05mm间距CSPBGA器件无铅焊接工艺

1、05mm间距CSPBGA器件无铅焊接工艺技术研究2012-07-13#刪#2012-07-13#栩012-07-13#0.5 mm间距CSP/BGA器件无铅焊接工艺技术研究孙国淸李承虎(中国电子科技集团公司第三十八研究所.安徽合肥摘 要 芯片级封装器件因其小尺寸低阻抗、低噪声等优点广泛应用于电子信息系统中， 从器件封装 '印制板焊盘设计焊冒印刷.贴装以及回流焊接等方面探讨了 0.5 mm间匪 CSP/BGA器件无沿焊接工艺技术，XL2=1 十-LI. E 4U. i . -T- hn . r*rt 口,1 . HI L 3-. RZ1 g IF1 讣中图 分类号文献标识码E文章编号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印制板组件的髙密度化、髙可靠性以及无 铅化发展趋势其对元器件封装尺寸性能以及组装 工艺要求愈加苛刻。CSP/BGA器件因其小尺寸低阻抗低噪声 等优点越来越广泛应用于电子信息系统产 品中。但同时CSP/BGA器件在无铅组装工艺 有着较大的难度系数幵展其焊接工艺研究显 比较迫切。1 封1.1定义CSP是chip size package的英文缩写即芯片 级尺寸封装。它是指芯片的面积与封装体面积 比大于80%通俗的说芯片的边长比封装体的边长小仅仅1 mm左右。CSP/BGA就是具有芯片级 尺寸封装的器件。12结构CSP/BGA器件应用较多的主要有两种结构 形式即引线键合和倒装键合见图HZ焊盘设讨0

5、.5mm间距CSP/BGA器件，其焊球直径为0.3mmo(1) 应为每个焊球采用单独焊盘焊盘尺寸直 径设计为0.3 mmj可距与焊球一致，为0.5 mm； 焊盘上不可设宜过孔。(2) 布线时焊盘可直接走线或通过过孔走线， 过孔应位于周边4个焊盘的中间位程。CSP/BGA封 装体之下的所有过孔均用阻焊膜覆盖。(3) 应用NSMD(阻焊层围绕铜箔焊盘幷留有 间隙)的阻焊方式。J 焊膏印刷要保证焊膏至少75%的释放率焊膏的选择、 网板设计印刷工艺参数设置等异常关键。3.1选择焊膏应选择适合细间距器件印刷的无铅焊膏 颗粒直径在20'45 pm之间。对无铅焊膏的选 择应(1) 熔点。焊膏合金共晶

6、温度不能太髙根据 元器件耐受温度以及回流d金值温度，一般选择 在210、220 °C较为合适;(2) 无毒。无铅焊膏材料符合ROHS规范不 含有毒物质：(3) 可靠性。焊接后焊点要有足够的机械强 度和良好的导电率：(4) 成本。焊膏成本要低应用广泛。我们优选熔点在217 °C左右的锡-银-铜K 4 TSr3.2设计网板3.2.1网板加工制作CSP/BGA器件网板开孔尺寸很小，要保证 焊膏有效地从网板孔内释放，网板制作方法选 择至 关重要。现矗段网板加工制作方法主要有：化学腐 蚀 法激光切割法以及电铸法。结合使用丝网印 刷机特点以及加工成本考虑，我们优选激光切 割外加孔壁抛光

7、制作工艺方法。3.2.2网板厚度及开孔形状、尺寸设计网板厚度开孔设计直接影响焊膏释放率。桂 比有铅焊膏，对于无铅焊膏释放率下降幅度可 达10%' 15%oIPC7525标准要求焊膏印刷时网板开口尺 寸满足如下要求：孔径比即W/T 1.5；开口面积/开口四周孔壁而积比0.66对 于圆形孔而积比公式为D/4T対于矩形孔而积 比公式为 LW/2(L + W)T式中L为开口长度W为开口宽度丁为网 板厚度D为圆形开口直径。根据以上要求，初步设计几种网板开口尺3.3印刷工艺参数设鱼W2011#2012-07-13#影响焊膏印刷质量的参数主要有：刮刀角度. 刮刀类型印刷速度印刷压力脱模速度脱模距代号

8、/mm/mm%积是否满 足要求A10.12圆形直 径0.3/0.625面积比0.66不满足 要求A20.12方形龙 长0.32.50.625血积比0.66不满足 要求A30.12方形血 长 0.282.330.58而积比0.66,不满 足要求A40.1圆形、直 径0.30.75面积比0.66足要 求A50.1方形、边长0.330.75孔径比积比0.66满足要求A60.1方形、边长 0.282.80.7孔径比1.5：ffi积比 0.66满足要求表2 印刷试验代左/mm/mm焊盘上焊膏状况是否满 足要求A40.1圆形宜K0.3无焊膏溢出焊盘焊扭上有90%面积覆盖有 焊膏但脱模效果差不满足要求A50

9、.1方形Ji 长0.3有少量焊膏溢出焊盘不满足要求A60.1方形、边 长 0.28无焊膏溢出焊盘焊盘 上有90%而积覆盖有 焊膏脱模效果好满足婆求离等。前刀角度:刮刀角度一般在45、75 （ o）间。 据有关试验验证，为了保证印刷过程中焊膏有较 好的滚动性和填充性刮刀角度选择在60 o。刮刀类型选择不锈钢刮刀刮刀与网板接触 而应无变形扭曲刮刀长度应选择比印刷图形长 度长20 mm左右。印刷速度：印刷速度设泄必须保证焊膏在 移动过程中处于滚动状态l般印刷速度低焊 膏填充性好。对于0.5mm间距器件厂般印刷速度为 10'20 mm/So印刷压力印刷压力不可过大否则印刷过程 中刮刀与网板之间

10、压力变大，刮刀印刷部位产 生变形,导致刮刀印刷部位与网板之间产生间隙印 刷后网板上会残留焊膏。脱模速度脱模距离采用全自动丝网印刷机 时脱模速度脫模距离是影响印制板印刷完焊膏 下降过程中的两个关键因素歩卩制板下降过程中， 由于焊膏与网板之间的附着力，网板会产生一左 的变形如果脱模速度过快脱模距离短网板会 快 速3.4网板最终选择对0.1 mm厚度的A4A5A6三种代号网板3.5印刷工艺选择0.5 mm间距CSP/BGA器件使用丝网印刷 机进行无铅焊膏印刷时应采取如下措施：（1）选择熔点在217 °C左右的锡-银-铜 系焊膏。焊膏颗粒直径在20、45 pm之间。（2）网板设计。网板钢片采

11、用0.1mm厚度，开 孔应设计成边长0.28 mm方形口，为保证焊膏 平滑漏印，开口四周拐角应进行 0.06mm的倒圆 角且开口孔壁进行抛光工艺处理。（3）幺幺网印刷机设置。刮刀角度选择在60 （巳印刷速度为10、20 mm/s脱模速度设左在4贴装工艺4.1预处理工艺由于采用的CSP/BGA芯片为塑封封装极易 吸潮。为防止芯片在回流焊接过程中产生鼓泡裂 纹等不良现象貼片前应在真空干燥箱内125°C 下至少烘烤6 h°4.2贴片工艺设垃贴片的目的就是将CSP/BGA芯片准确地 放置在印好焊膏的印制板指泄位宜上。这里涉 及到 定义器件的封装贴片机吸嘴的选择照相机的选 择供料器装

12、置设巻以及印制板上基准点泄义、安要的频率数值来设计压电换能器和聚能器冋时， 由于声负载阻抗的变化，将会带来换能器谐振频 率的变化，故又要使换能器工作在一左的频率范 I詞该问题已通过前面介绍的频率自动跟踪解决：振幅根据工艺要求，合理设计聚能器，使 振幅放大到工艺要求；（3）振动模式适当选择压电晶片和聚能器的外 形尺寸使其远离径向振动模式的谐振频率从而 消除或抑制寄生的径向振动；（4）换能器的安装所有的聚能器都存在着一个波截而在波乃而处可用其他装置运用适当的力矩 对整个换能器进行固左，从而减小振动能量的 损 耗。所用的力矩不可过大否则会导致聚能器截 而的变形从而降低整个超声系统的性能。参考文献1林

13、书玉.超声换能器的原理及设计側北京科学 岀版社2004.（上接第27页I装CSP/BGA位置中心坐标定义等等。CSP/BGA器件安装在印制板上时必须保 证焊球在Z轴方向能与焊膏充分接触xy方 向中心偏离焊盘不大于焊球直径的25%0 微结构提升焊点机械性能增强焊点的可靠性。CSP/BGA器件经回流焊接后需经X-RA 检测应无桥接、焊料球丢失、开路拎焊錫珠 空洞（空洞不大于焊点体积的15%）以及错位 等不良缺陷。0.5 m m间距CSP/BGA器件装焊难度较 大，装焊过程中器件预处理焊膏印刷贴片回流焊 接等环节必须建立有效的控制手段，才能保证参考文献：1 GJB 4907-2003.球冊数组封装器

14、件组装通用要求S.2 宋好强戎孔亮05 mm间距CSP焊接1：艺研究J 电子匸艺技术200324（3>103-108.史建卫何鹏隸 乙余卓和平舛膏印刷技术及无铅化对其的影响学93&吴兆华周德俭表血组装技术M.北京国 紡工业出版社2002.电作者简介：孙国湖979朗工程师巾国电子科技团公司第 三 十八研究所部件装调分厂主任长期从事电子装联技术 及管理方而的匸作。李承加979朗工程师左要从爭电子装联丄艺 研 究。C回流焊接工b根据焊膏特性我们选择保温型温度曲线整 个回流时间控制在4min左右。回流前应先确肚回流速度（回流速度=加热 区长度/回流时间）再调整预热区保温区回流 区以及冷却区的参数设置。预热区：目的是将印刷线路板的温度从室温 提升到锡膏内助焊剂发挥作用所需的活性温 度，温度升得不可太快。升温速率控制在1' 3°C/SO保温区：目的是使印刷线路板上各个区域 的元器件温度相同减少他们的相对温差并使 锡膏 内部的助焊剂充分地发挥作用，去除元器件焊 端 和焊盘表而的氧化物从而提高焊接质量。温度控制在160 ' 190 °C之间升温速率控制 在1 '2°C/S时间控制在 45S ' 90 S间。回流区：目的是使焊点温度提升到锡膏的熔 点温度以上并