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電子元件及電路組裝技術(shù)介紹(二)

作者: 時(shí)間:2013-12-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1. 漏板設(shè)計(jì)和印刷

  在先進(jìn)組裝技術(shù)中,焊膏是廣泛采用的主要焊接材料,焊膏沉積采用漏板印刷技術(shù)。在漏板印刷工藝中,刮板葉片將焊膏推入漏板開孔轉(zhuǎn)移到電路板上,影響焊膏印刷性能的四個(gè)因素是:(1)漏板開孔尺寸,決定了印刷膏的量;(2)焊膏脫模,在特定焊膏情況下,開孔壁和幾何形狀和光潔度影響焊膏脫模;(3)開孔的縱橫比和面積比,開孔的寬度和長度之比,開口面積和開孔壁面積之比;通常設(shè)計(jì)規(guī)則是縱橫31.5,面積0.66;但是對于光滑的錐形開孔壁,這兩個(gè)比分別為1和0.44就能獲得良好的焊膏脫模。在設(shè)計(jì)漏板厚度時(shí),這個(gè)兩個(gè)比率就是重要的設(shè)計(jì)規(guī)則。當(dāng)開孔長度大于其寬度的5倍時(shí),縱橫比是主要設(shè)計(jì)規(guī)則(QFP時(shí)),當(dāng)開孔長度等于寬度時(shí),面積比是更精確的設(shè)計(jì)規(guī)則(采用球柵陣列焊盤時(shí))。(4)焊膏印刷精度,當(dāng)在電路板上印刷焊膏時(shí),電路板上的焊盤圖形和漏板上的開孔在尺寸和位置上必須完全相符,漏印的焊膏立方塊必須無變形。 BGA、CSP和FCOB的板級組裝極用共晶焊料合金,BGA采用普通SMT用焊膏就可以滿足要求,但對于CSP和FCOB I/O端子比通SMT封裝提供的焊接面積小,所以要求漏板開口更小,必須采用小于40um,顆粒尺寸的精細(xì)焊膏。它們的漏板設(shè)計(jì)和制造要求與窄間距器件一樣嚴(yán)格.BGA、CSP和倒裝片組裝的漏板一般要求采用激光或電鑄成型工藝,而后進(jìn)行電拋光,雖然制造成本高,但一致性超過化學(xué)蝕刻漏板;有時(shí)還要求渡鎳,并采用錐形開孔,以便提高孔壁光潔度,有利于焊膏脫模,漏板開口尺寸,一般比電路板上的焊盤尺寸略小為宜,開口以略微增加印刷的焊膏量。

  漏板厚度是漏板設(shè)計(jì)的主要指標(biāo),對于BGA要求采用的漏板厚度為0.13-0.15mm,CSP用的漏板厚度是0.10-0.13mm。由于漏板較薄,印刷時(shí)要防止從開孔中掏出焊膏。組裝BGA和CSP時(shí),通常都按1對1的比例印刷;但對于CSP,實(shí)際印刷要比凸起尺寸大0.05-0.076mm,使再流焊后器件支撐高度略高些,以提高熱適應(yīng)性,并可繼續(xù)選用三類焊料粉末。對于采用0.3mm直徑凸起的CSP推薦采用0.3-0.6mmr 矩形開孔。0.36mm的開口是采用三類焊料粉末最小可能的開口尺寸,以便進(jìn)行一致性和重復(fù)性好的印刷。如果印刷0.25mm的矩形或圓形開孔將要求采用IV 類焊料粉末。

  為了適應(yīng)電子產(chǎn)品的輕薄小型化、高密度、多功能和高可靠性的要求,混合組裝技術(shù)仍然是21世紀(jì)初發(fā)展的趨勢之一。不僅通孔器件和SMD混合組裝,而且隨著以倒裝片為核心的直接能組裝技術(shù)的推廣應(yīng)用,將會出現(xiàn)通孔元器件、SMD或倒裝片在同一電路板上的組裝,這就是對漏板設(shè)計(jì)和印刷提出了新的挑戰(zhàn)。有不同的組裝工藝完成混合電路組件的組裝,其中采用再流焊接技術(shù)是比較理想的工藝方法,以便充分發(fā)揮SMT生產(chǎn)線的作用,降低成本,提高生產(chǎn)率,有幾種漏板設(shè)計(jì)和印刷方法可供選擇,其中比較理想的是雙漏板印刷。

  先進(jìn)的封裝對焊膏的印刷精度要求比普通SMT更加嚴(yán)格,所以應(yīng)該采用視覺系統(tǒng)的高精度印刷機(jī)完成焊膏的印刷作業(yè)。這類印刷也有高檔和中檔之別,要根據(jù)用戶的需要和可能選購。印刷作業(yè)開始,首先要完成漏板和電路板的對準(zhǔn),借助視覺系統(tǒng)可以很方便地實(shí)現(xiàn)漏板開孔和電路板上焊盤圖形的精確對準(zhǔn)。高級對準(zhǔn)系統(tǒng)具有全集成圖像識別處理功能,可以實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的圖像對準(zhǔn),確保高質(zhì)量的焊膏印刷和高和生產(chǎn)效率。印刷和第二個(gè)問題是根據(jù)電路板類型、刮板類型和所用焊膏設(shè)定印刷高度、刮板壓力和角度、印刷還度等印刷參數(shù);另外環(huán)境溫度和相對濕度也是重要的印刷參數(shù);先進(jìn)封裝對印刷參數(shù)偏差要求嚴(yán)格,必須借助印刷機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確而嚴(yán)格控制。更高檔的印刷機(jī)上還裝有2D和3D激光檢測系統(tǒng),檢查印刷質(zhì)量,滿足了先進(jìn)封裝對印刷精度的要求。

  2. 貼裝技術(shù)

  盡管陣列封裝顯著地使用貼裝位置規(guī)范限制加寬,但是由于這類封裝的I/O端子在封裝體下面呈陣列分布,所以精確貼裝這類器件最先決條件是檢查焊料球的存在與否和間距,檢查焊料球形狀態(tài)。這就要求貼片機(jī)的視覺系統(tǒng)能根據(jù)球的形狀質(zhì)量因數(shù)和建立焊料球畸變認(rèn)可等級實(shí)現(xiàn)這種功能。。二維寬度和形狀質(zhì)量因素測試是檢查整個(gè)球體積和畸變的可靠方法,所以,貼裝機(jī)的視覺系統(tǒng)應(yīng)具有合適和分辨率,以便搜集和形成最佳影響;為此就必須采用合適的外部照明和遠(yuǎn)心焦蘭光學(xué)系統(tǒng),并通過大深度聚焦提供恒定放大倍數(shù),以便確定球的存在和精確尺寸;采用LED(發(fā)光二極管)提供最佳照明條件,特別需要輪廓對中的背照明和合理選用明視場和前照明,前照明應(yīng)采用三個(gè)可編程光源給每封裝形式提供特殊的理想照明,以便在焊球結(jié)構(gòu)和背影環(huán)境之間形成適當(dāng)反差,提供精確對中的光學(xué)條件。視場應(yīng)適合觀察物的特微和位誤差要求,以便能確定良好的、有缺陷的損壞的焊料球之間的差別。處理全部先進(jìn)封裝的高性能貼裝機(jī)必須擁有兩臺元器件攝像機(jī)(一臺標(biāo)準(zhǔn)型和一臺倒裝片用攝像機(jī))。BGA器件的精確定可以根據(jù)每個(gè)角落的5個(gè)球發(fā)現(xiàn)球柵的整體位置和取向,并根據(jù)BGA樹檢索算法和采用模板比較算法確定的位置;然后借助于灰度級機(jī)器視覺系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制最后實(shí)現(xiàn)BGA的精確對準(zhǔn)和貼裝。另外還可以在PCB上設(shè)置器件局部基準(zhǔn)標(biāo)記,以便提高貼裝精度。BGA的貼裝誤差主要來自接觸表面的非共面性,所以在貼裝操作期間必須建立和維持接觸表面的共面性,采用自動準(zhǔn)直儀,使貼裝機(jī)的運(yùn)動保持共面性。

  CSP雖然是更加小型化的封裝,但比BGA更平,所以更容易進(jìn)行精確貼裝。與BGA一樣可采用上述方法檢查球的存在與否,間距和變形狀態(tài),但無需采用灰度級視覺系統(tǒng),僅需采用二進(jìn)制攝像機(jī)就可以進(jìn)行觀察和對準(zhǔn),所以可以比貼裝QFP和BGA更高的速度貼裝CSP。

  先進(jìn)封裝技術(shù)的推廣應(yīng)用,要求貼裝機(jī)能適應(yīng)IC芯片的精度要求,特別是倒裝倒片貼裝,可重復(fù)精度小于4um,采用高穩(wěn)定高分辯率的定位系

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