【《针对基层电路BGA焊点空洞的实验分析与优化概述》2500字】

针对基层电路BGA焊点空洞的实验分析与优化概述目录TOC\o"1-3"\h\u23362针对基层电路BGA焊点空洞的实验分析与优化概述 1116271.1锡膏回温次数验证实验 150581.2前处理Plasma、烘烤条件与炉温验证 226231.3多次回温验证与炉温曲线优化验证 3108641.3.1多次回温验证 3323371.3.2炉温曲线优化验证 4263691.4改变焊盘结构 4150821.1.1铜和锡银结构 493281.1.2铜和化镀镍金结构 5190811.1.3铜和镍、锡银结构 5145761.5重复性验证与优化策略 51.1锡膏回温次数验证实验锡膏是对于BGA印刷不可或缺的，关键性的。锡膏是由锡粉和助焊剂搅拌混合而成。一般来说，一瓶锡膏可作用于产品2-3次，对于重要的产品或者可靠性验证来说，最好是拿一次回温的锡膏进行作业。锡膏从冰箱里拿出来需要进行4小时的回温，但实际上只需2小时左右，整瓶锡膏即的温度即可回归到室温温度。二次回温指的是，锡膏在经历第一次作业后，将钢网上与刮刀上的锡膏进行回收后再放回冰箱保存，再拿出来进行第二次回温。以此类推，三次四次回温也是如此。因此，不同回温次数的锡膏，也是一个对BGA焊点空洞的影响因子，故进行锡膏回温次数对BGA焊点空洞的影响。以下为实验结果：表4-1为3片相同的wafer在3种不同回温次数的空洞扫描结果图4-1：一次回温X-RAY图4-2：二次回温X-RAY图4-3：三次回温X-RAY通过控制变量的方法，我们可以从结果得出结论：一次回温的锡膏对焊点空洞造成的影响最小，二次回温与三次回温相比一次回温的结果来看，略差，但并未对焊点空洞造成很大影响，接下来我们准备第二轮验证。1.2前处理Plasma、烘烤条件与炉温验证Plasma就是来料wafer未进行作业前，利用等离子体处理wafer表面脏污。烘烤也是在wafer未进行作业前，对wafer整体进行去水汽。回流则是在wafer进行BGA作业后，放入回流炉，使其锡膏中所混合的助焊剂成分挥发，并且让其中的锡粉成分与wafer表面焊盘进行焊接。炉温温区停留的时间也可能对焊点空洞造成影响。我们将对这三项可能会对焊点空洞造成影响的因子进行实验验证，即第二轮验证。表4-2为第二轮验证结果从该实验的结果分析：1、当烘烤条件相同、炉温设置相同时，如1#DC和2#DC。2#DC在前处理上做了优化，plasma强度变更为3倍强度，结果是平均空洞占比略比未进行前处理优化的1#DC大，而空洞面积占比大于10%的则是一样；2、当前处理条件相同、炉温设置相同时，如1#DC和4#DC。3#DC在烘烤上做了优化，相比于1#DC，烘烤时间增加了30分钟。结果是平均空洞占比未进行烘烤优化的1#DC大，空洞面积占比大于10%的则增大了2-3倍；3、当前处理条件相同、烘烤条件相同时，如4#DC和3#DC。3#DC在炉温曲线上做了优化，结果是平均空洞占比低于未进行炉温设置优化的4#DC，但空洞面积占比大于10%的是一样的；4、当烘烤和前处理同时优化后，对比1#DC和5#DC，平均空洞占比为经过双优化后的更好点，其中空洞面积占比大于10%的为0；5、当烘烤和炉温曲线同时优化后，对比1#DC和3#DC，平均空洞占比为经过双优化后的更好点，但空洞面积占比大于10%的却增加了2-3倍；小结：增强plasma强度、增加烘烤时间与炉温温区停留时间对空洞无明显改善。1.3多次回温验证与炉温曲线优化验证1.3.1多次回温验证我们选取了同一批wafer在进行印刷回流后，通过X-RAY扫描，wafer的9个区域36个点，空洞面积占比大于10%的有1个和0个进行对照实验。一次回流后：图4-4：1#DC与5#DC空洞mapping图(空洞面积≥10%的分别为1个和0个，单个点空洞面积占比在0-5%时为绿色，5-10%时为红色)多次回流焊接后：图4-5：1#DC与5#DC空洞mapping图小结：1#DC3次回流后空洞≥10%8个，5#DC3次回流后空洞≥10%28个,多次回流焊接后，空洞体积膨胀增大，超过10%占比1#DC：2.8%→22.2%；5#DC：0%→77.8%。焊点空洞会随着回流次数的增加而恶化。1.3.2炉温曲线优化验证炉温曲线是回流炉的一个重要工艺参数。回流炉一般是有5个加热温区和一个冷却区，这5个加热温区的温度都不一样。当wafer经过印刷后，通过这五个温区实现将锡膏和wafer表面焊盘焊接，这五个温区对wafer进行作用时，锡膏中的助焊剂蒸发，其中的锡粉颗粒会渐渐与焊盘焊接。炉温曲线的设置对于焊接起到了关键性的作用。以下是设置炉温曲线优化组进行实验的结果表4-3为实验结果小结：对比3#DC和4#DC的结果，无论是首次扫描还是重复扫描，结果都是经过炉温曲线优化的结果更优。最优条件组客户批次重复性验证后，空洞较DC组更为严重，工艺能力较为不稳定。1.4改变焊盘结构1.1.1铜和锡银结构更改焊盘结构为Cu和SnAg结构后，验证空洞结果为：图4-6电镀铜＋锡银组空洞均值1.17最大值19.5＞10%占比3.5%1.1.2铜和化镀镍金结构更改焊盘结构为Cu和化镀镍金结构后，验证空洞结果为：图4-7化镀镍金组空洞均值5.99最大值19.2＞10%占比8.3%1.1.3铜和镍、锡银结构更改焊盘结构为Cu和Ni、SnAg结构后，验证空洞结果为：图4-8电镀铜&镍&锡银组空洞均值0.2最大值6.8＞10%占比0%小结：经过三种不同的焊盘结构更改，发现铜镍锡银结构的焊盘对空洞有明显改善，故将对铜镍锡银结构进一步验证。1.5重复性验证与优化策略DC片厂内baseline作业，1#DC和2#DC进行五次回流：表4-4为实验结果小结：2pcs厂内DC首次、二次、五次回流后大部分点位空洞面积为0%，仅五次回流后一点为10.8%（共检查1600个锡球，发现1个锡球空洞超10%，异常占比约625ppm，异常比例较低）。客户DC厂内baseline作业，11#DC和12#DC进行五次回流：表4-5为实验结果小结：2pcs客户DC首次、二次、五次回流后大部分点位空洞面积为0%，仅二次回流后一点位空洞面积为11.9%。（共检查1600个锡球，发现1个空洞超10%，异常占比约625ppm，异常比例较低）。总结：1、更改焊盘结构：电镀铜+镍+锡银，对孔洞有明显改善，优化后可达到首次回流整面大部分锡球无空洞，无超10%空洞；2、厂内DC&客户DC多次回流后整面Wafer大部分锡球无空洞，仅存在个别空洞面积超10%；3、厂内DC&客户DC：首次回流无空洞的锡球，多次回流后空洞无恶化；首次回流存在空洞的锡球；多次回流后空洞恶化。总结：锡膏回温次数对焊点空洞有一定的影响，但影响不大；前处理Plasma和烘烤条件对焊点空洞几乎无影响；多次的回流焊接和炉温曲线对焊点空洞有一定的影响；改变焊盘结构对焊点空洞影响较大。对策：经过对锡膏回温次数的验证、前处理Plasma、烘烤条件与炉温验证、多次回温验证与