CCGA引腳去氧化及共面度修整工藝技術(shù)研究

蘇永勝　金蓓蓓　江榮康　馬曉萌　劉蘭波

摘 要：針對CCGA封裝后引腳陣列末端共面度差及存在氧化層的問題，對CCGA引腳的打磨拋光進行了相關(guān)試驗，針對打磨的參數(shù)進行了研究，給出了操作簡便、可靠有效的工藝方法。

關(guān)鍵詞：CCGA引腳；去氧化；共面度修整

中圖分類號：TN305.96 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）16-0060-01

CCGA能夠進行高密度、高可靠、大尺寸封裝及組裝，該種封裝形式被廣泛用于航天航空領(lǐng)域[1]。CCGA引腳（即焊柱）端面的共面度和氧化程度，直接影響焊料潤濕和焊點質(zhì)量，也直接影響到焊點熱疲勞壽命，從而影響到CCGA后續(xù)使用壽命及可靠性[2]，本文對影響CCGA焊接質(zhì)量的焊柱修整方法進行了研究。

1 CCGA封裝焊柱概述

CCGA封裝的焊柱在器件底部，為高熔點的高鉛材料。常見的高鉛焊柱通常有兩種，一種焊柱材料是90Pb10Sn（IBM公司專利），另一種焊柱材料是80Pb20Sn，并在焊柱外螺旋包裹了一層銅箔（Six-Sigma公司專利）。高鉛焊柱在回流焊過程中不熔化，僅兩端的共晶焊料融化。當(dāng)采用63Sn37Pb共晶焊料將焊柱焊接在陶瓷基板上，由于高鉛焊柱中鉛的含量很高，其質(zhì)地柔軟受力后極易變形而且在空氣中極易發(fā)生氧化。焊接面氧化后影響焊料潤濕，易造成在印制板上焊接時發(fā)生虛焊，從而發(fā)生接頭熱疲勞和接頭熱循環(huán)失效[3]。

CCGA封裝的陶瓷基板表面是不平的，且焊柱長短有一定的公差范圍，導(dǎo)致焊柱焊接后焊柱末端端面的共面度較差。而且銅帶加強型Pb80/Sn20焊柱表面涂覆Sn63/Pb37焊料，在銅帶和焊柱之間會蓄積一定量的焊料，在植柱過程中，焊柱末端會形成焊料凸起，如圖1所示。同時高鉛焊柱在空氣中極易氧化，焊柱自由端被氧化層覆蓋。因此，對封裝后的CCGA引腳進行去氧化及共面度修整就非常有必要。

2 CCGA引腳保護裝置

目前對于CCGA封裝后的焊柱末端氧化和彎曲變形現(xiàn)象，一般是采用砂紙手工打磨去除引腳端面氧化層，用撥片對彎曲歪斜的焊柱進行手工校正變形[4]。但仍然存在如下問題：手工打磨焊柱雖然能有效去除氧化層，但手工打磨時拿持器件需要保持穩(wěn)定和均勻用力，難度較高，很難保證焊柱末端的整體平面度，打磨過程對操作人員經(jīng)驗要求很高，否則極易造成焊柱歪斜。焊柱歪斜后雖然可以用撥片進行校正，但是極易損傷焊柱，焊柱多次彎曲和校正后極易發(fā)生斷裂。因此本文提出一種CCGA焊柱保護裝置，如圖2所示，該裝置上有和CCGA引腳一一對應(yīng)的孔便于保護焊柱在打磨時不會歪斜，同時該裝置可以使CCGA焊柱伸出裝置打磨平面（平面度很高的黃銅板）一定的打磨余量，打磨余量可調(diào)，調(diào)節(jié)好打磨余量后將CCGA封裝鎖緊固定在裝置內(nèi)就可以對CCGA引腳進行打磨，打磨后CCGA引腳整體平面度將和CCGA保護裝置的黃銅板平面度一致。

3 CCGA引腳去氧化及共面度修整工藝

將鎖緊固定有CCGA封裝的保護裝置放在拋光機上，如圖3所示，調(diào)節(jié)好CCGA焊柱打磨余量，使焊柱突出黃銅板平面的一面朝下，在放置有240目碳化硅砂紙的拋光機上對焊柱進行打磨。砂紙目數(shù)低，磨粒太粗糙，打磨速度快，不便于觀察，且容易縮短CCGA保護裝置使用壽命，同時磨屑也粗糙，易進入保護裝置的通孔內(nèi)對焊柱造成二次損傷；砂紙目數(shù)高，打磨時間長，降低了打磨效率。打磨時需要加水降溫以免焊柱燒蝕，同時沖走打磨的磨屑，避免在焊柱末端生成打磨毛刺影響打磨效果。由于焊柱打磨余量很少，通常為0.1mm左右，所以拋光機轉(zhuǎn)速不能過快，通?？刂圃?50轉(zhuǎn)/分以下，這樣可以延長打磨時間便于及時對打磨焊柱平面進行觀察。打磨時不可對CCGA焊柱保護裝置施加太大壓力，避免焊柱受力后遭受應(yīng)力損傷甚至變形彎曲。同時打磨時為保持打磨的均勻性及焊柱的平面度，需要一邊打磨一邊旋轉(zhuǎn)焊柱保護裝置，使焊柱端面能夠均勻的被打磨。

按照上述方法對CCGA焊柱進行打磨，幾分鐘后所有焊柱都被磨平，焊柱末端氧化層全部被磨掉，露出焊柱基材，焊柱末端的整體平面度與焊柱保護裝置的黃銅板平面度一致，優(yōu)于0.02mm。為便于得到良好的焊柱末端表面，還需在焊柱磨平后在拋光機上用1000目的金相砂紙對焊柱末端表面進行拋光，拋光時可不時對焊柱端面進行觀察拋光效果，觀察時可以用焊柱保護裝置的黃銅板作為拋光效果的參考對象。拋光后焊柱末端的表面粗糙度優(yōu)于1.6μm。打磨拋光后的CCGA焊柱端面及放大圖如圖4所示。

從圖中可以看到CCGA引腳經(jīng)過打磨后整體平面度達到了很好的效果，焊柱打磨平面經(jīng)過局部放大后可以明顯看到焊柱基材的整體一致性好，焊柱基材斷面清晰，無氧化層、毛刺等，取得了良好的打磨效果。

4 結(jié)語

本文通過對CCGA引腳去氧化及共面度修整工藝技術(shù)進行了研究，提出了一種CCGA焊柱保護裝置，采用合理的打磨工藝方法對CCGA焊柱端面打磨，從而有效的對焊柱末端進行了修整，解決了焊柱長度變化、基板厚度變化、焊料凸起所導(dǎo)致焊柱端面共面度的問題，同時也去除了CCGA植柱過程中焊柱末端生成的氧化層，形成了與印制板焊接時可靠的焊接表面，提高了CCGA的使用壽命及可靠性。

參考文獻

[1]李守委，毛沖沖，嚴(yán)丹丹.CCGA用焊柱發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)[J].電子與封裝，2016，16（10）：6-10，18.

[2]黃春躍，周德儉，吳兆華.CCGA焊點熱疲勞壽命統(tǒng)計分析與評價優(yōu)化[J].桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2002，22（3）：31-35.

[3]張成敬，王春青.陶瓷陣列封裝的兩種形式及其接頭可靠性[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2006：10-17.

[4]呂強，尤明懿，陳賀賢，張朝暉，唐飛.CCGA封裝特性及其在航天產(chǎn)品中的應(yīng)用[J].電子工藝技術(shù)，2014，35（4）：222-226.endprint