高速組裝工藝和特性化3

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無源元件的組裝。發(fā)展趨勢說明每年貼裝的無源元件的數(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，在這項工作中對每一工藝步驟都進行了詳盡的研究。開發(fā)的工藝步驟有模板印刷、元件貼裝和再流焊接。還對工藝參數(shù)進行了研究，如象；脫膏速度、模板清理頻率、基準類型和再流參數(shù)。緒言顯然，在過去的幾年中，隨著人們使用的便攜式、尋呼機和個人輔助用品數(shù)量的急劇上升，使得消費類電子工業(yè)火爆發(fā)展。在更小、更快、成本更低需求的推動下，對小型化技術(shù)研究的必要性也成為無止境的需求。多數(shù)移動式制造廠家現(xiàn)在已將0201無源元件用于其所有的最新設(shè)計中，而且在不遠的將來，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，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，通過直接用裸芯片進行封裝，用于2級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認證焊盤設(shè)計、印刷、貼裝和再流工藝窗口，以便使0201無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。實驗規(guī)劃主要采用了三套實驗方案。這三套方法主要是相對于焊膏印刷、元件貼裝和元件再流。為了了解每種工藝步驟對0201組裝工藝的影響，分別對每種組裝工藝進行了檢驗。對于工藝順序，只對研究中的工藝變量進行了更改，而對其它工藝參數(shù)沒有作任何更改。測試載體設(shè)計的載體應(yīng)能給出下列數(shù)據(jù)：1．0201-0201間距效果。焊盤邊緣到焊盤邊緣的變化取決于4、5、6、8、10和12mil這幾個間距尺寸。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。標稱的焊盤尺寸是一個12×13mil的長方形焊盤，中心到中心的間距為22mil。標稱尺寸將會有10%、20%和30%的變化。在整個板子上，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0°和90°的芯片方向進行研究。在單元E和F可使你觀察到5°角對0201組裝工藝的影響。4．1-6單元研究的是各種無源元件尺寸（0402、0603、0805、1206）到0201之間的相互作用。用這些組件來確定0201元件對其它較大無源元件的大至影響，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4、5、6、8、10和12mil范圍內(nèi)的變化。此外，0201焊盤尺寸在這6個單元上的變化，說明了隨著焊盤尺寸變化的相互作用。圖1所示是測試載體，其中有6552個0201元件、420個0402元件、252個0603元件和252個1206元件，總計7728個無源元件。基板是標準的FR4環(huán)氧樹脂板，厚度為1.57mm。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測試載體設(shè)備規(guī)劃所有的測試板都是使用同一臺組裝設(shè)備組裝的。使用MPMUltraprint3000印刷機實施了模板印刷。所有的元件都是用西門子的HS-50貼裝機進行貼裝的。使用BTUInternationalParagon98N再流焊接設(shè)備進行再流焊接。通過主模板印刷審查DOE的實驗規(guī)劃為了體現(xiàn)0201無源元件的印刷特性，而開發(fā)了一種實驗設(shè)計（DOE）以便觀察印刷工藝中的幾個系數(shù)。在絲網(wǎng)印刷DOE中需要檢驗的變量有焊膏目、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間。這種DOE是為確定這些系數(shù)是否會影響到0201無源元件的印刷工藝而設(shè)計的。每個系數(shù)的變化在表1中列出。最初，是在絲網(wǎng)印刷中對基準類型進行檢查。然而，由于印刷機不可能精確地視查到掩膜規(guī)定的基準座標，所以，這個變量就被刪除了，只使用了金屬規(guī)定的基準座標。焊料掩膜上的十字形的基準座標在模板上看似一個極大的圓形，其相對于焊料掩膜底部開口的金屬。在這個大圓與較小的十字形對齊過程中，導(dǎo)致了模板和板子之間出現(xiàn)了對齊偏移。

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0.05cm/sec0.13cm/sec焊膏滯留時間30秒10秒本項研究中使用的四個變量是在需要8組不同實驗的DOE中確定的。對于印刷缺陷的數(shù)量和測量的高度數(shù)據(jù)使用的是公制度量單位。測試結(jié)果是基于95%及以上的可靠區(qū)間

來確定統(tǒng)計的有效系數(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)是在檢驗印刷的實驗中保持不變的常數(shù)。選用125micro（5mil）的模板，100%的孔徑比作為第二次、更進一步研究中所需的值范圍的兩個中心值。根據(jù)印刷機制造廠家推薦使用的參數(shù)設(shè)置模板印刷機的參數(shù)，并使用其推薦值的中間值范圍。

表2在絲網(wǎng)印刷DOE過程中保持不變的常數(shù)因素參數(shù)設(shè)置模板厚度125μm孔徑比100%模板制造方法激光切割和電拋光焊膏化學(xué)成分免清洗刮板長度30.48cm印刷力度5.4kg印刷速度5.08cm/sec清理頻率每次印刷后刮板抬起高度2.54cm審查主要印刷DOE的結(jié)果表3所列是根據(jù)實驗設(shè)計（DOE）實施的一系列實驗。這些實驗只是為檢驗主要效果而設(shè)計的。每種實驗都使用了10種復(fù)制品實施的。在數(shù)據(jù)搜集中沒有使用前5種復(fù)制品，不過，前5種復(fù)制品對使焊膏起到充分的作用和確保印刷工藝的穩(wěn)定起到了一定的作用。

表3檢驗?zāi)０逵∷⒌腄OE

測試#焊膏類型刮刀類型焊膏停滯時間脫膏速度1類型Ⅲ金屬30秒0.05cm/sec2類型Ⅲ金屬10分0.13cm/sec3類型Ⅲ聚合物30秒0.05cm/sec4類型Ⅲ聚合物10分鐘0.13cm/sec5類型Ⅳ金屬10分鐘0.05cm/sec6類型Ⅳ金屬30秒0.13cm/sec7類型Ⅳ聚合物30秒0.05cm/sec8類型Ⅳ聚合物10分鐘0.13cm/sec在評估每種實驗條件時使用了三種公制單位。第一種公制度量單位是平均焊膏印刷高度。使用一臺用每個象限的四個測量值的激光輪廓測定器測得的每塊板的四個象限的16測量值。這樣在每次實驗中就產(chǎn)生80個高度值?？蓽y得板子兩個邊緣及板子中心的值。焊膏高度的標準偏差作為第二個公制單位。第三個公制單位是缺陷的總數(shù)量。在8次實驗中獲得的平均高度和高度標準偏差數(shù)據(jù)見圖2所示。

圖2

略

圖2模板絲網(wǎng)印刷DOE的印刷高度結(jié)果，單位為micro使用的第三個公制單位是缺陷的總數(shù)量。對選擇的1-6電極和A-D中的區(qū)域?qū)嵤┕鈱W(xué)檢驗，并將缺陷的總數(shù)記錄下來。對有橋接的焊盤和漏涂焊膏的焊盤也應(yīng)視為缺陷。圖3所示是缺陷數(shù)據(jù)的匯總。陽呼剃被葡昂托莖間志約哲中責(zé)圖3丑趨蹈屢澡互略縣倘趣讓頓濕作旱阿圖3他模限板絲住網(wǎng)印往刷缺送陷結(jié)喇果，寬缺陷航數(shù)量球/D鳳OE柔根據(jù)索這些乳公制閱單位懲及使錄用9校5%熱的可貌靠區(qū)憶間，滾統(tǒng)計刑的唯慰一主短要有紅效影引響是黑刮刀怎類型咽。主暈要影勤響曲菜線見巡圖4姿所示勒。焊聞膏類嚼型、礦分離應(yīng)速度搬和焊如膏滯辭留時葵間的右可靠始區(qū)間估在8緊5%朋以下屆。抱仰存倒列父雀撿隨常管早激窄圖4蘭候為舉檔略敲笛隱屑器埋憤駛稍汪圖罪4鍛絲網(wǎng)償DO滑E的組主要狀影響梢曲線自分離恰速度址和清苦理頻福率的孩分析鼓為檢怎查分哲離速膠度和顆清理訪頻率丟的影棵響而本實施艷了第隸二個斧小型湯實驗倡。因助為模密板清敲洗對愛產(chǎn)量膊有影邀響，夕所以珍模板慶清理東頻率泡是一摘個重案要的稿參數(shù)味。由點于模哀板的幣清洗儀明顯匯地增自加了跑模板勺印刷歌機的勸循環(huán)源時間搞，所輸以，增在生飽產(chǎn)中眨如果頓有可葛能的達話，驢應(yīng)取瘋消這千一工猛藝步例驟。耀進行浪這一刃實驗憂是為桃了確墾定模避板清斥洗是凡否是涂02叉01蝶工藝韻獲得衡良好膝印刷敢必不架可少刪的一慢步。昂在這張一實餐驗中祥還對藥分離皆速度家進行蝶了研煎究，逮因為薪在第個一步鑰的D冒OE漆中已世將其世取消弊，沒果有使間用這蒜個有詢效系戲數(shù)，糞其它津方面炕的論蒙證已百獲得娃了滿娛意的觸效果灶。采炸用的便分離約速度駁分別打為0悉.0漏5c羞m/碌se河c和炊0.啟13竄cm論/s屆ec傍。對區(qū)于這洪兩個離分離燒速度竄的實喉驗，幫都是統(tǒng)使用租類型長Ⅳ焊飾膏，享使用奴的刮煉板是凱金屬尿刮板丹，沒筐有停媽滯時嘉間。窮在每膛個實晃驗中累都使趕用了異5種叫復(fù)制良品，避在第篩一次雹印刷鮮中，跌是將醒焊膏窄施加歌到5器塊模熊擬板冊。兩貓次實淚驗獲修得的飲結(jié)果袖列在經(jīng)表4勉和表竄5中霉，正盛象第脹9和議10唯次實老驗?zāi)欠粯?。紫從第萌一個甚DO透E獲套得的漂第5洞和6裙次實勸驗也像是使野用類蠻型Ⅳ塞焊膏震和金響屬刮末板，探并與優(yōu)第9閥和1勢0次有實驗叼進行浪了對欠比。躲跪臘角慘閉有盾呀表洪4拳焊膏割高度蚊數(shù)據(jù)殊，以急mi殊cr郊o為請單位袍實驗逐#豐分離季高度鎖清洗放頻率膊平均逆值糧標準沿偏差愚5寸0.扁05套cm至/s你ec唯每次導(dǎo)印刷高后綱14旗9.擔(dān)97羞13鋼.4扭5飯6舞0.綁13到cm五/s導(dǎo)ec擁每次同印刷騰后翅14飾9.性36曬20厲.2柿0框9控0.皇05葛cm翼/s覽ec鋤不清捎洗凈14橡5.倡77累15榴.4冠1怒10禿0.霜13紹cm額/s嗓ec藍不清獄洗抄13底6.污45賴15哄.1些9聯(lián)銀飯稈隨門撐局家臺表排5仇每次截實驗免的缺涉陷數(shù)鳳量輕實驗搏#戰(zhàn)缺陷送數(shù)量脂5舒15臣6廚43甚9劣23壟6躁10別23豈8備根據(jù)書上述動結(jié)果扶，唯朝一的砌主要彩影響早是模告板清抹洗頻諒率。事主要雹影響嘩曲線膀見圖撿5所漲示。茄販槽蠻們罩消踏煤涌圖瞞5

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眠刑鐘咱檔壩層略憤療古酷工鋪撈軌芹圖1慧2北審查慶再流益結(jié)果勿的圖久形說勵明挨后糾閥逝喚姓補巴駁演圖1寸3

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