柔性线路板(FPC)焊盘设计及其对SMT制程的影响

1、柔性线路板(FPC焊盘设计及其对SMT制程的影响目前,柔性线路板(FPC的焊盘及表面阻焊膜(Solder Mask制造工艺有两种方法使用较为广泛。一种是采用聚酰亚胺薄膜(PI膜:Polyimide为材料,在对应焊盘位置进行激光切割,使对应位置的铜箔漏出来后进行表面处理(Surface Finish而成为焊盘;另外一种则是采用光致涂覆层(PIC: PhotoImageable Cover coat或称PSC:Photo Sensitive Coat,原材料有环氧树脂类,丙烯酸类和聚酰亚胺类,有干膜及液态两种状态。采用曝光显影的原理,使对应焊盘位置的PIC(或PSC涂覆层去除掉。无论是采用上述何种

2、方式,根据Solder Mask“开窗”的方式,FPC的焊盘无外乎两种。一种是SMD(Solder Mask Defined PAD,即:焊盘的大小和形状由Solder Mask决定;另外一种是NSMD(Non Solder Mask DefinedPAD,即:焊盘的大小和形状不由Solder Mask而由焊盘铜箔(Copper Foil自身决定。如下图所示: 从上图可以看出,对于NSMD类型的焊盘,Solder Mask开窗比焊盘本身的铜箔大;而对于SMD类型的焊盘,Solder Mask开窗比铜箔小,也就是说,有一部分被Solder Mask覆盖住。实验证明,NSMD类焊盘的焊接强度普遍较

3、SMD类焊盘低。主要原因为SMD 焊盘除铜箔与基材的粘接作用外,Solder Mask同时也起到了加强的作用。而NSMD类焊盘则主要依靠铜箔与基材的粘接作用。我们在作元器件的强度测试时,经常发现断裂面出现在铜箔与基材之间而非焊锡处。如下图所示: 而对于WCSP(Wafer Chip Scale Package封装及其它Fine pitch元器件而言,同样存在上述焊接强度的问题。为改善其焊接强度,提高可靠性,一般情况下需要增加Underfill(底部填充工艺。既然NSMD存在这样的问题,为什么还被广泛地采用呢? 答案很简单,因为SMD类焊盘的制作工艺难度较大,且精度要求非常高,大大增加了制造成本

4、。目前能达到的Solder Mask尺寸精度水平维持在±0.1mm,采用PIC(或PSC工艺后制造精度有所提高。但迫于成本的压力,NSMD越来越受到FPC制造商的青睐。下图为288PinBGA的局部焊盘图片,就表明了SMD类焊盘的致命弱点:由于Solder Mask“开窗”精度差,致使其将部分甚至大部分焊盘覆盖住,严重时导致SMT工艺无法进行。事实上,对于FPC制造商而言,采用NSMD类焊盘,他们降低了制作难度,提高了良品率。相反地,却增加了SMT工艺难度。特别是WCSP等Finepitch元器件,由于NSMD是将焊盘整体“开窗”,这样也会将线路曝露在外。由于线路与焊盘一样具备可焊性

5、,但线路与焊盘间距过小(小于0.1mm时,极易引起短路缺陷。见下图: 实际试作短路数据如下:其中,#4ball、#5ball、#7ball与线路短路总数36pcs,占总短路不良的81.8%。说明#6ball线路由于与相邻的ball间距过小是造成短路不良的直接原因。为解决WCSP短路不良的问题,可以从两方面着手:一方面,优化FPC电路设计,在保证功能正常的前提下将#6ball去除,这样就可以在很大程度上降低短路不良的发生。如下图所示:另一方面,通过SMT制程内进行改善,即:优化钢网开口设计,采用Offset-mask。Offset-mask指的是,通过钢网开口人为增加一定的Offset,使印刷后

6、锡膏与线路之间的间距增大,从而减少短路不良的发生。而对于Ball的两边都有线路的情况,则通过改变钢网开口形状进行改善。例如,将正方形的开口改为长方形开口,而开口面积不变(即锡膏量不变。当然,此时必须注意钢网开口的两个指标(宽厚比及面积比在合理的范围。如下图所示:从以上两种钢网开口设计的印刷、焊接效果对比可以看出,采用Offsetmask不会影响WCSP的焊接效果。另外,此种方式可以大大降低WCSP短路不良的发生。通过大批量生产数据,通过采取此种方式后短路不良在500ppm 以下。 为进一步验证改变个别WCSP开口形状(由正方行改为长方形是否对焊点形状和强度造成影响,我们作了微观切片分析,结果如下:通过微观切片观察,形状改变对锡膏量不存在影响。各焊点大小及形状一致性良好。作强度测试后的数据也充分说明了这一点。因此,对于Fine-pitch封装的元器件,若其FPC上的焊盘设计为NSMD型时,我们可以通过优化钢网开口设计来改善其短路缺陷,达到提高SMT制程良率的目的。 综上所述,柔性线路板(FPC上的焊盘设计可分为SMD及N