PCB新聞 - 植球科技在SMT行業中的應用

凸點科技已廣泛應用於半導體行業，越來越多的專業晶圓製造商使用它來取代傳統的電鍍釺焊或高精度錫膏印刷工藝。 由於直接球植入為二次裝配提供了靈活、快速、準確和低成本的解決方案，大型EMS公司已逐漸進入該領域。

OEM客戶已經接受了設備製造的新概念, 那就是, 設備可以在EMS公司製造，並直接用於最終產品的組裝. 這樣做的好處是：它提供了更高的回報率, 縮短產品交付時間, 滿足中小批量的要求, 更重要的是降低了成本. 在這種情況下, 這對於 表面貼裝 行業將應用滾珠植入科技, EMS公司只有掌握了晶圓級和晶片級封裝技術，才能滿足OEM客戶的要求.

本文主要介紹了植球科技在電路板上的應用.

Introduction to the process

The whole process includes four steps: applying flux, 種植球s (ball printing), 檢查和返工, 和回流焊.

球類種植需要兩臺線上打印機：一臺是普通的絲網印刷機，用於塗抹糊劑, and the other is for planting balls (using a special planting printing head). 兩臺印刷機可隨時切換到普通印刷機進行電子組裝. 此外, 用於在爐前對鋼球進行返工的低成本設備可以有效避免鋼球較少等品質問題.

第1步：塗覆助焊劑塗覆糊狀助焊劑是鋼球種植過程的一個步驟, 在回流焊中保持焊球的位置並形成良好的形狀是一個關鍵步驟. 專業設計的絲網用於糊狀助焊劑的印刷. 荧幕的開口取決於印刷電路板焊盤的尺寸和焊球的尺寸.

在印刷膏助焊劑的步驟中, 同時使用兩種類型的刮刀. The front squeegee is a rubber squeegee (無花果ure 2) and the rear squeegee is a metal vertical squeegee.垂直刮刀首先在荧幕上均勻地塗上一層薄薄的助焊劑, 然後橡膠刮刀在電路板墊上列印焊劑. 這種工藝設計的優點是在電路板的焊盤上提供平坦均勻的磁通層, 同時保持荧幕濕潤而不乾燥, 有效防止焊劑堵塞孔.

DOE用於確定助焊劑印刷的最佳參數.

列印後, 用顯微鏡觀察並計算焊盤上焊劑的覆蓋率, 並計算出DOE的結果. 錶2是實際助焊劑印刷的DOE矩陣數據.

通量覆蓋率反映了DOE實驗的結果. 一個是焊劑印刷缺陷的例子, 包括列印錯位, 溢流過多, 和低容量.

從影響圖分析了各種因素與交聯反應之間的主要關係, 列印速度, 列印壓力, 刮刀角度和印刷間隙對助焊劑印刷效果有重要影響, 各種因素之間的交聯同樣適用於聯合反應.

基於參數矩陣優化分析, 可以獲得優化的參數設置, 如錶3所示.

在這個DOE實驗中, 可以獲得優化的列印參數設置； 當然, 不同的設備會有一定的差异. 在生產過程中, 模具容易損壞, 囙此需要小心處理和移動. 在助焊劑印刷過程中, 固體灰塵或其他异物很容易堵塞濾網的開口, 只能用氣槍清洗. 异丙醇或酒精等清潔劑不能用於清潔濾網, 因為它會溶解並破壞荧幕上的聚合物資料. 通常, 生產結束後, 用蘸有去離子水的無塵布擦拭，然後用氣槍吹幹.

助焊劑印刷完成後, 有必要在顯微鏡下檢查是否漏印, 數量不足或錯位. 通常焊劑是透明的, 通過目視檢查很難發現缺陷. 便於目視檢查, 合理改變助焊劑的顏色是必要的.

Step 2: Plant the ball

In the ball planting stage, 還需要專業設計的範本. 範本的開口設計也基於錫球的實際尺寸和電路板焊盤的尺寸. 這基於兩個考慮：一是防止助焊劑污染範本和焊球； 二是如何使焊球順利地通過範本打開.

範本結構有兩層：主體是電鑄範本, 其孔壁比雷射或化學蝕刻範本更平滑, 使焊球能够順利通過； 第二層是略微靈活的隔離層，緊密結合在範本層的底部.這兩個複合層的厚度幾乎與焊球的直徑相同, 防止焊膏焊劑污染電鑄範本, 同時允許焊球穿過範本到達焊盤並被助焊劑粘住.

特別設計的植球打印頭可以使每個焊球與範本之間的摩擦力達到較低, 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). 在此步驟中, 錫球轉移設備至關重要, 錫球印刷的參數定義如錶4所示.

偶爾地, 印刷過程中發生錫球堵塞, 這是由細粉塵或纖維堵塞開口引起的. 因為很難確定哪個焊球受損, 有必要將所有要列印的錫球報廢, 囙此，錫球拒收率相對較高.

在此步驟中, 範本不需要清洗. IPA或酒精清潔劑不能用於擦拭範本, 因為有機清潔劑會破壞範本兩層之間的粘附力. 如果發生堵塞, 你可以用氣槍來清潔它.

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). 檢查後, 球數較少的電路板需要使用離線半自動充球設備進行返工； 對於錯位缺陷, 清潔電路板並重新列印是唯一的方法.

離線半自動填球設備是專業為少數球的再植而設計的. 放置幾個球需要使用精確的影像放大系統. 第一, 使用操作臂將糊狀焊劑塗抹在缺失的球墊上, 然後用另一個操作臂將球充滿墊子上. 如果焊盤上的磁通量已經足够, 在編寫程式時，可以省略施加助焊劑的步驟. 間隙空氣壓力控制是完成焊劑塗層和鋼球填充的關鍵. 圖10顯示了鋼球填充裝置的結構.

離線充球設備非常重要, 並且不應影響電路板上其他精確放置的焊球. 返工後, 在回流焊接之前，需要使用AOI設備重新檢查電路板，以確保沒有缺陷.

Step 4: Reflow soldering

The 回流焊工藝 of ball planting is the same as the ordinary 表面貼裝 reflow soldering process. 對於無鉛產品, 常用的焊料合金是SAC105, 其熔點略高於用於焊接的無鉛焊膏 電路板(usually 2 to 3°C higher) to prevent defects from being caused again in the secondary reflow. 當然, 這也取決於客戶的流程規定. Fig. 11是球的回流焊接圖.

回流焊後需要進行AOI檢查. 在此步驟中, 考慮到該產品實際上是BGA類型, 如果有任何球遺失或錯位, 電路板將報廢, 因為任何維修管道都可能導致下一個裝配過程中的部件故障.

summary

This research on the ball planting process is to find the standard process of coating flux, planting ball, 從EMS公司的生產角度看返工和回流焊. 研究的重點是助焊劑塗層參數的設定, 球放置範本和缺失焊球的返工. 研究還發現，糊劑助焊劑印刷後的檢查存在檢測能力不足的問題； 因此, 有必要與助焊劑供應商合作，尋求有利於印刷後檢驗效果的進一步研究.

以上介紹了球類種植技術在農業生產中的應用 SMT行業.