LGA封裝器件噴印工藝參數(shù)研究

馮帥

摘 要：本文主要涉及了有關(guān)LGA 器件的錫膏噴印工藝等相關(guān)方面的研究。采用了錫膏噴印的工藝方法來(lái)印刷LGA 器件，并通過(guò)控制相關(guān)的工藝參數(shù)，來(lái)達(dá)到獲取最優(yōu)參數(shù)的目的，同時(shí)使用X-ray 來(lái)檢測(cè)焊點(diǎn)的缺陷率，并根據(jù)缺陷率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)選取可靠的工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞：LGA ;錫膏噴印;SPSS

0 引言

柵格陣列封裝（LGA）是一種類(lèi)似于球狀引腳柵格陣列封裝（BGA）的新型封裝形式，它同BGA封裝器件的差異是LGA封裝器件封裝體底部所用到的是焊盤(pán)，這樣做的好處在于不僅降低了封裝體的總體高度，而且還使得LGA封裝器件在抗跌落、抗振動(dòng)、抗彎曲等性能上更加突出，提高了整體的可靠性。在航天電子產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，LGA封裝器件的實(shí)際焊接高度僅有50微米，有時(shí)甚至?xí)?，如此突出的性能?yōu)勢(shì)，使得它成為各個(gè)領(lǐng)域中高性能芯片的首選。

誠(chéng)然LGA封裝器件降低焊接的高度可以提高各項(xiàng)性能參數(shù)，但于此同時(shí)也對(duì)錫膏印刷工藝帶來(lái)了更高的要求，這也變相促進(jìn)錫膏噴印技術(shù)快速成型及發(fā)展。面對(duì)新的封裝技術(shù)所帶來(lái)的新問(wèn)題，采用具有針對(duì)性的新技術(shù)往往十分顯著，與此同時(shí)，研究新技術(shù)相對(duì)應(yīng)的新工藝也顯得尤為重要。

錫膏噴印技術(shù)是一種近年來(lái)發(fā)展迅猛的制作技術(shù)，它通過(guò)噴射出微小的液滴來(lái)實(shí)現(xiàn)錫膏在基板上按需精確沉積成形，是一種非接觸式的精密分配技術(shù)。與傳統(tǒng)的網(wǎng)板印刷相比，錫膏噴印技術(shù)不需要制作網(wǎng)扳，也不需要調(diào)整絲網(wǎng)印刷參數(shù)。噴印程序完全由軟件控制，可完全控制每一焊盤(pán)的細(xì)節(jié)，如噴印點(diǎn)數(shù)、焊膏位置和焊膏的堆積量，根據(jù)需要來(lái)隨時(shí)調(diào)整焊膏量，可以極大程度上減少錫膏漏印不良，焊盤(pán)缺錫膏及拉尖造成后續(xù)焊接過(guò)程虛焊、連焊等質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。但錫膏噴印技術(shù)的運(yùn)用尚未常熟，面對(duì)LGA這類(lèi)復(fù)雜度高的封裝器件時(shí)，往往會(huì)因?yàn)閰?shù)設(shè)置上缺乏準(zhǔn)確性而導(dǎo)致噴印效果大打折扣，甚至還會(huì)造成錫膏噴印不良的現(xiàn)象。所以，針對(duì)LGA封裝器件噴印參數(shù)的研究是十分重要的！

1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1實(shí)驗(yàn)材料

1.11元器件

在實(shí)驗(yàn)正式開(kāi)始前，首先需要先選擇合適的LGA封裝器件型號(hào)，經(jīng)過(guò)上網(wǎng)查閱大量資料，對(duì)比了各個(gè)型號(hào)之間的優(yōu)缺點(diǎn)后，確定在此次實(shí)驗(yàn)中選用的型號(hào)LTM4601V的芯片。此型號(hào)的芯片在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生連焊、翹起、虛焊等質(zhì)量問(wèn)題，非常符合本次實(shí)驗(yàn)的要求。

1.12印制電路板

電路板板材選擇環(huán)氧樹(shù)脂玻璃板材，尺寸選擇140×121毫米、厚度為1.5毫米、層數(shù)為4。此外在LGA底部中心開(kāi)一個(gè)直徑為1毫米圓孔，以便之后使熱電偶進(jìn)行溫度曲線的測(cè)量。

1.13錫膏

通過(guò)對(duì)各種錫膏的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)MYCRONIC的焊錫膏最符合本次實(shí)驗(yàn)需求。因此本次項(xiàng)目選用MYCRONIC噴印用焊錫膏，合金的成分為Sn62/Pb36/Ag2型，含有助焊劑。此焊錫膏殘留物少，在阻焊膜上擴(kuò)散一致，滿足焊后的外觀要求。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

在元器件的焊接過(guò)程中，所需要使用到的設(shè)備主要有焊錫膏噴印機(jī)、貼片機(jī)、氣相焊接爐以及在元器件焊接之后對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)X-ray檢測(cè)儀。

1.2.1錫膏噴印設(shè)備

焊錫膏噴印機(jī)選用的是MY700全自動(dòng)錫膏噴印機(jī)，此設(shè)備有著良好精確度、噴印焊點(diǎn)一致性強(qiáng)、噴印速度快等優(yōu)點(diǎn)。噴印焊點(diǎn)最小可達(dá)到0.33mm，精度0.5μm，可以很好的滿足LGA封裝器件對(duì)焊點(diǎn)精度的要求。

1.2.2其他設(shè)備

貼片機(jī)則選擇使用JUKI-KE3020VAL高速通用貼片機(jī)，主要因?yàn)槠渚哂辛己玫馁N片效果;焊接方式選擇真空氣相焊的方式，這是一種先進(jìn)的焊接方式，通過(guò)導(dǎo)熱液蒸汽給印制板加溫，可以最大程度上使印制板受熱均勻化，減少因焊接所引起的質(zhì)量問(wèn)題;焊接完成后要對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，本次實(shí)驗(yàn)使用X-ray檢測(cè)儀來(lái)檢測(cè)焊點(diǎn)質(zhì)量，同時(shí)還可以檢測(cè)焊接結(jié)果是否存焊接缺陷。

以上焊接過(guò)程中所用到的設(shè)備完全符合本次項(xiàng)目的要求，能很好地達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

2.1前期準(zhǔn)備

在正式焊接之前需要充分的準(zhǔn)備工作。比如對(duì)即將焊接的來(lái)料進(jìn)行檢查、器件和PCB板的預(yù)烘處理、元器件除金、溫度曲線的測(cè)試等，這些前期準(zhǔn)備的充足與否都與焊接效果能有良好直接相關(guān)，是必不可少的工作環(huán)節(jié)。

2.2實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)了噴印面積（pad）100%、80%以及防空洞的特殊噴印面積三個(gè)實(shí)驗(yàn)組，通過(guò)統(tǒng)計(jì)它們的噴印量（vol）在70%到130%的變化下缺陷焊點(diǎn)數(shù)量的百分比來(lái)比較各個(gè)參數(shù)間的優(yōu)劣，從而得出參數(shù)取值范圍。

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.1實(shí)驗(yàn)過(guò)程

首先需要根據(jù)預(yù)選設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)參數(shù)編制錫膏噴印機(jī)所使用的噴印程序，并在編制時(shí)對(duì)不同參數(shù)的程序進(jìn)行編號(hào)，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)用的印制板、LGA芯片進(jìn)行編號(hào)，二者編號(hào)應(yīng)當(dāng)一致。

其次按照SMT常規(guī)流程對(duì)試驗(yàn)用印制板進(jìn)行錫膏噴印、LGA封裝器件貼片、真空氣相焊接。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要控制可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一切外界因素。同時(shí)確保除實(shí)驗(yàn)參數(shù)外，所有實(shí)驗(yàn)件的一致性，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

最后，在焊接完成后便可以使用X-ray檢測(cè)儀來(lái)檢測(cè)。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

使用錫膏噴印技術(shù)的試驗(yàn)件焊接完畢后需要用X-ray 進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的結(jié)果如表3.1所示：當(dāng)pad100%，vol大于110%時(shí)LGA焊盤(pán)出現(xiàn)了連焊現(xiàn)象，而當(dāng)pad80%，vol小于100%LGA器件邊角發(fā)生翹起，個(gè)別焊盤(pán)出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象，vol大于110%時(shí)LGA焊盤(pán)出現(xiàn)了連焊現(xiàn)象。同時(shí)pad為100%且未采用防空洞設(shè)計(jì)時(shí)，LGA空洞大小明顯大于15%，高于標(biāo)準(zhǔn)《球柵陣列封裝器件組裝通用要求》規(guī)定的空洞率15%。

由此可以初步得到合理的錫膏噴印參數(shù)選擇范圍：在焊盤(pán)防空洞處理設(shè)計(jì)下vol80%到110%。取范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行大量進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，并將得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS進(jìn)行回歸分析得到結(jié)果如圖3.2。通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析我們可以得到結(jié)論：最優(yōu)噴印量V=0.694+焊盤(pán)尺寸（mm）*1.056

4 結(jié)論

本課題是結(jié)合產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題開(kāi)展研究的，主要探討了用錫膏噴印技術(shù)解決LGA這種新型封裝器件在焊接過(guò)程中缺陷率比較高的問(wèn)題，探索出一種合理的LGA封裝器件錫膏噴印參數(shù)。內(nèi)容涉及錫膏噴印技術(shù)下LGA封裝器件的焊接，對(duì)其焊點(diǎn)進(jìn)行X-ray檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果的數(shù)學(xué)建模分析等，以實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合的方法，驗(yàn)證了新工藝參數(shù)的可靠性，并得到最終結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

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