PoP裝配SMT工藝的的控制

（1）元器件翹曲變形對(duì)裝配良率的影響至為關(guān)鍵

元器件翹曲變形導(dǎo)致在裝配之后焊點(diǎn)開(kāi)路，其翹曲變形既有來(lái)自元件在封裝過(guò)程中的變形，也有因?yàn)榛亓?焊接過(guò)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(guò)程中極易 產(chǎn)生變形。如圖1所示。

　圖1 元件翹曲變形示意圖

元件封裝過(guò)程中產(chǎn)生變形最大是在進(jìn)行模塑（封膠）之后，我們發(fā)現(xiàn)隨著元件尺寸的增加，其變形量也會(huì) 增大。堆疊的兩個(gè)元件，底部元件變形量會(huì)相對(duì)大一些。來(lái)自不同供應(yīng)商的元器件其變形量也會(huì)不一樣。如 圖2和圖3所示。

之所以會(huì)產(chǎn)生翹曲變形是因?yàn)樵骷懈鞣N材料的彈性模量和熱膨脹系數(shù)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(zhǎng)寬厚），其變形就越明顯。要保證較高的裝配良率，對(duì)堆疊元件 的平整度要求很重要，要選擇質(zhì)量好的供應(yīng)商。

（2）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(duì)于錫膏印刷是一個(gè)挑戰(zhàn)，需要優(yōu)化CB焊盤的設(shè)計(jì)，印刷鋼網(wǎng)的開(kāi)孔設(shè)計(jì)也需要仔細(xì)考慮。錫膏的選擇也成為關(guān)鍵，往往會(huì)

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

有錫膏過(guò)量或不足的現(xiàn)象。對(duì)于精細(xì)間距的晶圓級(jí)CSP的錫膏印刷，應(yīng)用合適的PCB及鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)加以良好的印 刷工藝控制，可以獲得批量生產(chǎn)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(shí)可能會(huì)出現(xiàn)連錫現(xiàn)象。市場(chǎng)上現(xiàn)在有type3和type4混合的一種錫膏，印刷效果不錯(cuò)。印刷工藝控 制注意以下幾個(gè)方面：

·當(dāng)印刷微間距的PCB時(shí)，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(wǎng)上要形成良好的“滾動(dòng)”，而不是“滑動(dòng)”；

·錫膏滾動(dòng)柱表面要相對(duì)光滑均勻，外形要中心對(duì)稱：

·刮刀刮過(guò)后孔要被完全填充；

·刮刀刮過(guò)后鋼網(wǎng)要很干凈，沒(méi)有錫膏留在后面；

·脫模后孔壁要沒(méi)有錫膏或非常少的錫膏留在其上；

·脫模的速度極為關(guān)鍵，一般來(lái)說(shuō)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(xì)閱讀技術(shù)說(shuō)明：

·印刷時(shí)對(duì)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(xiàn)象。

影響印刷品質(zhì)的另一重要因素是印刷鋼網(wǎng)的設(shè)計(jì)和制造：合適的寬深（厚）比或開(kāi)孔面積比，孔壁是否光 滑整齊。對(duì)于0.4 mm CSP，印刷鋼網(wǎng)推薦采用如下設(shè)計(jì)：

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

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

（3）貼裝過(guò)程中基準(zhǔn)J羔的選擇和壓力的控制

底層元件以整板基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)矯正沒(méi)有問(wèn)題，上層元件是以整板基準(zhǔn)點(diǎn)還是以其底層元件背面上的局部基準(zhǔn)點(diǎn) 來(lái)矯正就需要斟酌了。如果同樣選擇整板基準(zhǔn)點(diǎn)，會(huì)很方便，不需要任何變更，產(chǎn)出率也會(huì)高，但貼裝精度 成了爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。事實(shí)上，貼裝的精度會(huì)受到影響。而選擇其底層元件背面上的局部基準(zhǔn)點(diǎn)，貼片周期會(huì)長(zhǎng) 產(chǎn)出率受到影響，對(duì)處理基準(zhǔn)點(diǎn)的相機(jī)提出了挑戰(zhàn)（焦距的問(wèn)題）。但是貼片的精度會(huì)得以保證。這時(shí)貼裝 壓力的控制也變得非常重要，過(guò)高的壓力會(huì)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(huì)因壓力不平衡導(dǎo)致器件倒塌。所以貼裝及浸蘸過(guò)程中需要較低的貼裝壓力。

多層堆疊貼裝后，在傳送過(guò)程中，要求傳輸軌道運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，機(jī)器設(shè)備之間軌道接口要順暢，避免回流 焊接之前傳送過(guò)程中的振動(dòng)沖擊。

（4）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(jù)元件焊球尺寸來(lái)確定，保證適當(dāng)且穩(wěn)定均勻的厚度，使最小的焊球也能在浸 蘸過(guò)程中蘸上適量的助焊劑或錫膏。需要考慮優(yōu)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(wèn)題。

頂部元件浸蘸助焊劑還是錫膏，會(huì)有不同的考慮。錫膏裝配的優(yōu)點(diǎn)是：①可以一定程度地補(bǔ)償元件及基板 的翹曲變形；②無(wú)須額外工藝，可以與現(xiàn)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(diǎn)：①會(huì)放大焊球本來(lái)存在的大小的差異；②可供選擇的這類錫膏有限，價(jià)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(xì)，助焊劑百分含量約20％。所以其比普通印刷錫膏稀很多，流動(dòng)性非常好，適 合浸蘸工藝。

粘性助焊膏裝配的優(yōu)點(diǎn)是：①不會(huì)放大焊球本來(lái)存在的大小差異；②工藝好控制，材料選擇也方便。

其缺點(diǎn)是：①對(duì)一點(diǎn)程度的翹曲變形無(wú)補(bǔ)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?cè)谥敖榻B過(guò)的倒裝晶片的助焊劑浸蘸工藝相似，控制重點(diǎn)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(duì)于0.4mm高度的焊球，實(shí)際膜厚需要 0.2 mm左右，也就是相當(dāng)于焊球高度的一半，實(shí)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

（5）回流焊接工藝的控制

首先我們面臨的是對(duì)于無(wú)鉛回流焊接工藝選擇焊接環(huán)境的問(wèn)題。在空氣中焊接，特別是對(duì)于無(wú)鉛工藝， 增加了金屬的氧化，潤(rùn)濕不好，焊球不能完整的塌陷。在低氧氣濃度（（50 ppm）氮?dú)庵泻附咏档土私饘傺?化，潤(rùn)濕效果好，能夠形成完整的塌陷，而且表現(xiàn)出良好的自對(duì)中性。但0201/0402這類元件會(huì)出現(xiàn)立碑現(xiàn) 象，另外，焊接成本也會(huì)增加25％～50％。

由于無(wú)鉛焊接的溫度較高，較薄的元件和基板（厚度可達(dá)0.3 mm）在回流焊接過(guò)程中很容易熱變形，需要 細(xì)致的優(yōu)化回流焊接溫度曲線。同時(shí)，監(jiān)控頂層元件表面與底層元件內(nèi)部溫度非常重要，既要考慮頂層元件 表面溫度不要過(guò)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(diǎn)（有時(shí)底層元件焊球可能是高鉛 材料，此時(shí)焊球可能不熔或部分熔融，錫膏則熔化冷卻形成焊點(diǎn)）。對(duì)于多層堆疊裝配，升溫速度建議控制 在1，5OC/s以內(nèi)，防止熱沖擊及爐內(nèi)移位或其他焊接缺陷。在保證焊接品質(zhì)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(guò)程中高度會(huì)有一定程度的降低，如圖6所示，這可以補(bǔ)償焊球高度的不一致性，但是基板 焊盤要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)墓?，將焊接過(guò)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

（6）回流焊接后的檢查

堆疊兩層應(yīng)用X－Ray來(lái)檢查應(yīng)該沒(méi)有什么問(wèn)題，只要在產(chǎn)品上設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膮⒄?，可以輕易檢查出元件是否 有偏移等。但對(duì)于多層堆疊，要清楚的檢查各層焊點(diǎn)情況實(shí)非易事，這時(shí)需要X－Ray檢查儀具有分層檢查的功能。

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