SMT工藝與POP裝配的控制

元器件翹曲變形對裝配良率的影響至為關鍵

元器件翹曲變形導致在裝配之后焊點開路，其翹曲變形既有來自元件在封裝過程中的變形，也有因為回流焊接過程中的高溫引起的熱變形。由于堆疊裝配的元件很薄，底部元件甚至薄到0.3 mm，在封裝過程中極易產生變形。如圖1所示。

圖1 元件翹曲變形示意圖

元件封裝過程中產生變形最大是在進行模塑（封膠）之后，我們發現隨著元件尺寸的增加，其變形量也會增大。堆疊的兩個元件，底部元件變形量會相對大一些。來自不同供應商的元器件其變形量也會不一樣。如圖2和圖3所示。

之所以會產生翹曲變形是因為元器件中各種材料的彈性模量和熱膨脹系數各不一樣，如果所選用材料以上特性差異越大，再加上物理尺寸的影響（長寬厚），其變形就越明顯。要保證較高的裝配良率，對堆疊元件的平整度要求很重要，要選擇質量好的供應商。

底部元件錫膏印刷工藝的控制

底部元件球間距是0.5 mm或0.4 mm的CSP，對于錫膏印刷是一個挑戰，需要優化CB焊盤的設計，印刷鋼網的開孔設計也需要仔細考慮。錫膏的選擇也成為關鍵，往往會

圖2 元器件封裝/組裝過程示意圖圖3 元器件封裝/組裝過程翹曲變形分析示意圖

有錫膏過量或不足的現象。對于精細間距的晶圓級CSP的錫膏印刷，應用合適的PCB及鋼網設計加以良好的印刷工藝控制，可以獲得批量生產條件下高的裝配良率。0.4 mm CSP的印刷可以選用type3，或type4，但 type4有時可能會出現連錫現象。市場上現在有type3和type4混合的一種錫膏，印刷效果不錯。印刷工藝控制注意以下幾個方面：

·當印刷微間距的PCB時，要放慢印刷速度；

·選擇最接近PCB板的刮刀，兩邊離PCB邊緣有O.5″；

·錫膏在鋼網上要形成良好的“滾動”，而不是“滑動”；

·錫膏滾動柱表面要相對光滑均勻，外形要中心對稱：

·刮刀刮過后孔要被完全填充；

·刮刀刮過后鋼網要很干凈，沒有錫膏留在后面；

·脫模后孔壁要沒有錫膏或非常少的錫膏留在其上；

·脫模的速度極為關鍵，一般來說需要較低的脫模速度，如0.25～0.5 mm/s，但也有些錫膏要求快速脫模，需要仔細閱讀技術說明：

·印刷時對基板平整的支撐一般都要求全板支撐，避免印錫不均勻的現象。

影響印刷品質的另一重要因素是印刷鋼網的設計和制造：合適的寬深（厚）比或開孔面積比，孔壁是否光滑整齊。對于0.4 mm CSP，印刷鋼網推薦采用如下設計：

·鋼網厚度5 mil，則方形孔為lO mil×10 mil，圓形孔的直徑為11 mil；

·鋼網厚度若為4 mil，則方形孔為9 mil×9 mil，圓形孔的直徑為10 mil。

貼裝過程中基準J羔的選擇和壓力的控制

底層元件以整板基準點來矯正沒有問題，上層元件是以整板基準點還是以其底層元件背面上的局部基準點來矯正就需要斟酌了。如果同樣選擇整板基準點，會很方便，不需要任何變更，產出率也會高，但貼裝精度成了爭論的焦點。事實上，貼裝的精度會受到影響。而選擇其底層元件背面上的局部基準點，貼片周期會長產出率受到影響，對處理基準點的相機提出了挑戰（焦距的問題）。但是貼片的精度會得以保證。這時貼裝壓力的控制也變得非常重要，過高的壓力會將底層元件的錫膏壓塌；造成短路和錫珠，高壓力貼裝多層元件也會因壓力不平衡導致器件倒塌。所以貼裝及浸蘸過程中需要較低的貼裝壓力。

多層堆疊貼裝后，在傳送過程中，要求傳輸軌道運轉更加平穩，機器設備之間軌道接口要順暢，避免回流焊接之前傳送過程中的振動沖擊。

頂部元件助焊劑或錫膏量的控制（如圖4所示）

助焊劑或錫膏的厚度需要根據元件焊球尺寸來確定，保證適當且穩定均勻的厚度，使最小的焊球也能在浸蘸過程中蘸上適量的助焊劑或錫膏。需要考慮優先選擇低殘留免清洗助焊劑或錫膏，如果需要底部填充工藝的話，必須考慮助焊劑/錫膏與阻焊膜及底部填充材料的兼容性問題。

頂部元件浸蘸助焊劑還是錫膏，會有不同的考慮。錫膏裝配的優點是：①可以一定程度地補償元件及基板的翹曲變形；②無須額外工藝，可以與現有工藝很好兼容；③焊接后器件離板高度稍高，有利于可靠性。但也有其缺點：①會放大焊球本來存在的大小的差異；②可供選擇的這類錫膏有限，價格也貴。

浸蘸用的錫膏不同于普通印刷錫膏，其黏度為⒛Pa·s左右，比普通的錫膏低，金屬顆粒直徑在5～25 gm 左右，比普通錫膏金屬顆粒細，助焊劑百分含量約20％。所以其比普通印刷錫膏稀很多，流動性非常好，適合浸蘸工藝。

粘性助焊膏裝配的優點是：①不會放大焊球本來存在的大小差異；②工藝好控制，材料選擇也方便。

其缺點是：①對一點程度的翹曲變形無補償作用；②需要增加工藝。

圖4 助焊劑或錫膏量的控制

頂部元件CSP的助焊劑浸蘸工藝與我們在之前介紹過的倒裝晶片的助焊劑浸蘸工藝相似，控制重點和方法也類似。所不同的是，CSP需要浸蘸更多的助焊劑，要求助焊劑膜更厚。對于0.4mm高度的焊球，實際膜厚需要 0.2 mm左右，也就是相當于焊球高度的一半，實際的膜厚依賴于材料的選擇。圖5為頂部元件浸蘸在0.2 mm 厚的錫膏中，組裝在玻璃片上看到的情形。

圖5 頂部元件浸蘸在0.2 mm厚的錫膏中組裝在玻璃片上的外觀圖

回流焊接工藝的控制

首先我們面臨的是對于無鉛回流焊接工藝選擇焊接環境的問題。在空氣中焊接，特別是對于無鉛工藝，增加了金屬的氧化，潤濕不好，焊球不能完整的塌陷。在低氧氣濃度（（50 ppm）氮氣中焊接降低了金屬氧化，潤濕效果好，能夠形成完整的塌陷，而且表現出良好的自對中性。但0201/0402這類元件會出現立碑現象，另外，焊接成本也會增加25％～50％。

由于無鉛焊接的溫度較高，較薄的元件和基板（厚度可達0.3 mm）在回流焊接過程中很容易熱變形，需要細致的優化回流焊接溫度曲線。同時，監控頂層元件表面與底層元件內部溫度非常重要，既要考慮頂層元件表面溫度不要過高，又要保證底層元件焊球和錫膏充分熔化形成良好的焊點（有時底層元件焊球可能是高鉛材料，此時焊球可能不熔或部分熔融，錫膏則熔化冷卻形成焊點）。對于多層堆疊裝配，升溫速度建議控制在1，5OC/s以內，防止熱沖擊及爐內移位或其他焊接缺陷。在保證焊接品質的前提下，讓回流溫度盡量的低，最大程度的降低熱變形的可能。

C4元件在焊接過程中高度會有一定程度的降低，如圖6所示，這可以補償焊球高度的不一致性，但是基板焊盤要設計適當的公差，將焊接過程中的變形及不共面性一并考慮。圖7和圖8是元件在回流焊前和回流焊高度示意圖。

圖6 元件回流后高度降低

圖7 回流焊接之前

圖8 回流焊接之后