1、05mm間距CSPBGA器件無鉛焊接工藝技術研究2012-07-13#刪#2012-07-13#栩012-07-13#0.5 mm間距CSP/BGA器件無鉛焊接工藝技術研究孫國淸李承虎(中國電子科技集團公司第三十八研究所.安徽合肥摘 要 芯片級封裝器件因其小尺寸低阻抗、低噪聲等優點廣泛應用于電子信息系統中， 從器件封裝 '印制板焊盤設計焊冒印刷.貼裝以及回流焊接等方面探討了 0.5 mm間匪 CSP/BGA器件無沿焊接工藝技術，XL2=1 十-LI. E 4U. i . -T- hn . r*rt 口,1 . HI L 3-. RZ1 g IF1 訃中圖 分類號文獻標識碼E文章編號10

2、04-4507(2005-0025-04Research of Lead-free Soldering about 0.5 mm PitchCSP/BGA ComponentsSUN GuoqingLI Chenghu(The 38Research Institute of CETC Hefei 230031 China)Abstract: CSP components are widely applied to the electron information systems for their little size、 low impedence and low yawp and so o

3、no The paper discusses the technology of lead-free soldering abou* 0.5mm pitch CSP/BGA components from components incapsulationdesigning of bonding pads、 solder paste printingpicking And placing and reflow soldering0Keywords: CSP (chip scale packaginglead-free Printing Pick And Place Reflow Solderin

4、g印制板組件的髙密度化、髙可靠性以及無 鉛化發展趨勢其對元器件封裝尺寸性能以及組裝 工藝要求愈加苛刻。CSP/BGA器件因其小尺寸低阻抗低噪聲 等優點越來越廣泛應用于電子信息系統產 品中。但同時CSP/BGA器件在無鉛組裝工藝 有著較大的難度系數幵展其焊接工藝研究顯 比較迫切。1 封1.1定義CSP是chip size package的英文縮寫即芯片 級尺寸封裝。它是指芯片的面積與封裝體面積 比大于80%通俗的說芯片的邊長比封裝體的邊長小僅僅1 mm左右。CSP/BGA就是具有芯片級 尺寸封裝的器件。12結構CSP/BGA器件應用較多的主要有兩種結構 形式即引線鍵合和倒裝鍵合見圖HZ焊盤設討0

5、.5mm間距CSP/BGA器件，其焊球直徑為0.3mmo(1) 應為每個焊球采用單獨焊盤焊盤尺寸直 徑設計為0.3 mmj可距與焊球一致，為0.5 mm； 焊盤上不可設宜過孔。(2) 布線時焊盤可直接走線或通過過孔走線， 過孔應位于周邊4個焊盤的中間位程。CSP/BGA封 裝體之下的所有過孔均用阻焊膜覆蓋。(3) 應用NSMD(阻焊層圍繞銅箔焊盤幷留有 間隙)的阻焊方式。J 焊膏印刷要保證焊膏至少75%的釋放率焊膏的選擇、 網板設計印刷工藝參數設置等異常關鍵。3.1選擇焊膏應選擇適合細間距器件印刷的無鉛焊膏 顆粒直徑在20'45 pm之間。對無鉛焊膏的選 擇應(1) 熔點。焊膏合金共晶

6、溫度不能太髙根據 元器件耐受溫度以及回流d金值溫度，一般選擇 在210、220 °C較為合適;(2) 無毒。無鉛焊膏材料符合ROHS規范不 含有毒物質：(3) 可靠性。焊接后焊點要有足夠的機械強 度和良好的導電率：(4) 成本。焊膏成本要低應用廣泛。我們優選熔點在217 °C左右的錫-銀-銅K 4 TSr3.2設計網板3.2.1網板加工制作CSP/BGA器件網板開孔尺寸很小，要保證 焊膏有效地從網板孔內釋放，網板制作方法選 擇至 關重要。現矗段網板加工制作方法主要有：化學腐 蝕 法激光切割法以及電鑄法。結合使用絲網印 刷機特點以及加工成本考慮，我們優選激光切 割外加孔壁拋光

7、制作工藝方法。3.2.2網板厚度及開孔形狀、尺寸設計網板厚度開孔設計直接影響焊膏釋放率。桂 比有鉛焊膏，對于無鉛焊膏釋放率下降幅度可 達10%' 15%oIPC7525標準要求焊膏印刷時網板開口尺 寸滿足如下要求：孔徑比即W/T 1.5；開口面積/開口四周孔壁而積比0.66對 于圓形孔而積比公式為D/4T対于矩形孔而積 比公式為 LW/2(L + W)T式中L為開口長度W為開口寬度丁為網 板厚度D為圓形開口直徑。根據以上要求，初步設計幾種網板開口尺3.3印刷工藝參數設魚W2011#2012-07-13#影響焊膏印刷質量的參數主要有：刮刀角度. 刮刀類型印刷速度印刷壓力脫模速度脫模距代號

8、/mm/mm%積是否滿 足要求A10.12圓形直 徑0.3/0.625面積比0.66不滿足 要求A20.12方形龍 長0.32.50.625血積比0.66不滿足 要求A30.12方形血 長 0.282.330.58而積比0.66,不滿 足要求A40.1圓形、直 徑0.30.75面積比0.66足要 求A50.1方形、邊長0.330.75孔徑比積比0.66滿足要求A60.1方形、邊長 0.282.80.7孔徑比1.5：ffi積比 0.66滿足要求表2 印刷試驗代左/mm/mm焊盤上焊膏狀況是否滿 足要求A40.1圓形宜K0.3無焊膏溢出焊盤焊扭上有90%面積覆蓋有 焊膏但脫模效果差不滿足要求A50

9、.1方形Ji 長0.3有少量焊膏溢出焊盤不滿足要求A60.1方形、邊 長 0.28無焊膏溢出焊盤焊盤 上有90%而積覆蓋有 焊膏脫模效果好滿足婆求離等。前刀角度:刮刀角度一般在45、75 （ o）間。 據有關試驗驗證，為了保證印刷過程中焊膏有較 好的滾動性和填充性刮刀角度選擇在60 o。刮刀類型選擇不銹鋼刮刀刮刀與網板接觸 而應無變形扭曲刮刀長度應選擇比印刷圖形長 度長20 mm左右。印刷速度：印刷速度設泄必須保證焊膏在 移動過程中處于滾動狀態l般印刷速度低焊 膏填充性好。對于0.5mm間距器件廠般印刷速度為 10'20 mm/So印刷壓力印刷壓力不可過大否則印刷過程 中刮刀與網板之間

10、壓力變大，刮刀印刷部位產 生變形,導致刮刀印刷部位與網板之間產生間隙印 刷后網板上會殘留焊膏。脫模速度脫模距離采用全自動絲網印刷機 時脫模速度脫模距離是影響印制板印刷完焊膏 下降過程中的兩個關鍵因素歩卩制板下降過程中， 由于焊膏與網板之間的附著力，網板會產生一左 的變形如果脫模速度過快脫模距離短網板會 快 速3.4網板最終選擇對0.1 mm厚度的A4A5A6三種代號網板3.5印刷工藝選擇0.5 mm間距CSP/BGA器件使用絲網印刷 機進行無鉛焊膏印刷時應采取如下措施：（1）選擇熔點在217 °C左右的錫-銀-銅 系焊膏。焊膏顆粒直徑在20、45 pm之間。（2）網板設計。網板鋼片采

11、用0.1mm厚度，開 孔應設計成邊長0.28 mm方形口，為保證焊膏 平滑漏印，開口四周拐角應進行 0.06mm的倒圓 角且開口孔壁進行拋光工藝處理。（3）幺幺網印刷機設置。刮刀角度選擇在60 （巳印刷速度為10、20 mm/s脫模速度設左在4貼裝工藝4.1預處理工藝由于采用的CSP/BGA芯片為塑封封裝極易 吸潮。為防止芯片在回流焊接過程中產生鼓泡裂 紋等不良現象貼片前應在真空干燥箱內125°C 下至少烘烤6 h°4.2貼片工藝設垃貼片的目的就是將CSP/BGA芯片準確地 放置在印好焊膏的印制板指泄位宜上。這里涉 及到 定義器件的封裝貼片機吸嘴的選擇照相機的選 擇供料器裝

12、置設巻以及印制板上基準點泄義、安要的頻率數值來設計壓電換能器和聚能器冋時， 由于聲負載阻抗的變化，將會帶來換能器諧振頻 率的變化，故又要使換能器工作在一左的頻率范 I詞該問題已通過前面介紹的頻率自動跟蹤解決：振幅根據工藝要求，合理設計聚能器，使 振幅放大到工藝要求；（3）振動模式適當選擇壓電晶片和聚能器的外 形尺寸使其遠離徑向振動模式的諧振頻率從而 消除或抑制寄生的徑向振動；（4）換能器的安裝所有的聚能器都存在著一個波截而在波乃而處可用其他裝置運用適當的力矩 對整個換能器進行固左，從而減小振動能量的 損 耗。所用的力矩不可過大否則會導致聚能器截 而的變形從而降低整個超聲系統的性能。參考文獻1林

13、書玉.超聲換能器的原理及設計側北京科學 岀版社2004.（上接第27頁I裝CSP/BGA位置中心坐標定義等等。CSP/BGA器件安裝在印制板上時必須保 證焊球在Z軸方向能與焊膏充分接觸xy方 向中心偏離焊盤不大于焊球直徑的25%0 微結構提升焊點機械性能增強焊點的可靠性。CSP/BGA器件經回流焊接后需經X-RA 檢測應無橋接、焊料球丟失、開路拎焊錫珠 空洞（空洞不大于焊點體積的15%）以及錯位 等不良缺陷。0.5 m m間距CSP/BGA器件裝焊難度較 大，裝焊過程中器件預處理焊膏印刷貼片回流焊 接等環節必須建立有效的控制手段，才能保證參考文獻：1 GJB 4907-2003.球冊數組封裝器

14、件組裝通用要求S.2 宋好強戎孔亮05 mm間距CSP焊接1：藝研究J 電子匸藝技術200324（3>103-108.史建衛何鵬隸 乙余卓和平舛膏印刷技術及無鉛化對其的影響學93&吳兆華周德儉表血組裝技術M.北京國 紡工業出版社2002.電作者簡介：孫國湖979朗工程師巾國電子科技團公司第 三 十八研究所部件裝調分廠主任長期從事電子裝聯技術 及管理方而的匸作。李承加979朗工程師左要從爭電子裝聯丄藝 研 究。C回流焊接工b根據焊膏特性我們選擇保溫型溫度曲線整 個回流時間控制在4min左右。回流前應先確肚回流速度（回流速度=加熱 區長度/回流時間）再調整預熱區保溫區回流 區以及冷卻區的參數設置。預熱區：目的是將印刷線路板的溫度從室溫 提升到錫膏內助焊劑發揮作用所需的活性溫 度，溫度升得不可太快。升溫速率控制在1' 3°C/SO保溫區：目的是使印刷線路板上各個區域 的元器件溫度相同減少他們的相對溫差并使 錫膏 內部的助焊劑充分地發揮作用，去除元器件焊 端 和焊盤表而的氧化物從而提高焊接質量。溫度控制在160 ' 190 °C之間升溫速率控制 在1 '2°C/S時間控制在 45S ' 90 S間。回流區：目的是使焊點溫度提升到錫膏的熔 點溫度以上并