PCBニュース - SMT産業におけるボール植栽技術の応用

バンピング技術は半導体産業で広く使用されており、より多くの専門的なウェハ製造業者は、従来の電気メッキはんだ付けまたは高精度半田ペースト印刷プロセスに代わるために使用する。ダイレクトボール移植は、二次組立のための柔軟で、高速で、正確で低コストの解決策を提供するので、大きなEMS会社は徐々にこの分野に入りました。

OEM顧客はデバイス製造の新しいコンセプトを受け入れた, それで, デバイスは、EMSの企業で製造することができ、最終的な製品のアセンブリで直接使用することができます. これを行うことの利点は、より高い率を返す, 製品の配送時間を短縮する, 中小バッチの要件を満たす, より重要なことはコストを削減. このような状況で, それはますます必要になっている SMT ボール注入技術を適用する産業, そして、彼らがウエハレベルとチップレベル・パッケージング技術をマスターしたならば、EMS会社はOEM顧客の必要条件に応えることができるだけです.

本稿は，回路基板に適用されるボール植栽技術を中心に紹介する.

Introduction to the process

The whole process includes four steps: applying flux, 植樹球s (ball printing), 検査及び再加工, リフローはんだ付け.

ボール植栽は2台のオンラインプリンタを必要とする, and the other is for planting balls (using a special planting printing head). 両方の印刷プレスは、いつでも、電子アセンブリのための通常の印刷プレスに切り替えることができます. 加えて, 炉がより少ないボールのような品質問題を効果的に避ける前に、ボールを再加工するのに用いられる安価な装置.

ステップ1：コーティングフラックスコーティングペーストフラックスは、ボール植栽工程のステップである, ボールの位置決めを維持し、リフローはんだ付けで良好な形状を形成することは重要なステップである. ペースト状フラックスの印刷には特別に設計されたスクリーンを用いる. スクリーンのオープニングは、プリント回路基板のパッドの大きさおよびハンダ・ボールの大きさに基づいて決定される.

印刷フラックスのステップで, 2種類のスキージを同時に使用する. The front squeegee is a rubber squeegee (イチジクure 2) and the rear squeegee is a metal vertical squeegee.垂直スキージは、最初にスクリーンの上に均一にフラックスの薄い層をコートする, それから、ゴムスキージは、回路基板パッドにフラックスを印刷する. このプロセス設計の利点は、回路基板のパッド上に平坦で均一なフラックス層を提供することである, 一方、画面を濡らして乾いていない, 穴を塞ぐことから効果的にフラックスを防ぐ.

DOEはフラックス印刷の最良パラメータを決定するために使用される.

アフタープリント, 顕微鏡でパッド上のフラックスのカバレッジを観察し計算する, とDOEの結果を計算する. 表2は実際のフラックス印刷のDOEマトリックスデータである.

フラックス被覆率はDOE実験の結果を反映する. 一つはフラックス印刷欠陥の一例である, 印刷ミスアライメントを含むこと, 過剰越流, 低体積.

種々の因子と架橋反応の主要関係の影響図の解析から, 印刷速度, 印刷圧力, スキージ角と印刷ギャップはフラックス印刷結果に大きな影響を及ぼす, そして、様々な要因の間の架橋は、同じ関節反応のために行く.

パラメータ行列最適化解析に基づいて, 最適化されたパラメータ設定を得ることができます, 表3に示すように.

このDOE実験で, 最適化された印刷パラメータ設定を得ることができますもちろん, 別の機器の違いがあるだろう. 製造工程上, ステンシルは傷つきやすい, だから、慎重に処理し、移動する必要があります. フラックス印刷の過程で, 固体の塵または他の異物は、スクリーンのオープニングを容易にブロックすることができる, 空気銃で掃除できるだけのもの. スクリーンをきれいにするために、イソプロピルアルコールまたはアルコールのような掃除剤は、使うことができません, それは、スクリーンの上にポリマー材料を溶解して、破壊するので. 通常, 生産終了後, 純水を湿らせた無垢の布で拭き、空気銃で乾かす.

フラックスプリント終了後, 行方不明の印刷のために顕微鏡の下でチェックする必要がある, 不十分な量またはずれ. 通常、フラックスは透明です, 視覚検査による欠陥検出は困難である. 目視検査を容易にする, フラックスの色を合理的に変える必要がある.

Step 2: Plant the ball

In the ball planting stage, 特別に設計されたテンプレートも必要です. テンプレートのオープニング設計は、また、半田ボールの実際の大きさおよび回路ボード・パッドのサイズに基づいている. つは、テンプレートとはんだボールを汚染することからフラックスを防ぐことであるもう一つは、はんだボールをスムーズに開くテンプレートを通過させる方法です.

テンプレート構造は2つの層を持っています, これは、レーザーまたは化学的にエッチングされたテンプレートより滑らかな穴壁を有する, ハンダボールがスムーズに通過できるように；第2の層は、テンプレート層の底部に緊密に接着されるわずかに可撓性の隔離である.つの複合層は、はんだボールの直径とほぼ同じ厚さを有する, これにより、ペースト状フラックスが電鋳鋳型を汚染するのを防止する, そして、同時に、はんだボールがパッドにテンプレートを通過して、フラックスによって動かされるのを許します.

特別に設計されたボール植設ヘッドは、各々のハンダ・ボールおよびテンプレート間の摩擦を低くすることができる, and apply a controllable placement force to put the solder ball into each opening (the solder ball is through capillary action and The influence of gravity is distributed to each opening). このステップで, はんだボール転送装置は極めて重要である, 半田ボール印刷のためのパラメータ定義を表4に示す.

たまに, 印刷プロセス中にハンダボールプラグが発生する, これは、細かい埃や繊維で開口部のプラグが原因です. どのはんだボールが破損するかを決定するのは難しいので, 印刷されるすべてのはんだボールを廃棄する必要がある, したがって、半田ボールの除去率は比較的高い.

このステップで, テンプレートを削除する必要はありません. IPAまたはアルコールクリーナーは、テンプレートを拭くために使用することはできません, 有機クリーナーがテンプレートの2つの層の間の接着を破壊するので. 目詰まりなら, あなたはそれをきれいに空気銃を使用することができます.

Step 3: Inspection and rework

AOI (Automatic Optical Inspection) equipment is used for online inspection after ball planting. The main defects are usually fewer balls and misalignment (see Figure 9). 検査の後, より少ないボールによる回路基板は、オフラインの半自動ボール充填装置で再加工される必要があります;ミスアライメント不良, 回路基板の洗浄と再印刷は唯一の方法である.

オフラインセミオートボール充填装置は、いくつかのボールの再植栽のために特別に設計されている. 少数のボールの配置は、正確な像拡大システムの使用を必要とする. ファースト, ボールを欠いてパッドにペーストフラックスを適用するために操作アームを使用してください, それから、もう一つのオペレーターアームは、パッドの上にボールを塗ります. パッドの上のフラックスがすでに十分であるならば, プログラムを書くとき、フラックスを加えるステップは省略できます. 間質空気圧力制御はフラックスコーティングとボール充填を完全にする鍵である. ボール充填装置の構造を示す.

オフラインボール充填装置は非常に重要です, そして、回路基板上の他の正確に配置された半田ボールに影響を及ぼすべきではない. 再工事後, 回路基板は、欠陥がないことを確実にするためにリフローはんだ付けの前にAOI装置で再検査される必要がある.

Step 4: Reflow soldering

The リフローはんだ付けプロセス of ball planting is the same as the ordinary SMT reflow soldering process. 無鉛製品, 一般的に使用されるはんだ合金はSAC 105である, これは、使用される鉛フリーはんだペーストよりわずかに高い融点を有する 回路基板(usually 2 to 3°C higher) to prevent defects from being caused again in the secondary reflow. もちろん, これは顧客のプロセス規制にも依存する. Fig. 図11は、ボール植栽のリフローはんだ付けのグラフである.

リフローはんだ付け後はAOI検査が必要. このステップで, 製品が実際にBGAタイプであることを考える, 不足しているボールまたはミスアライメントがあるならば, 回路基板は廃棄される, 修理のどんな方法が次のアセンブリプロセスでコンポーネント故障を引き起こすかもしれないので.

summary

This research on the ball planting process is to find the standard process of coating flux, planting ball, EMS社の生産の展望からの再加工とリフローはんだ付け. 研究の要点はフラックスコーティングパラメータの設定である, ボール配置テンプレートと欠けたはんだボールの再加工. ペーストフラックス印刷後の検査において十分な検出性がないという問題もあったしたがって, 印刷後の検査効果に有益なさらなる研究を求めるためには、フラックス供給業者と協力する必要がある.

以上が、ボールプランニング技術の応用例である SMT工業.