晶圓級CSP裝配工藝的錫膏印刷工藝的控制

1）錫膏印刷的原理

錫膏通過刮刀以一定的壓力和速度推動，在印刷鋼網(wǎng)和刮刀之間的形成一個“錫膏滾動柱”，通過這種滾 動，在錫膏內(nèi)部就會產(chǎn)生壓力，從而將錫膏填充到印刷鋼網(wǎng)孔中。如圖1所示，刮刀前的區(qū)域我們可以將其 分成3個部分，刮刀前區(qū)域2和3錫膏在滾動情況下將孔填充約10％，這樣助焊劑可以預(yù)先潤濕孔壁和焊盤， 以利于繼續(xù)填充和脫模。刮刀前區(qū)域I在錫膏內(nèi)壓力的情況下將錫膏填充進(jìn)孔內(nèi)。更符合實際印刷情形的是 圖2所示的印刷模型圖2。要在印刷鋼網(wǎng)孔內(nèi)形成良好的錫膏填充，錫膏內(nèi)足夠的填充壓力是關(guān)鍵。影響此壓 力的因素有錫膏的黏性η、刮刀的移動速度v、印刷角度θ和鋼網(wǎng)上的錫膏量V、錫膏印刷是一個非常復(fù)雜的 過程，各個因素往往不是獨(dú)立影響印刷品質(zhì)，而是它們之間有著交互作用。根據(jù)研究，它們和錫膏內(nèi)壓力的 關(guān)系可以用下面關(guān)系式來表示

圖1 印刷模型圖1——刮刀前錫膏滾動的情況

圖2 印刷模型圖2——錫膏在鋼網(wǎng)孔內(nèi)填充的情況

2）基板的支撐

在翹曲變形的或因為支撐不當(dāng)而導(dǎo)致變形的基板上印刷錫膏，往往獲得的錫膏不均勻，要么有些地方少錫 ，要么有些地方錫膏量過多，對于密間距元件的錫膏印刷，基板是否平整成為關(guān)鍵之一。所以基板必須保持 平整，沒有明顯的翹曲變形。在錫膏印刷時，對印刷電路板全板平整的支撐非常重要，這時需要應(yīng)用頂針或 特殊的板支撐工具。檢查基板在印刷機(jī)軌道被固定后是否平整，可以將印刷工作臺上升到正常印刷工作的位 置，將印刷間隙設(shè)置為0，檢查其上表面是否與印刷鋼網(wǎng)下表面密合無縫隙。平整的支撐在此工作狀態(tài)鋼網(wǎng) 和基板之間應(yīng)該是沒有間隙的。

我們觀察圖3所示的基板變形后在印刷機(jī)軌道上的情形，可以看到基板呈弓形，中間高兩側(cè)低。其變形量 達(dá)1 24 mil。在此情形下，基板上不同位置上0.4 mm CSP獲得的錫膏量差異非常大，如圖4所示。

圖3 印制電路板翹曲成弓形

圖4 基板上兩個0.4 mm CSP不同的位置因為板的變形，獲得的錫膏量會有很大差異

3）鋼網(wǎng)上錫膏量的控制

錫膏在印刷鋼網(wǎng)上要形成“滾動”而不是滑動。如果鋼網(wǎng)上的錫膏量不夠，則錫膏不能夠形成良好的“滾 動”，導(dǎo)致印刷不充分而少錫；加在鋼網(wǎng)上的錫膏量過多，則會導(dǎo)致過多的浪費(fèi)，或錫膏留在鋼網(wǎng)上刮不干凈而導(dǎo)致錫膏過量。合適的量是當(dāng)錫膏初次被加在鋼網(wǎng)上，刮刀來回推動錫膏形成均勻的滾動時，錫膏“滾動柱”的直徑約為2.5 cm。在持續(xù)生產(chǎn)過程中，當(dāng)此“滾動柱”的直徑減少至原來的一半時則需添加新的錫膏了。

注意，添加到鋼網(wǎng)上的錫膏必需經(jīng)過回溫到室內(nèi)溫度且經(jīng)過充分?jǐn)嚢琛Ｒ话愕腻a膏都要求在4℃左右的溫度條件下保存，從冰箱中拿出，溫度升至25℃需要約4 h。使用前需要攪拌，可以利用自動攪拌機(jī)攪拌2～4 min。

4）印刷刮刀的選擇

刮刀材料一般有不銹鋼片和橡膠兩種，對于晶圓級CSP的錫膏印刷，一股采用金屬刮刀。金屬刀刃部分的寬度一般為40 mm，其角度選擇60°。根據(jù)印刷區(qū)域的大小來確定適當(dāng)?shù)墓蔚堕L度。如果將平行于軌道方向定義為印刷區(qū)域的長度E，刮刀長度L1＝L＋2×0.5 In，即刮度長度要超出印刷區(qū)域兩端各0.5 In左右。長度不當(dāng)?shù)墓蔚稌涌熹摼W(wǎng)和刮刀的磨損，同時錫膏會出現(xiàn)印刷不均勻的現(xiàn)象。

5）印刷參數(shù)的設(shè)置

全自動印刷機(jī)可以設(shè)置的主要印數(shù)參數(shù)有刮刀壓力、印刷速度、脫模速度、鋼網(wǎng)清潔方式和頻率等。精細(xì)間距元件的錫膏印刷需要較低的印刷速度，可以設(shè)置在0.5～2.5 in/s。壓力的設(shè)置可以從低到高設(shè)置，觀察鋼網(wǎng)表面的錫膏是否被刮干凈，如果有錫膏留在刮刀后面的鋼網(wǎng)上，則適當(dāng)增加壓力或適當(dāng)減印刷速度，保證刮刀移動過之后沒有錫膏殘留。如果壓力過大，會引起錫膏汲出。如果壓力不夠，不會在鋼網(wǎng)上產(chǎn)生干凈的清理效果，會留下過量的錫膏，增加沉積量，導(dǎo)致焊接缺陷。印刷壓力和印刷速度相關(guān)，印刷速度越快，需要的印刷壓力就越大。所以在調(diào)整滿意印刷的印刷效果時，單一的調(diào)整往往達(dá)不到要求，需要同時調(diào)整壓力和速度。

脫模速度的控制對于精細(xì)間距元件的印刷非常重要，脫模速度太快，錫膏會粘在鋼網(wǎng)的孔壁上，久而久之會塞孔導(dǎo)致少錫或焊盤上無錫膏。當(dāng)印刷密間距為QFP或QFN時，如果脫模速度太快，則錫膏兩端會被拉尖，元件被貼上去之后容易引起錫膏短路。除非有要求使用較快的速度脫模，一般脫模的速度要求盡量的低，以減少上述問題的發(fā)生。合適的脫模速度為0.25～0.5 mm／s。

全自動印刷機(jī)可以自動清潔鋼網(wǎng)，清潔方式和頻率也可以自由設(shè)定。一股的清潔方式可以選擇先利用清潔溶劑“濕擦”，然后真空吸附，再“干擦”。密間距元件的印刷需要更高的清潔頻率，每印刷2～3次清潔一次鋼網(wǎng)比較合適。

6）環(huán)境的控制

環(huán)境的控制包括車間溫度和濕度的控制。維持生產(chǎn)車間溫度在20～25°C，相對濕度在40％～65％RH。溫度會影響錫膏的黏度，溫度太高會降低其黏度，出現(xiàn)短路或錫珠。而太低的溫度會使其黏度增加，引起錫膏塞孔、印刷不均勻和少錫等缺陷。相對濕度太低則會使錫膏變干，導(dǎo)致難以印刷，而較高的相對濕度會使錫搞吸收過多的水份，出現(xiàn)錫珠等焊接缺陷。目前在一些全自動的印刷機(jī)中，已出現(xiàn)了控制其內(nèi)部溫濕度的局部環(huán)境控制單元（Eau），對于獲得穩(wěn)定滿意的印刷品質(zhì)提供了保障。

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