表面黏著技鋼板印刷技術(shù)

1、表面黏著技循板印刷技衍（資料整理：工研院ft子所梁明況）一、摘要自蒙特US1定善祝定禁j£CFC彳爰，18子黜裝渠者受 到相常大的影簪。因此樊展在18子黜裝彳爰段SMT裂程使 用免洗裂程以取代CFC清洗技循:，其中最困I8之一懸 SMT金同板印刷技循1。本篇主要利用檢測技衍來分析裂程 建數(shù)，且依摞不良率分析，提出改善方案，以提高裂 程之良率。在裂程建數(shù)中主要板槿I®、金易膏槿I®及 金同板印刷次數(shù)，因此由建數(shù)尊找出印刷敕懸清晰的 品懸其生崖依at。在不良率分析方面，依at不良垣象找 出原因，如IC金星金易不良或PCB bonding pad金星金易性不良，改 善其

2、原因使品金呈金易性良好，相封就曾提高品之良 率。本文提出如何建立全套分析技循封於SMT裂程不 良，亦提供完整分析，有助於工JS之不良品分析，希望 藉此分析技循:，曲助18子瓷軒111在禁j£CFC及限用 HCFC下，符其揖失減至最小。二、金嗣板印刷板要求除了尺寸大小正碓之外，另外板孔內(nèi)壁 之要求有二一是8E有undercut ,另一是表面粗糙度 要系田。M 1和2分別懸A及B工J®所生之板，板 孔內(nèi)壁覲察，A工JS孔內(nèi)壁或沒有undercut且粗糙度敕 余田，理謫上在印金易膏於PCB之bonding pad上，其金易膏的形 狀J# 1g敕懸清晰（sharp ） 。 3和4分

3、別懸使用A及B工 J®所生H 之金嗣板以X工）®相同金易膏印在PCB bonding pad之 金易膏的形狀。 3及4之箭1g 1所示，可以見到在BI3 之角的地方敕有半圄的形狀，而BI4之角的形狀比敕不 H o在H3及4之箭1g 2懸遏之形狀，優(yōu)形狀得知BI3之 遏敕懸直而且清晰。優(yōu)上面得知在使用相同金易膏，相同 裂程修件下，祗有板不同所印下去之形狀就有所不 同。在H1 A工所生金同板孔內(nèi)壁敕懸清晰，其印下 去金易膏外形也敕懸清晰及明K。reflow彳爰，在雨他I bonding pad之IW的余色阻抗1r敕小，一般封於bonding pad之余自 阻抗要求要大於108

4、Q/cm2 o如果余自阻抗下降，bonding pad 之漏霜流增加，可能造成重性function failure ,適槿琪象在高下或因bonding pad之距離隹建短而更加IR重印在PCB bonding pad金易膏的形狀也典印刷次數(shù)有信H 彳系，敕明St者可看出印刷1到5次畤金易膏形狀之遏遢很 直，但次數(shù)懸20次畤，可彝？I金易膏形狀已不是四方形， 而且也已曲。由此可知印刷愈多次其形狀愈不 明其原因可能是印刷愈多次黏在孔壁之金易膏就愈 多，而影簪下次印金易膏之形狀及量。因此使用板印金易 膏畤，不能印太多次，一段畤彳爰必須擦拭清？黑，不然 所印下去金易膏之品II就曾不好，影簪筐品之良率及

5、可 靠度。所以在言丁定裂程修件，要包括多久需擦拭板一 次，一般裂程最好每510次就要擦就。印在PCB bonding pad之金易膏的形狀和J®牌不同也有信H 彳系。優(yōu)分析結(jié)果得知不同JS牌之金易膏所印下來的形狀 相差很大。由此可見相同板，因懸金易膏不同所印出來 的外形也相差很大，所以在裂程中除逗用良好板之 外，遢必i(退用良好金易膏才能生良好的SMT 品。同一家公司所使用之相同牌不同型虢的金易膏Y 典Y-1 ,其印在PCB bonding pad之金易膏 的形狀 不同，覲 察Y 及 Y-1最大差昇在於viscosity不同，viscosity不同主要決定 solder ball 及

6、 flux , 可 JU Y 及 Y-1 其 solder ball 及 flux 都有所不 同，Y-1之viscosity敕小，敕不容易被黏在孔內(nèi)壁，印下去 阻力小，因此形狀就比敕清晰。前面BI1及3分別懸A工摩金嗣板孔內(nèi)壁及所印金易膏 的形狀，BI 2及4分別懸B工金同板孔內(nèi)壁及所印金易膏 的形狀，徙4 (0圄中可以得知板孔內(nèi)壁愈余田，所印金易 膏的形狀就愈清晰， 5及6懸工JSA及B印完金易膏之 金同板。在BI5箭H 2孔之雨端可明U看到一 /W solder ball , 但在箭1孔中沒有彝？I solder ball。 Bl 6中可以明18 看出在箭2孔末端的地方有2 - 3

7、74;的solder ball ,且在箭 ® 1 孔中 內(nèi)壁也有 1 - 2 ® solder ball。優(yōu)上面結(jié)果得知A工JS所生金同板孔內(nèi)壁敕懸光 滑，所以印刷彳爰，留在孔內(nèi)壁之金易膏就減少。 5及 6得知雨端都比中所粘之solder ball多，可能雨端角度 敕大，在印金易膏畤其阻力敕大，所以粘的金易膏敕多。粽合前面H1、3及5得知A工所生金同板孔之內(nèi) 壁敕光滑及沒有undercut ,印刷之彳爰，黏在孔內(nèi)之金易膏敕 少，相封印在PCB上金易膏的形狀也敕清晰，reflow之 彳爰金星接在pin典pin之之表面條色阻抗曾敕大，漏重流小，是一他I敕好之金同板。相封H 2、

8、4及6得知B工所 生金同板品H敕差。三、PCB和IC H金星金易性封SMT金易膏金呈接影簪SMT IC H金星接除了和金易膏印刷板有密切的彳系 外，另外一他影簪SMT金星接因素懸IC零件U之金星接。以 前使用CFC清洗金易膏畤，可在金易膏內(nèi)加入敕多flux或活 性敕弓金之flux ,因懸金星接彳爰可用CFC > flux清洗掉，不曾 殘留flux ,常然表面阻抗就很高，18性相常的好。 彳爰來改用水洗flux使金星接更好，因懸水洗金易膏之flux活 性很弓金，假如零件金呈金易性不良那也沒有信制彳系，遢是可以 金星接很好。但水洗金易膏之flux活性敕弓H ,封於零件平貼 PCB且密度又高，

9、要清洗乾浮在不容易，因懸水洗金易 膏之活性很弓金，如果有一黑占黑占洗不乾浮，那零件表面 阻抗一定降低，且趣易腐食蟲零件。免洗裂程所用金易膏含flux之固醴含量低而且活性又 低，所以封零件金呈金易性的要求就提高，如此才能金星接得 好。H 7中箭1g 1 K示IC U tl面有敕多金易，且PCB金星黑占非 常光亮，可見此金星接相常不H。因懸PCB bonding pad上金易 膏可能沿著IC腕跑到側(cè)面，所以我伸號可以在IC H之fij 面看到敕多的金易。SMT利用金易膏把PCB和IC U逋接，此可用BI 8來推 8! ,在箭的地方看到PCB上面有和bonding pad平行之直 ® ,此

10、直指向I C H o適槿琪象明在金星接畤，印在 PCB bonding pad上面的金易膏在reflow畤，因毛余田管？I象，金易 就 11r 沿著 PCB bonding pad 跑 至 IC H 和 PCB bonding pad 接斶地 方，符IC H 典PCB bonding pad金星接，所以可看到PCB bonding pad有金易流至IC監(jiān)U之痕品亦。如果在PCB bonding pad上面沒有 IC零件的腳就鷹1g沒有此痕品亦，且金易就不曾流勤均勻 的分佛在整（0 PCB bonding pad上面。四、金呈金易性不良分析前面提謾在SMT裂程金呈接良好的情況下，PCB bond

11、ing pad上面金易1r因毛系田管？I象由PCB bonding跑到IC H 典PCB 接斶。M 9懸SMT IC H 典PCB bonding pad金星接不良的情況， 此懸一他I重性失敗：的檬品，在PCB bonding pad和IC腕有重 性open之琪象。BI 9箭1可見到有些白色結(jié)晶物，其主要原因懸IC腕金呈金易性不良瓢法和金易膏金呈接，使金易膏和 PCB結(jié)合，其金易膏之flux就跑到PCB和IC U中,常用力 > IC腕推H ,就可看到白色flux之結(jié)晶。在箭SC2慮可 見到有一現(xiàn)金易，此懸PCB bonding pad之金易膏在reflow之彳爰留 下來，常IC H的金星

12、金易性不良，在金易膏reflow畤金易瓢法 被吸到IC H和PCB bonding pad接斶之虞，金易就留在原來地 方，金易瑰旁遏遢可看到幅射狀之flux於箭上。正常 reflow 之接如 Bl 8所示，PCB bonding pad之金易膏在reflow 彼因 毛余田管？I象跑到IC H和PCB bonding pad接斶，而留在PCB bonding pad上面，適？！琪象主要原因可能因懸IC U金星金易性 不良所造成。 在H 10箭1g 1、2、3懸IC腳和PCB做重 性測IS畤懸斷路，此箭1g前端可看到bonding pad有一現(xiàn)膏 金易，而圄10箭St 4、5做ft性懸通路，其箭所

13、指慮 或沒有金易現(xiàn)，可見箭1g 1、2、3的不良原因同前面H9 懸IC腕金呈金易性不良，瓢法符金易吸謾去所留下來。在 H 11 箭 1、2 之 PCB bonding pad 和 I C H 做重性測 IS 懸斷路，在BI11箭1g 3、4之PCB bonding pad和IC H重性測通路，在造些箭中很明St可見到箭St 3、4之PCB bonding pad金星接良好，具光亮金H表面，但箭I0 1、2之 PCB bonding pad金星接不好，3t未見到光亮之金H表面。箭 ® 3、4之光亮金星接表面，如H8所示PCB bonding金易膏在 reflow畤，金易和PCB接合良好

14、，此因毛余田？I象使金易膏跑至 PCB bonding pad和IC臍接斶的地方，但BI 11箭1、2可能 是PCB bonding pad金星金易性不良，金易膏在reflow畤瓢法和PCB 接合而跑到PCB bonding pad和IC接監(jiān)U ,而此金易膏在reflow畤 形成小金易球留在PCB bonding pad上或跑掉。適些小金易球如 果跑到bonding pad之易造成表面阻抗建小，殿重JW 形成短路。在H12箭1g 1之bonding pad和IC H之重性斷路，且在PCB bonding pad上面可看到金易膏在reflow彳爰瓢 法和PCB bonding pad結(jié)合之金易球

15、，此垣象如同前面BI 11所明。而在箭2 «域之18性懸通路，在PCB bonding pad有 光亮金H表面代表wetting良好。五、Mira免洗裂程使用金易膏其助金星能力或不是很弓金，所以封 零件、？板及裂程修件等要求就鷹特別注意。本言十重另 一部份探言寸使用金易膏符PCB和IC金星接之械情，迤一步推測崖品金早接不良可能原因優(yōu)研究謾程推測以下結(jié)謫：(1)金同板孔內(nèi)愈8E有undercut及表面越余田，刖印出來金易膏 品II就曾愈好，封崖品18器性II也敕好。(2)相同板印愈多次其金易膏外形愈不好，封金星接結(jié)果 也不好，在印多次之彳爰就必i(用布擦拭，結(jié)果得 知每510次擦拭一次

16、，最符合余圣洲及品U之效益。金易 膏如果停在孔內(nèi)太久易固化建H ,不易清洗乾浮，所以 隔夜不用之板要做底清洗。(3)相同板，使用相同牌不同型虢或不同牌之金易 膏，其所印刷金易膏的外形也曾有所不同。(4) IC和PCB之金星接品II除了和印刷技巧有外，另外 典零件金呈金易性之彳系也很大。一、前言PCB之黜裝裂程主要分懸雨槿，表面黏著技衍(SMT solder )及傅統(tǒng)波焊謾金易41 ( wave solder )。在民閾81 年前不謫SMT或wave solder全部都使用CFC懸溶WJ > 助金星 膏I洗掉，自優(yōu)1996年1月1日禁CFC彳爰，wave solder裂程 已 由 CFC

17、改 用 HCFC 、 水 洗 及 免 洗 ； 但 在 SMT solder 方 面 ， 超 謾7成以上棠者已改成免洗裂程。SMT技衍之主要裂程是在PCB之金星塾上印上金易膏彳爰，> SMT零件放在金易膏上，再謾高溫reflow把SMT零 件金星在PCB上面。以往用CFC溶WJ清洗flux ,如此不1r影 簪金星黑占及18性。但在免洗裂程中SMT金易膏之助金星能力不 能太弓金，否JW曾增加雨他I相近零件之表面阻抗，而 使漏18流堤大，致整(018子系統(tǒng)瓢法正常逋作，殿重者 可能1r腐食蟲金易黑占。所以使用免洗flux於SMT畤需做SIR(表面條色阻抗)測IS。具方法是招金易膏印在IPC-B

18、-25襟 型測就板，reflow之彳爰放在85 C , 85% RH及加50V霜M 於恒溫恒湮箱內(nèi)，168小畤之彳爰覲察其阻抗，若大 於108Q即合格。由此可知SMT所用於金易膏內(nèi)flux之活性不能太弓金，總»禱SMT技衍之flux助金星能力不足，必i(優(yōu)其他方面 著手才能使免洗SMT裂程良率和以前CFC清洗flux 一檬好。本文主要提出改善板品H來增加免洗SMTlffi程之 良率。二、？板生方法目前閾內(nèi)生H金嗣板(stensile )的商余勺十黑家，主要 生筐方法有化孥食蟲刻法及雷射食蟲刻法雨槿，其中以化 蟲刻法最多，主要原因可能是技衍敕成熟，段借便宜 及生速率敕快。而雷射食蟲刻是

19、利用一束束的小雷射 光，板再H 口地方去掉，每慮理一他I孔余勺花2-3秒 的畤,因此若一他基板有5,000他孔畤，所需畤超 謾3小畤，估言十一天祗能生8片，如此生速率慢且 不合效率。若使用敕大束的雷射，生速度快，但 孔內(nèi)壁就曾敕粗糙。化孥食蟲刻法是利用氯化IS來食蟲刻 板，在沒有光阻地方就曾被食蟲刻一(0洞，因其徙雨面 同畤食蟲刻，所以金同板內(nèi)部多少11r有undercut的垣象，如BE 1至8 18示A、 B、 C及D工生金同板之孔內(nèi)壁的形 狀，其倍率分別懸50倍及500倍。道些板懸琪在生 PC-586 及 P6 之 主板 208 pin QFP 之 孔。三、金同板的形狀 1至4中，箭1g

20、1及2距辰度，箭1g 3及4SE辰度，一般SE辰度愈大JW印下去金易膏的量就愈多， 而增加使金呈金易性，但其缺黑占懸減少距的距離隹，即pin和 pin的距雕建短，此易造成表面條色阻抗下降，漏18流 增加，殿重者曾形成短路。理謫上208 pin之距及IE 的距離隹是相等的，9-10 mil ,但有畤考量板內(nèi)壁粗 糙易黏金易膏，所以一般都SE予以放大，以碓保印在 bonding pad之金易膏量足額J。下表列出A、B、C、及D工J® 所做板之208 pin 距及 IE ,除了 A工®距及 SE 相等外，工B、C、D之 SE都大於距。SE加大 可改善金易膏黏著板內(nèi)壁之情況，但距堤

21、小易造成 bonding pad之IW表面條色阻抗增加及短路？I象。此？I象在 更余田的SE及®距之345pin 品曾更殿重，所以道槿 品若加大SE來增加金易膏量可能曾遭遇更大的困I8。在BI4的箭1g 6可彝？ID工所生 208 pin之 IE末端 有向下垂的垣象，而在另一端或沒有道槿琪象，此垣象 可能是St影裂程不良，或食蟲刻不是以巾俞送帶(conveyer ) 方式所造成的不封耦。覃位（mil） AXJ® BXJ® CXJ® D XJ®距 8.8 7.9 9.1 7.98.8 9.8 10.0 10.8四、？板孔內(nèi)壁之形狀金同板孔內(nèi)之un

22、dercut及粗糙度結(jié)果U示於BI5至8。 優(yōu)箭5中可以清楚看出A工沒有明K之undercut琪 象，而B及C工JS有一黑占黑占undercut ,但3t不IR重，敕IR重 者懸D工( 8 )其孔壁表面有不祝JW之凹凸形狀。 除了 undercut外，另一重要垣象懸表面粗糙度，優(yōu)BI5-8中 可看出A、C工J®之金同板孔內(nèi)粗糙度敕B工)«余田，B工 之板明K有敕粗的表面。而D工之板表面有 凹凸形狀故粗糙度不好，但其平行於板表面之余田 觸典A及C工非常接近。懸了更了解板內(nèi)之粗糙度 情況，本言十重研究人H板切H 或旋樽90度，再由 SEM覲察其俯視Bl, H9至10卷A、B工J®之金同板 cross-section之SEM 2000X的像片，可看出A工摩金同板表面有 些余勺1m凹洞，但B工摩金同板表面有大的2m凹孔及余勺 6-10m之凸出物，造些凸出物可能就是在H2造成表 面粗糙的垣象。因此優(yōu)粗糙度不良的垣象得知A、C工 J®比B、D工J®好，再考量undercut畤，U然A工J®所生i! 的板最好。五、金同板生崖僚件控制影簪SMT技循1的主要因素懸金同板之表面粗糙度，而 影簪表面粗糙度的因素懸板基材及生程。由 SEM/WDS之定量分析A、B工板彝？I其成份及比例 都相同，主成份懸Fe (