工艺技术2.pdf

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1、 使用粘性助焊剂的使用粘性助焊剂的 CSP 与倒装芯片装配与倒装芯片装配 By Marina Nikeschina and Hans Emmen 本文介绍，一项最新的研究项目发现了元件间距与板的布局怎样影响 CSP 和倒装芯片的贴装精度。锡膏的模板印刷是用于高产量电子电路制造的最快速、最省成本的方法。不幸的是，该方法对于间距小于 300 微米的元件已经不是太好。对于这些元件，粘性助焊剂工艺是一个较好的方法；它可以直接在装备有助焊剂浸涂单元的密间距元件贴装机上实施。在粘性助焊剂工艺中的四个步骤是：吸取元件、将元件锡球浸泡到助焊剂、对中元件和在基板上贴装元件。因为该工艺允许处理锡球间距小至 100

2、 微米的元件，所以共晶锡球的倒装芯片装配可能会及其有趣。当具有共晶锡球的倒装芯片贴装在锡膏中时，其位置通常在回流期间通过液态焊锡的自我对中得到纠正。同样，共晶锡球贴装在助焊剂中的大多数元件位置也会通过自我对中来纠正。一项最新的研究项目调查了贴装在助焊剂中的共晶锡球在焊点的形成与贴装精度之间的关系。研究的准备研究的准备 由于在获得元件和基板上的局限，这里避免了使用极其小间距的元件，以简化这些试验。使用了两种元件：750 微米间距的 CSP 和 450 微米的倒装芯片。结果推断到间距小至 100 微米的元件。使用了两种不同的板面布局：铜箔界定的布局，用于 CSP 贴装和阻焊(RS)界定的布局，用于

3、倒装芯片(图 1)。也使用了一台先进的元件贴装机，具有 3 西格码的 9 微米精度，装备有助焊剂浸涂单元。使用一种免洗粘性倒装芯片助焊剂，适合于浸涂。通过增加在三种不同的铜焊盘尺寸和三种不同的阻焊开口上偏移来完成验证试验。元件贴装在 X 方向增加正与负的偏移。所有给定的偏移都是从名义位置测量的。执行了两种正对 CSP 和倒装芯片的不同试验计划。总共贴装了 450 片CSP 和 450 片倒装芯片。CSP 的试验的试验 在助焊剂单元中助焊剂层的厚度是在 95 微米，等于 50%的 CSP 锡球高度。CSP 首先在助焊剂单元浸涂，然后贴装在试验板上，五个负的和五个正的偏移步。对于每一个偏移步，在三

4、种不同的铜箔界定的焊盘布局上贴装 15 个元件：.铜焊盘=锡球直径.铜焊盘=85%的锡球直径.铜焊盘=70%的锡球直径 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 图 1、阻焊层界定 和阻焊层界定的布局 图 2、阻焊层界定 落脚点的贴装区域 图 3、阻焊层界定 落脚点的贴装极限 贴装之后，将板焊接，对元件进行电器测试。菊花链测量结果在图 2 中用蓝色的点划线显示。在图中也显示有阻焊的理论公差位置。三个理论区域是：.一个一直好的、安全区域，与铜箔焊盘或焊接区域对应.一个过渡区域，它是阻焊的公差区域；但贴装在这里时，焊接将取决于阻焊的位置。.一个总是出错的区域，它超出了阻焊的公差

5、界限；在这个区域的连接没有焊接到。几个板的测量显示，阻焊的位置(公差)不总是一致的，可能在所有方向移动，偏差在-30 微米到+35 微米之间变化。最大允许的贴装偏移(图 3)等于铜焊盘的尺寸(安全区域)。阻焊不能在铜焊盘上，并且不能厚于铜迹线。在后一种情况中，如果阻焊偏移达到最大，并且锡球贴装在铜焊盘的边沿上，锡球将不会接触到铜箔(图 4)。过渡区域或者阻焊可以移动的区域的使用，可以增加允许的贴装偏移，但是这取决于阻焊的位置和最小的阻焊开口(图 5)。在图 6 中，贴装的精度是以所有公差的函数给出的。图 4、有于厚的阻焊层 锡球没有接触铜箔 图 5、名义的阻焊层位置 增加允许的贴装偏差 图 6

6、、贴装精度是铜箔 界定的区域的公差的函数 对于有局部基准点的 CSP 与铜箔界定的落脚点，得到四个结论。首先，当锡球接触到铜箔焊盘区域时，在回流时总是会焊接到。在看作是：贴装精度 3mm 分离高度应该总是高于胶剂的倒塌高度。在刮板运动之后，在模板上应该留有一层胶剂薄膜。4.2 用 1mm 厚的塑料膜板的泵压印刷(Pump Printing)(由 DEK 推荐)刮刀：金属的，45 度角 印刷速度：25mm/sec 印刷间隙：0mm(接触式)刮刀压力：0.33kg/cm 印刷顺序：单程印刷 分离速度：0.2mm/cm 5.PD955PY 的膜板开孔推荐直径 下面所说的参数是相对于250微米的金属模

7、板和在4.1.3节中所提到的印刷参数。模板的开孔直径被优化，以得到在贴装之后不会污染元件金属端的最大胶点直径。胶点之间的距离被优化，以避免印刷期间模板底面上胶涂污。首选双胶点以得到最佳的附着力和最小的元件丢失。如果用双胶点，贴装期间元件的扭曲不太要紧。元件尺寸 模板开孔直径(mm)胶点中心之间的距离(mm)0603 2 x 0.5 0.9 0805 2 x 0.6 1.1 1206 2 x 0.8 1.4 SOT23 2 x 0.7 1.4 Mini Melf 1 x 1.0 n.a.Melf 2 x 1.5 2.0 1812 2 x 1.4 2.4 SO 8 3 x 1.4 2.5 SO 1

8、4 4 x 1.4 2.5 6.模板的清洁 6.1 金属模板的清洁 为了避免清洁剂对模板框胶的侵蚀，推荐使用专门设计的清洁剂(例如 Zestron SD 300)。这种新的清洁剂也设计用来避免清洁设备之外的暴露保护措施。这允许设备的贴装放在于一个所希望的位置。当印刷小胶点，例如=0.6mm，或在模板被胶剂严重污染的情况，我们推荐使用用于预清洗的 Zestron ES，然后是用PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 于最终清洁的 Zestron SD 300。可是，用 Zestron ES 的清洁必须认真地手工完成，以避免 Zestron ES 与模板框的胶接触。6.2 塑

9、料模板的清洁 在 6.1 所提到的推荐也对塑料模板的清洁有效。另外，还需要更加注意下面的问题：在清洁塑料模板期间，可能发生静电放电。这可能扰乱印刷工艺。应该用专门的清洁剂，以避免这个现象，例如 Zestron SD 300 与防静电添加剂 Zestron plus AS 10。应该避免手工清洁(用布抹)，因为塑料容易被刮花。长期这样可能造成印刷品质的问题。只用手工清洁很大程度上不足以彻底清洁通孔。残留物可能累积和负面地影响印刷品质。开开发发胶胶剂剂丝印丝印工艺工艺 By Manuel Osuna,Cirduits Assembly 本文介绍摩托罗拉公司的一个业务部门是怎样选择滴胶方案的，希望您

10、从中受到启发。在墨西哥索纳那 Nogales 的摩托罗拉宽带业务，面临着到 1999 年第四季度末为其 DCT 2000 产品扩容的挑战。DCT 2000 是一种消费终端产品，它将数字音频和视频品质带入电视接收器。与此同时，开发该产品的下一个版本的计划也必须开始。新的 DCT 5000 将允许消费者同时看电视、冲浪英特网和使用摩托罗拉的互动数字电缆网络打 IP 电话。在该项目的制造计划中要考虑的一个关键因素是在有限的底面积内达到最大可能的容量。被指定开发和实施该计划的小组决定，最有效的制造策略是专门为 DCT 2000 的装配设计一条高产量的表面贴装线，但是配置要接收 DCT 5000 产品的

11、未来发展。生产速度目标是每个印刷电路板(PCB)25 秒的周期时间。现在的产品是以这样一个工艺步骤制造的：锡膏印刷、元件贴装、回流、通孔元件安装、滴胶、元件贴装、固化和波峰焊接。由于每个板大量的元件，最初的分析显示要求在一个非常优先、或无法得到的空间内放两台滴胶机。一些迅速完成的研究提供了市场上现有滴胶设备和工艺及其优缺点的详细情况。在表面贴装装配中最普遍使用的施胶方法是针滴(needle dispensing)。虽然被广泛接受，但这个方法有局限性。它是一个缓慢、连续的过程，胶剂放入一个注射器内，通过压力或正向位移的方法从一个空心的针嘴中滴出。针滴的胶剂局限于圆形，胶点的高度和直径受限与给定的

12、针嘴直径。该工艺的整体速度是滴在基板上胶点数量的函数，这满足不了摩托罗拉的能力要求，除非增加更多的机器。可是，可用的空间已经是有限的。因此，考虑到地面空间和成本的问题，这个滴胶的技术是不适合的。也考虑了针梢沉积(pin deposition)工艺。针梢沉积使用专门的定位工具和一个阵列的针梢，专门设计配合所要求施于 PCB 的胶点分布。该阵列浸入一个开PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 式的胶剂托盘，湿润针梢达到预计的数量，然后向下接触板来转移胶剂。该工艺对现有的地面空间是合适的，但是有几个缺点。定位工具必须在每一次胶点分布变化是更换。胶剂在开式的托盘内的暴露可能导致吸

13、收潮湿，造成多个品质问题，使得维护要求非常关键并费时间。在评估所有现有的工艺和设备之后，小组决定买不到可以所要求的速度滴胶的滴胶机。必须有几台滴胶机满足所要求的能力，而现有的地面空间却是有限的。胶剂印刷工艺是下一个要考虑的逻辑选项，它使用一台丝印机和一个塑料或金属模板来将胶印刷到 PCB 上。印刷胶剂将满足产量和空间限制的要求。可是，PCB 设计要求胶剂是在通孔自动插件工艺之后印刷的。结果，即便胶剂印刷工艺已经使用几年了，但是标准的模板还是解决不了这个特殊情形。要求一个比通常厚的模板来提供在模板的板面上的必要间距，使得通孔元件引脚不会干扰板上的平坦的印刷。选择一个模板设计者选择一个模板设计者

14、几个问题在模板制造商的选择中是关键的：交货时间、以前的经验、技术支持和塑料模板的能力。DEK 印刷机器有限公司是选择的供应商，来自该公司的现场工程师包括在摩托罗拉的小组中，帮助模板的设计。最终的模板设计出来，使得所有的敲弯的板上的引脚都坐落在凹槽内，允许模板底面接触到 PCB 的表面(图一)。图一、所选择的模板设计 一旦小组完成了摸板设计，就必须决定特定的胶剂印刷工艺。在小组了解到当使用塑料模板印刷时刮刀会造成另外的问题之后，选择了一个全封闭的、增压的印刷头，ProFlow DirEKt Imaging。(图二)。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 图二、封闭的印刷头

15、 封闭的印刷头将胶剂装在传送头内，留下相对干净的模板，并且保护胶剂不受环境问题的影响，如吸水或干燥。图三描述了在几次印刷之后要保持多干净和连续性。图三、印刷之后的板 试验设计试验设计 开始进行了一个丝印试验，来验证该工艺的能力。在仔细考虑与模板印刷机有关的所有可能的参数之后，选择了五个参数来做实验：印刷速度、分离速度、头的压力、印刷头的压力与分离。胶点直径用作输出变量。表一显示在试验中与每个因素有关的设定水平。Factor Low Level High Level Print speed 10 mm/s 90 mm/s Separation speed 0.5 mm/s 20 mm/s Hea

16、d pressure 1.5 psi 3.5 psi Print head pressure 4 kg 20 kg Separation 1 mm 10 mm TABLE 1:Level settings for each factor in the experiment.PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 一个两级部分析因设计用来确认最关键的因素及其整体影响。在表二中列出了在这个实验中所进行的全套试验组合。所有试验组合都是以随机的次序分布，以减少在这个实验中不受控因素的试验错误的影响。Pattern(mm/s)Print Speed(mm/s)Separation

17、Speed(psi)Head Pressure(kg)Print Head Pressure(mm)Separation-+-10 20 3.5 20 1-+-10 0.5 1.5 20 1+90 20 3.5 20 10+-+90 20 1.5 4 10+-90 0.5 1.5 4 1+-+-90 20 1.5 20 1-+-10 0.5 3.5 4 1-+-+10 20 3.5 4 10-+-+10 20 1.5 20 10-+10 0.5 1.5 4 10+-+-+90 0.5 3.5 4 10+-+-90 0.5 3.5 20 1-+10 0.5 3.5 20 10+-+90 0.5

18、1.5 20 10+-90 20 3.5 4 1-+-10 20 1.5 4 1 TABLE 2:Test combinations.使用计量设备来测量在这个实验中印刷胶点的直径。预先已经进行了校准已确认精度和准确度。在 PCB 上选择十个不同的位置来测量。五个是 0805 元件，五个是 1206 元件。每种方式运行三块板。测得的输出是十个胶点的每一个的平均值。结果结果 那些对胶点直径产生最大影响的参数或输入变量是印刷速度和头的压力。剩下的参数对胶点的直径尺寸影响很小或没有影响。模板的开孔界定了最小的胶点尺寸。一旦模板的开孔确定，证明通过简单地改变速度和头的压力可以非常容易地增加胶点直径。结论

19、结论 胶剂印刷工艺的开发帮助达到初始的项目目标，证明对于该小组是一个非常令人兴奋的学习经验。以下是取得的目标：所要求的周期时间小于 25 秒，该工艺现在优化达到的时间小于 17 秒。通过一整台机器减少生产线的长度，允许整个生产线的设计布局充分利用到可用空间。培训要求减少一半，因为相同的印刷机已经在用于锡膏。通过减少其他方法可能要购买的设备数量，节省相当数量的金钱。该工艺的开发和实施在两个月的时间内完成。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 锡膏印刷锡膏印刷模模板的板的开开口口参参考考尺寸尺寸 By Anonymity 本文介绍，锡膏印刷模板的开口参考尺寸、模板厚度等。元

20、件类型 引脚间距 焊盘宽度 焊盘长度 开口宽度 开口长度 模板厚度 PLCC 1.27mm 0.65mm 2.00mm 0.60mm 1.95mm 0.15-0.25mm QFP 0.635mm 0.35mm 1.50mm 0.32mm 1.45mm 0.15-0.18mm QFP 0.50mm 0.254mm 1.25mm 0.22mm 1.20mm 0.12-0.15mm QFP 0.40mm 0.25mm 1.25mm 0.20mm 1.20mm 0.10-0.12mm QFP 0.30mm 0.20mm 1.00mm 0.15mm 0.95mm 0.07-0.12mm 0402 0.5

21、0mm 0.65mm 0.45mm 0.60mm 0.12-0.15mm 0201 0.25mm 0.40mm 0.23mm 0.35mm 0.07-0.12mm BGA 1.27mm 0.80mm 0.75mm 0.15-0.20mm BGA 1.00mm 0.38mm 0.35mm 0.10-0.12mm BGA 0.50mm 0.30mm 0.28mm 0.07-0.12mm Flip chip 0.25mm 0.12mm 0.12mm 0.12mm 0.12mm 0.08-0.10mm Flip chip 0.20mm 0.10mm 0.10mm 0.10mm 0.10mm 0.05-

22、0.10mm Flip chip 0.15mm 0.08mm 0.08mm 0.08mm 0.08mm 0.03-0.08mm 试验板简试验板简化化倒装芯片的倒装芯片的底部充底部充胶胶工艺工艺 By Karl-Friedrich Becker and Tom Adams 本文介绍，通过使用非破坏性的显微成象，得到声学上可见的结果，试验板可以减少成本与复杂性。倒装片(flip chip)封装为小型化提供非常高水平的输入/输出(I/O)密度，这使得它对越来越多的应用具有非常的吸引力。但是，如许多工程师所知道的，为一个新的倒装芯片设计密封(encapsulation)工艺可能是一个复杂的、花成本与时

23、间的经历。底部充胶工艺底部充胶工艺(The Underfill Process)几乎对所有的倒装芯片都要应用树脂底部充胶，胶中或者有填充颗粒，或者没有。其主要目的是要降低由于基板与芯片模块(die)表面之间温度膨胀系统(CTE)的不匹配所产生的应力。但是底部充胶也有其它用途，例如提高机械稳定性和增加对湿度的保护。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 底部充胶的液体通常是沿着已安装的芯片模块的一边或多边滴注的，通过毛细管作用吸入到芯片与基板之间的间隙。但是流动液体的性能使得设计底部充胶工艺十分困难，因为液体性能是由相当多数量的因素决定的。最高十个底部充胶的参数最高十个底部

24、充胶的参数 开发一个成功的倒装芯片底部充胶工艺是敏感的，因为许多参数可以影响结果。虽然污染是底部充胶缺陷的最常见原因，但其它因素(不按特定的次序)也是重要的：1.阻焊层的表面张力 2.阻焊层的构形(旁路孔、引脚)3.芯片钝化的表面能量 4.I/O 构造(面积排列或周围排列)与间距 5.芯片模块/基板间隙尺寸 6.滴注的精度 7.基板温度 8.底部充胶的表面张力 9.底部充胶的粘性 10.底部充胶在工艺温度下的胶凝时间 例如，填充颗粒的形状与大小是重要的。通常，如果颗粒直径大于间隙高度的六分之一，它将开始与间隙壁相互作用。树脂的粘度与温度也是重要的因素。在一些条件下，每一个填充颗粒都可获得一层树

25、脂，有效地增加流动期间的直径，这反过来容易使颗粒相互粘结在一起形成一团，而不是保持整体均匀地分散。而且，不均匀分散的填充颗粒可造成在固化的树脂胶内不均匀的应力分布，促使焊接点的失效。最后，填充颗粒集结的地方也是空洞(void)容易形成的地方。甚至没有集结，在液体底部充胶流动到锡球周围和夹陷空气时空洞也可能形成。可能影响底部充胶流动的另一个因素是基板表面的构形。诸如阻焊(soldermask)和未覆盖的旁路孔(via)等特征都可能造成间隙垂直尺寸的突然改变，底部充胶是通过这间隙流动的，因此流动的突然改变就可能造成空洞。材料的声波成象材料的声波成象(Acoustic Imaging of Mate

26、rials)图一是一个 12 mm2的密间距(fine-pitch)微控制器倒装芯片的截面扫描电子显微图(SEM,scanning electronic micrograph)，该芯片是在柏林的Fraunhfer可靠性与微集成研究所(Fraunhfer Institute for Reliability and Microintegration)制造和测试的。锡球的原始直径为 85m；回流之后，得到 70m的最大底部充胶间隙。可是，在阻焊与芯片模块的表面之间，间隙减少到 35m。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 图一、一个密间距微控制器倒装芯片的截面 SEM 显微图

27、 注意间隙高度从70-35m的突然变化-可能造成充胶缺陷 图二、100MHz 声波图象显示在图一微控制器倒装芯片中固化的底部充胶情况。黑色对角条纹与角落区域是填充颗粒的集结；红色特征是颗粒集结区域底部充胶中的空洞和角落附近超过 600m 直径的未覆盖旁路孔。图二显示相同倒装芯片的声波图象。产生该图的系统*的 100MHz 通过表示两种材料不同声学特性的界面反射，例如填充颗粒与周围树脂之间的界面，和空洞与空洞之上芯片模块表面之间的界面。非常高频的超声波通过一个扫描传感器以脉冲传送和接收。底部充胶之上的硅芯片基本上对超声波是透明的，从倒装芯片封装的较深处返回的回声只可以在特定的深度用门控制成图象。

28、在倒装芯片的情况，该深度经常是芯片面对底部充胶的界面，但是门可以扩宽，以包括底部充胶的整个厚度，甚至基板的表面。图二中黑色对角条纹和黑色角落区域是填充颗粒的集结。由于流体底部充胶是眼倒装芯片的顶边与右边滴注的波阵面流动是右上到左下；对角方向的单个填充颗粒的集结指向该方向。这些集结是由填充颗粒之间的相互作用所造成的。在集结周围的区域更模糊地可见，由于减少填充颗粒的含量。嵌入对角集结区的三个红色特征是空洞；注意在元件角落附加集结区域的空洞是对称分布的。它们标记未覆盖的旁路孔，每个大约 600m 直径。在流过这些旁路孔时，液体的底部充胶夹陷着空气，形成空洞。空洞由于旁路孔所代表的间隙变化而引起，即，

29、在这里基板突然以 90角度变化。试验板设计试验板设计(Test Board Design)为了使倒装芯片线的创办更顺畅和成本更低，Fraunhfer 研究所设计了一块试验板，该板集中在两个特征：基板表面特征与流体底部充胶的特性。基板表面的特征通常不仅在各种材料之间有不同的表面能量，而且高度也不同，这可能造成在底部充胶流动中难以量化的变量。由于新底部充胶材料的市场的高频变化和特征化每个工艺参数所要求的大量人力，试验板代表减少时间与成本的一种快得多(经验)的方法。该板(图三)有八种不同的基板图案，加上两个只含有阻焊材料的参考图案。为了补偿在滴注时可能的小变化，每一种图案在板上PDF 文件使用 pd

30、fFactory Pro 试用版本创建 放两次。总共，该板有 20 个图案。如果几种底部充胶材料候选用于生产，那么每一种都可应用在试验板的所有图案上。图三、试验板设计。十种基板(八种变化、两个控制)以两个一组的形式出现。在用特殊的材料底部充胶和固化之后，每一个倒装芯片用声波成象。在固化之后，每一种图案通过声波显微成象系统成象，查找可能的缺陷，如空洞或颗粒集结。比较全部的试验板将显示哪一种底部充胶产生最好的结果，和可能建议优化工艺的变化。八种基板图案是：1.增加宽度的金属化区域，模拟由于不均匀阻焊造成的间隙宽度变化。2.在阻焊中增加宽度的槽，没有金属化结构，模拟大的未覆盖区域。3.阻焊材料覆盖的

31、对角线条，模拟那些将偏转液体底部充胶波阵面的情况。4.在阻焊材料中的对角槽，模拟那些用于焊盘定义的情况。5.金属焊盘，200m直径，由阻焊材料覆盖，模拟覆盖的旁路孔。6.金属焊盘，200m直径，300m阻焊开口，模拟小的开放式的旁路孔。7.金属焊盘，300m直径，由阻焊材料覆盖，模拟大的覆盖的旁路孔。8.金属焊盘，300m直径，500m阻焊开口，模拟大的开放式的旁路孔。为了试验，有四周锡球的 10 x10mm 倒装芯片在 Fraunhfer 研究所的自动倒装芯片线上安装。在氮气环境下，使用 0.8%固体含量的免洗阻焊剂。峰值回流温度是 240C，焊锡熔化点之上的温度保持 30 秒钟。图四显示十

32、个声波图象-十种图案中每一个都有一个图象-这里使用了50%重量的填充剂含量、15 mPas 的粘度和 8 GPa 的杨氏系统(Youngs Modulus)。从填充颗粒集结的流动标记在第 1、5、7、9 框中可以看见。集结是另人不安的，它发生在流动的尾部附近(滴注是沿顶边)，但是集结并不严重；即它们限制在流动路线的最后第三个左右。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 图四、这十个声波图象显示一种底部充胶材料的结果。液体底部充胶是沿顶边滴注的。黑色条纹是颗粒的集结；亮点是空洞。更重要的是在第 6、8 框的声学可见的白色区域。两个图案都含有未覆盖的旁路孔，并且这里，除了第

33、6 框的顶部附近一些旁路孔，每一个都造成了一个空洞。图五是第 6 框(小型开放式旁路孔)中的声波图象，来自于使用了特性稍微不同的底部充胶材料的一块试验板。结果非常类似于图四中的材料-几乎每一个开发式旁路孔都产生一个空洞。然后将该倒装芯片截面与抛光。图五、使用稍微不同的底部充胶材料的一种“小型开放式旁路孔”图案的声波图象。在每个旁路孔上几乎都形成一个空洞。图六、在图五中的倒装芯片截面的SEM 图。注意在旁路孔顶部的较大空洞并且-在旁路孔的每一边-有 90的构形变化。图七、一个倒装芯片的声波图象，来从具有增加宽度的大型金属化面积的图案。滴注只是沿顶边；流动是从顶部到底部。填充颗粒的集结较早开始并持

34、续。图六是通过一个未覆盖的旁路孔和空洞的截面 SEM 图象，该空洞是在底部充胶流过旁路孔时形成的。图七是第 1 框(增加宽度的大型金属化面积)对相同底部充胶材料的声波图象。液体的底部充胶从左到右沿顶边滴注。这种底部充胶材料在行进芯片的三分之一距离之后开始形成集结。与这个试验板的工作得到一些普通的观察，可应用于其它底部充胶材料与不同的芯片尺寸。未覆盖的旁路孔在相对于运动的胶出现一个方向向下的 90变化。空洞在未覆盖的旁路孔上形成，甚至在胶中未使用填充颗粒的时候也出现。一般地说，基板的构形可能是底部充胶成功的一个强有力的决定因素，在一些情况中，可以建议重新设计基板来消除突然变化的表面特征。PDF

35、文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 表面贴装表面贴装滴胶滴胶的的趋势趋势 By Anthony F.Piracci 本文介绍，表面贴装滴胶的每个领先技术都是描述和剖析为与现代 SMT 生产环境有关的，包括透视为了达到最佳的 SMT 生产结果，在不同的表面贴装滴胶方法之间的基本平衡点。随着 SMT 技术变得更加复杂和要求更高，有效地分配(dispensing)表面贴装胶(SMA,surface mount adhesive)的挑战也已经变得越来越重要。从 SMT 技术的开始，选择性涂敷胶剂的使用已经提供一个重要的机制，来保持元件位置直到焊接过程的完成。混合技术的板结合了通孔(t

36、hrough-hole)元件和底面的 SMT 元件，要求分配表面贴片胶(SMA)来固定 SMT 元件在板上，通过回流焊接或波峰焊接工序。随着现代板设计的进行方向已经是密度、双面 SMT 装配，并具有紧密地组装的密间距(fine-pitch)电路，表面贴片胶(SMA)的精密分配继续在达到持续的生产结果中起关键的作用。现在 SMT 代表主流的电子生产方法，使用于从计算机到通信到消费品电子的每个事物中，SMA 的分配技术已经经历一个戏剧性的进化，以保持步伐和提供与复杂的、高产量的 SMT 生产工艺的兼容性。和与任何复杂制造环境一样，达到成功要依靠许多不同因素的相互关系和每个单独的工序有效地啮合到一个

37、集成的生产过程中去。在这样一个“完整生产”的概念中，真正有效的 SMA 分配工艺的利用必须前摄地(proactively)把下列关键因素考虑进去：持续的产出和生产力 精度、持续性和可重复性 材料管理问题 总的工艺稳定和适应性 资产所有权的总成本 SMA 分配的选择分配的选择 SMA 分配通常可分组为两个主要类别：大量分配(mass dispensing)，如针转移法(pin-transfer)和丝印(screen-printing)选择性分配，如针滴(needle-based)或喷射(jet-based)分配技术 分配可以分类成两种技术：接触式(contact-based)，分配装置实际上接触

38、板 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 非接触式(noncontact)，如喷射，避免与板的物理接触 针转移针转移(pin-transfer)法法使用专用的工具和一列针，它专门设计来配合所要求的滴涂到印刷电路板(PCB)或基板(substrate)的胶点图案。这个针的排列浸入一个开放的胶剂托盘，将针湿润到预计数量，然后针向下接触板来转移胶剂。丝印丝印(screen printing)使用一个模板(stencil)或网板，其孔专门设计来配合 PCB 或基板所要求的胶点图案。在涂敷胶剂时，模板定位在板上，一个刮刀(squeegee)将胶剂波浪抹过模板，迫使胶剂通过孔，到达

39、板上。针嘴选择性滴胶技术针嘴选择性滴胶技术在过去十年已经是大多数 SMA 分配应用的首选方法。它们提供把分配工艺适应不同板设计的灵活性，在每一次一个装配修改或引入的时候，不要制造象针排列或模板这样的新的固定模具。在针嘴滴胶中，精密的运动系统把针嘴移动到一个位置。然后针嘴定位在基板之上，通常通过使用一个物理间隙机构来达到正确的滴胶高度。使用其中一种得到证实的技术来滴出受控数量的胶剂，如时间/压力阀、螺旋泵(auger pump)或正向位置泵(图一)。非接触喷射滴胶非接触喷射滴胶(jet-dispensing)代表用于生产的 SMA 分配技术的最新突破。喷射技术通过消除垂直运动和滴胶头与板之间的物

40、理接触，给选择性滴胶增加新的效率。不是为每个滴胶动作向下接触基板，喷射滴胶头以一致的高度在板上方飞行，在每个要求的位置喷射精确的胶量。除了通过消除不必要的运动而允许更高的滴胶速度，喷射方法也提供对不同板设计的更高适应性的优势，因为它们消除了大量分配技术的模具要求和针嘴滴胶的物理向下接触要求。虽然 SMA 分配技术的进化已经将重点放在通过更快和更灵活的能力，但是上面描述的每一种方法都有特殊的优点和平衡点。当设计整个 SMT 生产工艺时，这些应该纳入考虑之中。持续产出和生产率考虑持续产出和生产率考虑 大量分配技术，如针转移和丝印，通常代表最快的方法，因为它们可以一次过将材料涂敷到整个 PCB。可是

41、，当考虑“持续的产出”这个因素时，大量分配技术可能出现许多应该考虑的问题。因为对每个装配必须使用一个专门模具(针排列或印刷模板)，群移法(mass transfer method)可能要求更多的时间在准备和转换过程中，因此在高混合的生产环境中影响整体产出。另外，盘查、储存和清洁每个装配的单个模具可能要求很多生产人员时间，影响整体的生产率。任何随后的板布局的更改都可能要求时间延误，用于制作一个全新的模板给丝印机，或者改变针转移系统的硬件模具。另一方面，选择性分配技术以固有的较低的原速度运行，但可提供更好的整体持续产出和生产率，由于更大的灵活性和适应性优点。因为选择性滴胶系统转换通过可以通过调用不

42、同的软件程序来完成，所以持续整体的产出大大提高，特别是在今天的动态、高混合环境中。尽管如此，选择性滴胶的主要局限继续是在每个位置准确定位针嘴和在滴胶期间驻留所要求的时间。一些针嘴滴胶系统企图克服这些局限，它们是通过将多个针嘴成套排列在一起，同时对多个位置涂胶。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 可是，有效地同步多个头的成本与复杂性的增加经常要求其它的妥协，可能偏离任何潜在的生产率优势。喷射滴胶的出现，作为一个稳健的、生产上证明的工艺，已经给 SMT 生产线的设计者和工艺工程师一个另外选择，将最佳的工艺灵活性与新的、更高水平的可持续产出相结合。喷射滴胶使用一个闭环的、正

43、向关闭活塞来准确地从一致的板上 13.5mm 高度射出精确控制数量的胶剂到基板上。因为喷射器的弹簧驱动的球与座机构可以实现 1215 毫秒的每个射点周期率，并且没有用于在 Z 轴上移动头的时间，现代的喷射滴胶系统可以提供持续的产出率，从单可滴胶头可达每小时 50000 点。(图二)准确性、持续性和可重复性准确性、持续性和可重复性 较高的产出水平只是如果工艺可充分控制得到准确性、持续性和可充分性的可接受水平才有用的。通常，大量分配技术可提供足够的结果，当考虑到其内在的局限性的时候。可是，这些内在局限可引起一些今天的更小与更密的 SMT 设计的问题。例如，当使用针转移法来对小于 1206 元件的焊

44、盘滴胶时，持续一致的结果是很困难的。另外，将丝印工艺用于较小的胶点可能由于孔的阻塞而导致清洁与维护的要求增加。在元件已经插件到板上之后使用模板印刷，可以使用昂贵的台阶式模板(step-stencil)设计来完成，要求上游工序的良好工艺控制。针嘴选择性滴胶技术提供较宽范围的能力，达到对各种胶点大小的持续的精度结果。可是，几个工艺参数必须考虑。这些参数包括针嘴直径、一致的滴胶高度、驻留时间和用于将胶通过针移动的技术类型。用较老的时间/压力滴胶系统，在注射器内空气累积可导致胶点大小的变化，因为空气压缩率与液体不同。因此，均匀的空气脉冲可得到不同的滴胶量，从满注射器到一半或将近空注射器。螺旋泵提供较高

45、可充分性水平。当螺旋泵的螺杆转动，它迫使一定数量的液体沿螺纹而下，从针嘴出来。可是，螺旋泵还可能由于液体黏度的变化而遭受精度的变化。喷射滴胶消除了针嘴，使用一个正向关闭的球与座的活塞机构，因此减少许多可能影响时间/压力和螺旋滴胶的变量。不管泵技术，针嘴系统的准确的、可重复的、好质量的胶点基本上决定于维持一致的滴胶高度和均匀的湿润/驻留时间。正如前面所描述的，这要求仔细的Z 轴运动的运用和向下接触板的物理间隙。另外，它需要维持对板的弯曲因素和向下接触点的相对紧的控制，因为基板缺乏共面性或者针嘴落在迹线、焊盘或元件上可能失去滴胶高度的均匀性。另一个与针嘴系统有关的质量问题是如果滴胶头运动或驻留时间

46、不精确控制，胶从针嘴“拉线”的倾向。这种拉线可造成质量差、不均匀的胶点，不能将元件固定在准确的位置，以获得一致的焊点。材料管理问题材料管理问题 虽然有许多特性良好和充分证实的 SMA 配方可用于每一个分配技术类型，但在设计一个 SMA 分配工艺时，还有液体管理的问题要考虑。例如，针转移法通常要求特殊黏度特性的液体，以允许在转移到基板期间胶点拾取和悬挂在针上。对于所有大量分配方法的一个主要材料管理问题是胶剂在开放的托盘内和转移过程中对空气、湿度和温度的暴露，在可能导致液体污染、得到退化的生产结果。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 在选择性滴胶中，关键的材料问题集中在滴

47、胶过程对液体流变能力的敏感性。例如，由于时间/压力和螺旋泵技术是依靠黏性的，液体中任何粘性的变化都可重大地影响可重复性。现在的喷射滴胶头设计利用一个球与座的设计，它减少对黏度变化的敏感性。并且喷射器不要求机械的间隙，实际上消除了改变滴胶间隙的影响。工艺适应性与稳定性工艺适应性与稳定性 工艺适应性对于有效地支持今天的更短的产品寿命周期、动态变化的产品设计和高混合生产环境变得非常重要。同时，这种灵活性不能以妥协工艺稳定性作为代价。现代 SMT 生产线必须迅速适应各种产品变化，不牺牲产出与生产率。对于大多数生产环境，选择性滴胶工艺提供数据驱动的优点。这使得可以迅速的滴胶程序开发和在相同机器上运行不同

48、装配的快速转换。选择性滴胶提供对生产顺序的改善的灵活性，因为它可以用于已装或没装元件的板。选择性滴胶也与那些要求其它材料如锡膏在滴胶步骤之前应用的工艺兼容。相反，丝印或针转移法通过只能在板没有装零件的时候使用，因此迫使所有生产工序适应这个滴胶工序，而不能反过来。由于对生产灵活性的逐步上升的要求，选择性滴胶已经成为大多数 SMT 应用的选择，这些应用需要对已经预印锡膏的、已装部分元件的板滴胶，或者高混合生产环境，固定模具的约束变得不实际(图三)。在选择性滴胶工艺中，接触与非接触技术之间的选择可影响工艺可适应性的程度。例如，用针嘴系统达到较大的胶点可能要求在每个位置上较长的驻留时间或较大直径针嘴的

49、使用。在一些情况中，一个装配将要求用不同的针嘴滴过多次。另一方面，因为非接触喷射滴胶系统不依靠滴胶间隙、和湿润与驻留时间，它可通过迅速在相同位置射出多点来达到大范围的胶点大小。这个工艺实现最佳的胶点灵活性，而对整个产出影响最小。另一个滴胶工艺适应性测量是该工艺一旦放在生产场合将“减低”多少。这就是说，一个特殊性能一旦在现实的生产环境中进行测量，它会从基于理想条件的、由设备制造商所说的规格上下降多少。对于滴胶，速度(每小时点数或元件数)可下降多达 30%。可是，喷射滴胶的下降少于 15%，由于喷射的不接触特性。拥有设备的总成本拥有设备的总成本 最终，任何生产设备投资的实际价值可最好地通常测量其现

50、实的优势来评估，如产出与质量，比较购买、调用和维护该系统的资产所有的总成本。对系统的初始成本，设定程序和任何要求的工具都必须与将新装配带上线有关的随后的工具或变化的成本进行平衡。也必须考虑处理工艺变化或纠正质量问题的成本。例如，一个简单的时间/压力系统可能便宜和容易清洗。可是，这个表面上的节省随着长期的运行烟消云散，如果系统不能在持续的生产条件下、以最少的操作员帮助时间来提供持续的PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 胶点质量。结果可能是，螺旋泵或喷射泵通过产生对大范围的液体特性和各种装配的更加持续的结果，本身可以很快地支付那部分额外投资。在设备购买中另一个关键考虑是适