复杂通讯产品用大尺寸0.4mm间距QFP印刷工艺研究.doc

复杂通讯产品用大尺寸0.4mm间距QFP印刷工艺研究赵燕上海贝尔阿尔卡特股份有限公司摘要： 小尺寸0.4mm间距的QFP在手机等小型电子产品上已经获得了广泛应用，但 是在较复杂的大型通讯基站板上，0.4mm间距QFP的应用还是比较少 见的。本文对较大尺寸0.4mm间距QFP在复杂板上的印刷工艺研究过 程进行了概述。2008.9.1以往，0.4mm间距QFP因其自身固有问题（引 脚强度低，容易弯曲等），以及装配工艺（印 刷、焊接短路）故障率高，被视为低通过率的 器件；因此，大尺寸0.4mm间距QFP在复杂的通讯产品设 计中是不被推荐的。但是，由于目前器件可选择性的限制，在某些复杂产品 上又开始使用0.4mm间距QFP，这对目前基于0.5mm间距 QFP的装配工艺，尤其是印刷工艺来说是一个很大的挑战。为评估0.4mm 间距QFP器件的焊膏印刷稳定性，以及 为优化0.4mm 间距QFP印刷工艺提供有效参考依据，我们进行了如下研究。印刷工艺试验印刷工艺研究在印刷试验板上进行，选用的是144个 引脚的0.4mm间距的QFP图形。考虑到通讯产品上其它器 件需求，按照IPC标准通过计算，模板厚度定为130m模 板厚度取决于印刷规律，开孔最小直径（宽度）必须大 于模板厚度，以确保印刷过程中焊膏流动流畅，而焊膏 沉积层厚度由模板厚度决定。模板制作采用传统的激光 切割加抛光工艺，开口方式采用已知器件引脚焊盘尺寸 2001400m。焊膏选用常用的3号粉SnPb焊膏。采用 DEK印刷机作为试验的印刷设备。校准过的SE300作为印刷 试验的测量系统。众所周知，影响印刷结果的因素有很多，例如：印刷 机稳定性和精度、模板、光板质量、焊膏、刮刀压力和速 度、前后刮刀走向、脱模速度、擦拭频率、温度、湿度、 操作工技能以现有的能力无法针对所有的因素进行具体的试验， 为简化试验过程，首先项目小组利用头脑风暴法寻找可能 影响印刷结果的诸多因素，并对所收集到的诸多因素利用FMEA方法进行筛选，最后选出评分最高的三个参数作为此次研究的重点：速度：印刷速度取决于膏体类型、刮刀压力以及印刷 经验等各个因素；压力：刮刀压力由焊膏种类，模板表面粗糙程度以及 印刷经验等因素共同决定，在确保印刷结束后模板表面保 持清洁的前提下，应尽量降低刮刀压力，所以我们选择压 力时从最小值作为基准来计算高低水平；脱模速度：主要目的在于分离模板与刮刀之间的焊 膏，将印刷焊膏留在基板上，分离速度视模板内壁的粗糙 程度以及焊膏的流变能力而定，我们参考目前网板制作工艺和焊膏型号来定义高低水平。印刷参数优化试验应用试验设计（DOE）方法对过程能力进行评估，印 刷参数选择包括：速度、压力和脱模速度作为变量因子(其 它参数固定)，采用高、低两个水平，参数设计如表1所示；印刷效果照片如图1所示。对印刷结果进行目视检查没有发现桥连现象。收集 SE300所获数据进行分析，计算每组印刷产品的印刷高度、 面积、体积均值。从每组印刷的高度、面积、体积的均值 变化观察，看不出明显的变化趋势和效果明显较好的结果（见图2），也找不到明显的变化趋势可循。通过对所得数据的进一步分析我们获得了各参数之 间的主效应和交互作用图3图5。由主效应和交互作用图 可以得出以下结论：压力大小会直接影响印刷高度；而压 力、速度、脱模速度以及它们的交互作用基本不会影响印 刷面积；速度和速度与压力的交互作用会对印刷体积有影响。因此，在选定水平内，脱模速度对印刷工艺没有明 显影响，可以先以常用的一个水平参数固定（我们选用了 1mm/s）。为进一步来分析压力和速度对印刷效果的影响， 以获得较好印刷参数组合，接下来进行以压力和速度作为变 量因子（其它参数固定不变），采用高、中、低三个水平的两因子三水平（32）试验，试验参数设计如表2所示。同样对印刷结果进行目视检查没有发现桥连现象。从 每组印刷的高度、面积、体积的均值变化同样观察不出明 显的变化趋势和效果明显较好的结果。对收集到的数据进 行进一步分析，寻找在最优设置组合（见图6图8）。参考所用的印刷标准（30），由以上三组图可以 分析出适用的压力值和速度在图中绿色区域进行组合时，印刷效果可满足高度、面积、体积的要求。印刷频率试验通常情况下，每次印刷过程结束后都要进行擦板，定 期擦板能够使印刷效果得到改善。采用前面试验的结果， 考察擦拭频率对印刷结果的影响，确定最适合且经济可行 的擦拭频率。选用以上范围内的任意参数组合进行，印刷后采用 SE300检查印刷质量（主要是桥连、高度、体积等情况）， 发现从21块开始出现桥连现象，比较相同测试板上其它器 件的需要，0.4mm间距QFP器件在适当印刷参数设定下， 对擦拭频率并没有特殊要求。在确定好的擦拭频率下 (20-3=17) 重复印刷3组（每组 10块），用SE300检查桥连、高度，体积等参数，没有发 现明显不合格印刷现象。因此，我们所选的擦拭频率比较适合0.4mm间距QFP的印刷工艺。总结根据以上试验结果，我们可以得出以下几个结论：1、大尺寸0.4mm间距QFP在复杂通讯产品上的印刷虽 然具有一定的挑战性，但通过网板的设计改变，印刷参数的 适当设置，还是能找到足够匹配现有装配工艺的工艺窗口；2 、从选择的参数看，压力和速度的组合将影响印刷结 果，所以在调整其中一个参数时必须考虑同时对另一个参 数进行调整，这个结果也符合通常印刷过程参数调整的基 本思路； 3、大尺寸的0.4mm间距QFP器件对擦拭频率并没有特 殊要求； 4、印刷设备、印刷环境以及焊膏（尤其是焊膏随时间 而发生的特性变化）等条件的不同，得出的结果可能会有 一定的差异。本次工艺研究只