无铅SMT工艺中网板的优化设计gtrc.docx
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1、无铅SMMT工艺艺中网板板的优化化设计摘要随着着新技术术的不断断涌现,需需要进行行不断的的完善来来促进主主流应用用以及持持续的改改进。 就无铅铅工艺而而言, 初期合合金和化化学品选选择的障障碍在起起步阶段段已经得得以解决决,提供供了基础础工艺。 来源于于早期基基础工艺艺工作的的经验被被进一步步完善用用来优化化影响良良率的要要素。 这些要要素包括括温度曲曲线、PPWB表表面最终终处理、元元器件镀镀层、阻阻焊膜选选择,或或者网板板的设计计。由于于网板印印刷对首首次通过过率的影影响很大大,而且且锡铅合合金与无无铅合金金的润湿湿性也有有所不同同,作者者就此进进行了专专门的研研究,以以确定针针对所需需的
2、SMMT特性性,对网网板的开开孔形状状进行优优化。对对无铅合合金在一一些替代代表面处处理上的的低扩展展性也需需要进行行考虑。为为达到焊焊盘的覆覆盖率最最大化而而进行的的孔径设设计,有有可能导导致片式式元件间间锡珠缺缺陷的产产生。除除了开孔孔设计指指南,我我们还将将讨论优优化整个个网板设设计的方方法。关关键词:无铅,网网板印刷刷,开孔孔设计,工工艺控制制简介网板板印刷的的基本目目标是重重复地将将正确量量的焊膏膏涂敷于于正确的的位置。 开孔尺尺寸、形形状,以以及网板板厚度,决决定了焊焊膏沉积积的量,而而开孔的的位置决决定了沉沉积的位位置。关关于有效效控制穿穿孔位置置的方法法早已有有了定论论,将在在
3、后面的的文章中中讨论。 此研究究的目的的是找到到对无铅铅焊膏的的开孔的的最佳尺尺寸和形形状。通通常来说说,无铅铅焊膏的的润湿性性或扩展展性较锡锡铅焊膏膏要差;因此,组组装者须须考虑以以下几个个方面的的问题:焊盘周周边的裸裸铜(或或板的表表面处理理),锡锡珠以及及立碑的的不同缺缺陷率为为此,我我们专门门设计了了一项试试验,来来量化不不同焊膏膏对典型型表面贴贴装缺陷陷的影响响。 试试验I部部分,是是使用传传统锡铅铅SMTT工艺,研研究网板板开孔大大小对锡锡铅和无无铅焊膏膏基准扩扩展性和和缺陷率率的影响响。试验验II部部分,优优化网板板开孔,以以降低使使用无铅铅焊膏时时的缺陷陷率。在在I部分分,板表
4、表面最终终处理包包括有机机可焊性性保护膜膜(OSSP),化化学镍金金(ENNIG),化化学银(IIMAGG)以及及化学锡锡(IMMSN)。试试验的III部分分使用OOSP及及IMSSN。试试验设计计润湿性性及扩展展性焊膏的的扩展性性可以用用两种方方法测试试。第一一种是在在金属裸裸板上印印刷一个个已知面面积的圆圆形焊料料点 (胶点),然后后对样件件进行回回流,并并测量回回流后的的胶点面面积。回回流后的的面积与与原有面面积之比比,可以以计算出出焊膏的的扩散率率,并显显示出不不同表面面处理的的电路板板的润湿湿性能。另一种焊膏扩展性/润湿性的测试包括在一列相同厚度(30 mil)印刷成对的相同厚度(4
5、0 mil)的焊膏带,带的间距也相同。如图1所示,焊膏带的间距逐渐扩大, 以正交的方法印刷在线路板上。在回流中中,熔化化的焊膏膏在板上上沿着金金属线扩扩张。如如果扩展展性足够够,邻近近的焊点点之间的的缝隙将将被桥连连。焊膏膏带之间间的空隙隙从0.1mmm到0.88mm之之间不等等。每个个空隙之之间最多多可产生生20个个桥连。方型扁平平封装对于于间距小小于200mill的器件件, 当当开孔与与焊盘的的比率为为1:11时, 会增大大桥连的的风险。 要降低低风险,通通常的做做法是减减少一定定量的印印刷面积积。 将将开孔面面积减少少10%,孔自自然减小小。然而而,当印印刷面积积减少110%,焊焊盘暴露
6、露的风险险也会提提高。 虽然暴暴露焊盘盘不会损损害可靠靠性,但但它影响响到组件件的外观观。 如如果锡铅铅工艺中中需要关关注裸露露的焊盘盘, 那那么在无无铅工艺艺中则更更需要关关注。为为了量化化开孔大大小的影影响,我我们在每每块测试试板上贴贴装2个个20mmil间间距的方方形QFFP。研研究中II部分,QQFPs之一一开孔与与焊盘的的比率为为1:11,另一一个减少少了100%。 研究中中部分III,开开孔设置置被定为为1:11,减少少5%和和减少110%。 两部分分测试中中都用到到了5mmil和和6miil厚的的金属网网片(分分别为1125和和1500M)。总总的来说说, II部分进进行了面面积
7、及网网片厚度度的四种种组合的的测试;II部部分则进进行了六六种组合合的测试试。 测测试板如如图3所所示。片式元件件间锡珠珠(Miid-cchipp sooldeer bballl, MMCSBB)也是是一个常常见缺陷陷,很容容易受到到网板设设计的影影响。虽虽然形成成片式元元件间锡锡珠的因因素很多多包包括焊盘盘设计、阻阻焊膜形形态、贴贴装压力力、电极极形状和和金属化化、焊盘盘最终处处理和回回流曲线线焊焊膏印刷刷图形的的尺寸和和形状,也也正面或或负面地地影响到到片式元元件间锡锡珠的形形成。如如果焊膏膏的相对对体积较较大,特特别是在在贴放元元件的区区域,贴贴装时会会把柔软软的焊膏膏挤出去去。印刷刷到
8、器件件本体下下面的焊焊膏,在在回流时时可能会会被拉回回到焊盘盘上,也也有可能能不会。 如果焊焊膏没有有被拉回回,在其其液态时时由于毛毛细作用用能够转转移到元元件的边边上,在在冷却后后形成锡锡珠。图图4为典典型的片片式元件件间锡珠珠。采用锡铅铅焊膏进进行几百百次MCCSB测测试,其其数据统统计结果果显示,效效果最差差的网板板设计是是1:11焊盘开开孔比例例、矩形形开孔、66mill网板厚厚度的组组合。效效果最好好的情况况是所谓谓的“本本垒板” (hoomepplatte) 型开孔孔,加上上10% 的面面积缩减减,和55mill网板厚厚度。图图5表示示矩形、本本垒板形形和反本本垒板形形开孔。而而且
9、,以以往数据据表明,采采用均热热式温度度曲线的的效果不不如斜升升式温度度曲线,因因为焊膏膏会在达达到液相相线之前前持续软软化并塌塌落 (热坍塌塌)MCSBB测试包包括最佳佳和最差差的网板板设计。在在I部分分, 结结合了每每一种表表面处理理方式,焊焊膏型号号及温度度曲线类类型(斜斜升和均均热)。 每种元元件贴装装3000个:112066、08805、006033、04402。1150个个为垂直直贴装,1150个个为水平平贴装。 使用了了IPCC推荐的的焊盘标标准。研研究中并并未包括括02001元件件,因为为许多适适合于较较大无源源元件的的原则不不一定能能够适用用于密间间距微小小元件的的贴装。作作
10、者认为为应该单单独对002011进行更更深层次次的研究究。在第第II部部分,采采用了三三种新的的开孔设设计。如如图6所所示,第第一个是是尖角倒倒圆的本本垒板形形,后两两个是带带有三个个圆弧的的反本垒垒板形。同同样,对对3000个与上上面尺寸寸相同的的元件进进行组装装,两种种表面处处理方式式/网板板厚度,以以及两种种回流曲曲线。立立碑与MMCSBB一样, 是SMMT中另另一个常常见的缺缺陷,它它们的形形成有多多种因素素, 但但也会受受网板设设计的影影响。 立碑,也也被称作作“吊桥桥现象”或或“曼哈哈顿现象象”(MManhhatttan efffectt)。当当作用在在一端的的焊膏的的表面张张力大
11、于于另一端端的表面面张力时时就会产产生;不不平均的的力瞬间间作用于于器件造造成抬起起,站立立,像打打开的吊吊桥。影影响立碑碑的设计计因素包包括焊盘盘形状和和热容的的不同。影影响立碑碑的组装装因素包包括焊膏膏印刷的的位置精精度,元元件的贴贴装精度度,以及及在回流流焊中进进入液相相时的温温升斜率率。 开开孔设计计与其他他组装因因素互相相影响,也也会造成成立碑。 如果元元件没有有放在中中心,它它的一端端会比另另一端接接触更多多的焊膏膏,由于于焊膏熔熔化,这这会导致致元件两两端的张张力差。 图7为为一典型型的立碑碑缺陷。锡铅焊膏膏的历史史数据表表明,一一些开孔孔形状更更易造成成立碑(例如矩矩形),而而
12、有些却却不会(如“本本垒板”形形)。片片式元件件间锡珠珠与立碑碑的比较较:平衡衡的结果果从前两两个研究究中可以以知道,立立碑和片片式元件件间锡珠珠的网板板设计参参数完全全不同。事事实上生生产过程程中必须须要折衷衷。用来来研究片片式元件件间锡珠珠的器件件也被用用来检查查立碑。虽虽然此项项研究不不是为了了减少立立碑,但但仍然要要观察其其缺陷率率,因为为研究人人员不希希望在优优化MCCSB的的性能的的同时,以以增加立立碑的缺缺陷率为为代价。 组装全部部1744块线路路板在一一条小的的试验线线上进行行组装。此此研究中中使用的的设备包包括MPPM UUltrraFllex 30000网板板印刷机机,环球
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