良的直接原因。為解決WCSP短路不良的問題,可以從兩方面著手:一方面,優(yōu)化FPC電路設(shè)計(jì),在保證功能正常的前提下將#6ball去除,這樣就可以在很大程度上降低短路不良的發(fā)生。如下圖所示:另一方面,通過SMT制程內(nèi)進(jìn)行改善,即:優(yōu)化鋼網(wǎng)開口設(shè)計(jì),采用Offset-mask。Offset-mask指的是,通過鋼網(wǎng)開口人為增加一定的Offset,使印刷后

6、錫膏與線路之間的間距增大,從而減少短路不良的發(fā)生。而對(duì)于Ball的兩邊都有線路的情況,則通過改變鋼網(wǎng)開口形狀進(jìn)行改善。例如,將正方形的開口改為長(zhǎng)方形開口,而開口面積不變(即錫膏量不變。當(dāng)然,此時(shí)必須注意鋼網(wǎng)開口的兩個(gè)指標(biāo)(寬厚比及面積比在合理的范圍。如下圖所示:從以上兩種鋼網(wǎng)開口設(shè)計(jì)的印刷、焊接效果對(duì)比可以看出,采用Offsetmask不會(huì)影響WCSP的焊接效果。另外,此種方式可以大大降低WCSP短路不良的發(fā)生。通過大批量生產(chǎn)數(shù)據(jù),通過采取此種方式后短路不良在500ppm 以下。 為進(jìn)一步驗(yàn)證改變個(gè)別WCSP開口形狀(由正方行改為長(zhǎng)方形是否對(duì)焊點(diǎn)形狀和強(qiáng)度造成影響,我們作了微觀切片分析,結(jié)果如下:通過微觀切片觀察,形狀改變對(duì)錫膏量不存在影響。各焊點(diǎn)大小及形狀一致性良好。作強(qiáng)度測(cè)試后的數(shù)據(jù)也充分說明了這一點(diǎn)。因此,對(duì)于Fine-pitch封裝的元器件,若其FPC上的焊盤設(shè)計(jì)為NSMD型時(shí),我們可以通過優(yōu)化鋼網(wǎng)開口設(shè)計(jì)來(lái)改善其短路缺陷,達(dá)到提高SMT制程良率的目的。 綜上所述,柔性線路板(FPC上的焊盤設(shè)計(jì)可分為SMD及N