SMT加工中PCB先進(jìn)封裝器件的快速貼裝方法

  面形陣列封裝越來越重要，尤其是在汽車、電子加工和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域，因此生產(chǎn)率成為討論的焦點(diǎn)。管腳間距小于0.4mm、既是0.5mm，細(xì)間距QFP和TSOP封裝的主要問題是生產(chǎn)率低。然而，由于面形陣列封裝的腳距不是很小(例如，倒裝晶片小于200μm)，回流焊之后，dmp速率至少比傳統(tǒng)的細(xì)間距技術(shù)好10倍。進(jìn)一步，與同樣間距的QFP和TSOP封裝相比，考慮回流焊時(shí)的自動(dòng)對(duì)位，其貼裝精度要求要低的多。

　　另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，特別是倒裝晶片，印刷電路板的占用面積大大減少。面形陣列封裝還可以提供更好的電路性能。

　　因此，產(chǎn)業(yè)也在朝著面形陣列封裝的方向發(fā)展，最小間距為0.5mm的μBGA和晶片級(jí)封裝CSP(chip-scale package)在不斷地吸引人們注意，至少有20家跨國公司正在致力于這種系列封裝結(jié)構(gòu)的研究。在今后幾年，預(yù)計(jì)裸晶片的消耗每年將增加20%，其中增長速度最快的將是倒裝晶片，緊隨其后的是應(yīng)用在COB(板上直接貼裝)上的裸晶片。

　　預(yù)計(jì)倒裝晶片的消耗將由1996年的5億片增加到20世紀(jì)末的25億片，而TAB/TCP消耗量則停滯不前、甚至出現(xiàn)負(fù)增長，如預(yù)計(jì)的那樣，在1995年只有7億左右。下面是深圳SMT貼片加工廠長科順技術(shù)員整理的PCB先進(jìn)封裝器件的快速貼裝方法，內(nèi)容如下：

　　貼裝方法

　　貼裝的要求不同，貼裝的方法也不同。這些要求包括元件拾放能力、貼裝力度、貼裝精度、貼裝速度和焊劑的流動(dòng)性等。考慮貼裝速度時(shí)，需要考慮的一個(gè)主要特性就是貼裝精度。

　　拾取和貼裝

　　貼裝設(shè)備的貼裝頭越少，則貼裝精度也越高。貼裝的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)就是精密貼裝頭可以在x、y平面自由運(yùn)動(dòng)，包括從格柵結(jié)構(gòu)(waffle)盤上取料，以及在固定的仰視攝像機(jī)上對(duì)器件進(jìn)行多項(xiàng)測量。

　　最先進(jìn)的貼裝系統(tǒng)在x、y軸上可以達(dá)到4 sigma、20μm的精度，主要的缺點(diǎn)是貼裝速度低，通常低于2000 cph，這還不包括其它輔助動(dòng)作，如倒裝晶片涂焊劑等。支撐架上配備有高精度貼裝頭及多吸嘴旋轉(zhuǎn)頭(revolver head)，可以貼裝大尺寸的BGA和QFP封裝。旋轉(zhuǎn)(或稱shooter)頭可處理形狀不規(guī)則的器件、細(xì)間距倒裝晶片，以及管腳間距小至0.5mm的μBGA/CSP晶片。這種貼裝方法稱做"收集、拾取和貼裝"。

　　配有倒裝晶片旋轉(zhuǎn)頭的高性能SMD貼裝設(shè)備在市場上已經(jīng)出現(xiàn)。它可以高速貼裝倒裝晶片和球柵直徑為125μm、管腳間距大約為200μm的μBGA和CSP晶片。具有收集、拾取和貼裝功能設(shè)備的貼裝速度大約是5000cph。

　 貼裝精度

　　為了對(duì)不同的貼裝設(shè)備有一個(gè)整體了解，你需要知道影響面形陣列封裝貼裝精度的主要因素。球柵貼裝精度依賴于球柵合金的類型、球柵的數(shù)目和封裝的重量等。

　　這三個(gè)因素是互相聯(lián)系的，與同等間距QFP和SOP封裝的IC相比，大多數(shù)面形陣列封裝的貼裝精度要求較低。在帶形球柵陣列封裝(TBGA)和重陶瓷球柵陣列封裝(CBGA)情況，自對(duì)準(zhǔn)即使發(fā)生也很有限。因此，貼裝的精度要求就高。

　　焊劑的應(yīng)用

　　倒裝晶片球柵的標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)?；亓骱覆捎玫臓t子需要焊劑?，F(xiàn)在，功能較強(qiáng)的通用SMD貼裝設(shè)備都帶有內(nèi)置的焊劑應(yīng)用裝置，兩種常用的內(nèi)置供給方法是涂覆和浸焊。

　　涂覆單元就安裝在貼裝頭的附近。倒裝晶片貼裝之前，在貼裝位置上涂上焊劑。在貼裝位置中心涂覆的劑量，依賴于倒裝晶片的尺寸和焊劑在特定材料上的浸潤特性而定。應(yīng)該確保焊劑涂覆面積要足夠大，避免由于誤差而引起焊盤的漏涂。

　　為了在無清洗制程中進(jìn)行有效的填充，焊劑必須是無清洗(無殘?jiān)?材料。液體焊劑里面總是很少包含固體物質(zhì)，它最適合應(yīng)用在無清洗制程。然而，由于液體焊劑存在流動(dòng)性，在倒裝晶片貼裝之后，貼裝系統(tǒng)傳送帶的移動(dòng)會(huì)引起晶片的慣性位移，有兩個(gè)方法可以解決這個(gè)問題：

　　1、在PCB板傳送前，設(shè)定數(shù)秒的等待時(shí)間。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，倒裝晶片周圍的焊劑迅速揮發(fā)而提高了黏附性，但這會(huì)使產(chǎn)量降低。

　　2、調(diào)整傳送帶的加速度和減速度，使之與焊劑的黏附性相匹配。傳送帶的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)不會(huì)引起晶片移位。

　　焊劑涂覆方法的主要缺點(diǎn)是它的周期相對(duì)較長，對(duì)每一個(gè)要涂覆的器件，貼裝時(shí)間增加大約1.5s。

　　浸焊方法

　　在這種情況，焊劑載體是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的桶，并用刀片把它刮成一個(gè)焊劑薄膜(大約50μm)，此方法適用于高黏度的焊劑。通過只需在球柵的底部浸焊劑，在制程過程中可以減少焊劑的消耗。此方法可以采用下列兩種制程順序：

　　1、在光學(xué)球柵對(duì)正和球柵浸焊劑之后進(jìn)行貼裝。在這個(gè)順序里，倒裝晶片球柵和焊劑載體的機(jī)械接觸會(huì)對(duì)貼裝精度產(chǎn)生負(fù)面的影響。

　　2、在球柵浸焊劑和光學(xué)球柵對(duì)正之后進(jìn)行貼裝。這種情況下，焊劑材料會(huì)影響光學(xué)球柵對(duì)正的圖像。

　　浸焊劑方法不太適用于揮發(fā)能力高的焊劑，但它的速度比涂覆方法的要快得多。根據(jù)貼裝方法的不同，每個(gè)器件附加的時(shí)間大約是：純粹的拾取、貼裝為0.8s，收集、貼裝為0.3s。

　　當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)的smt貼裝球柵間距為0.5mm的μBGA或CSP時(shí)，還有一些事情應(yīng)該注意：對(duì)應(yīng)用混合技術(shù)(采用μBGA/CSP的標(biāo)準(zhǔn)SMD)的產(chǎn)品，顯然最關(guān)鍵的制程過程是焊劑涂覆印刷。邏輯上說，也可采用綜合傳統(tǒng)的倒裝晶片制程和焊劑應(yīng)用的貼裝方法。

　　所有的面形陣列封裝都顯示出在性能、封裝密度和節(jié)約成本上的潛力。為了發(fā)揮在電子生產(chǎn)整體領(lǐng)域的效能，需要進(jìn)一步的研究開發(fā)，改進(jìn)制程、材料和設(shè)備等。就SMD貼裝設(shè)備來講，大量的工作集中在視覺技術(shù)、更高的產(chǎn)量和精度。

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