關(guān)于印刷機參數怎么調的信息

POP芯片堆疊技術(shù)，是現代電子信息產(chǎn)品為提高邏輯運算功能和存儲空間而發(fā)展起來(lái)的一種新的高密度組裝形式。本文主要從設備技術(shù)的角度分析總結POP組裝工藝實(shí)現過(guò)程中的問(wèn)題與對策。重點(diǎn)討論了POP組裝過(guò)程中主要工序工藝參數優(yōu)化方法和范圍，探討了工藝過(guò)程控制中應關(guān)注的問(wèn)題，這些都是確保POP芯片堆疊成功率的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：POP、芯片堆疊、SMT

1 概述

POP（Package on Package）即器件芯片堆疊技術(shù)，是為提高邏輯運算功能和存儲空間而發(fā)展起來(lái)的一種器件小型化高密度組裝的新方式。

POP技術(shù)廣泛運用于高端終端產(chǎn)品，目前0.* mm pitch BGA的POP技術(shù)已具備批量生產(chǎn)能力。POP組裝工藝的基本流程如圖1所示。

目前，0.* mm pitch BGA的POP組裝工藝難點(diǎn)主要有：

? 0.* mm pitch 的下層BGA印刷焊膏和再流容易橋連；

? 下兩層的貼片精度要求很高，易移位；

? 上層芯片助焊劑蘸取量控制較難。

2 焊膏印刷

2.1 影響因素

印刷環(huán)節是PCB、鋼網(wǎng)、焊膏與設備在一定環(huán)境下按照一定方法吉印通 作業(yè)的系統工程，變量多、相互作用機理復雜。歸納其主要影響因素，如圖2所示。

焊膏印刷質(zhì)量受硬件、工藝參數、環(huán)境、過(guò)程控制等因素影響。針對精細間距元器件可靠印刷過(guò)程中存在的PCB與鋼網(wǎng)設計、焊膏選擇、過(guò)程控制等問(wèn)題，在許多文獻中均有詳細的分析論述，此處不再贅述。

2.2 支撐方式

常見(jiàn)的支撐頂針有“硬”頂針和“軟”頂針兩種，如圖* 所示。

細間距元器件的焊膏印刷需要保證PCB與鋼網(wǎng)之間沒(méi)有任何間隙，同時(shí)PCB與鋼網(wǎng)在整個(gè)印刷過(guò)程中均處于平整無(wú)變形狀態(tài)。通常誤認為頂針頂的越高PCB與鋼網(wǎng)間貼合越緊密，有利于改善印刷質(zhì)量，然而頂針頂的太高，PCB和鋼網(wǎng)存在一定的預變形量，如圖* 所示。一方面鋼網(wǎng)開(kāi)口與焊盤(pán)對位可能發(fā)生偏移而導致印刷焊膏移位；另一方面刮刀移動(dòng)過(guò)程中鋼網(wǎng)與PCB局部區域會(huì )分開(kāi)，導致不同區域獲得的焊膏量不均勻，甚至出現焊膏量不足；同時(shí)，印刷過(guò)程中鋼網(wǎng)分離時(shí)，則分離速度和分離距離參數失去意義，易拉尖。

通過(guò)引入印刷支撐夾具可有效確保PCB和鋼網(wǎng)的平整及兩者間的緊密結合，對0.* mm/0.* * mm pitch等細間距，軟/薄板變形等印刷難題改善效果明顯。

2.* 刮刀

在印刷過(guò)程中焊膏要形成良好的滾動(dòng)效果。由于滾動(dòng)，刮刀最前面區域的焊膏會(huì )部分填充進(jìn)鋼網(wǎng)孔，其中的助焊劑會(huì )預先潤濕鋼網(wǎng)孔壁，有利于后續焊膏的進(jìn)一步填充和脫模，從而獲得理想的焊膏量和形狀。最初的“焊膏滾動(dòng)柱”直徑約為1* mm，當其減少到最初的二分之一時(shí)需要加入新的焊膏?！昂父酀L動(dòng)柱” 要均勻且表面光滑。

為實(shí)現良好的滾動(dòng)效果，除保證焊膏粘度合適、量合適外，各設備供應商紛紛在刮刀結構及工作原理上尋求改進(jìn)。例如，DEK的振動(dòng)刮刀、ProFlow，Minami的旋轉刮刀等，如圖7所示。

2.* 鋼網(wǎng)清洗頻率

在保證鋼網(wǎng)底部清潔的前提下，應盡量降低鋼網(wǎng)的清洗頻率。由切割方式加工的鋼網(wǎng)孔壁勢必存在各種大小的毛刺，阻礙焊膏填充和脫模。正常印刷時(shí)鋼網(wǎng)孔壁會(huì )被助焊劑所潤濕，各種作用力達到平衡狀態(tài)。清洗過(guò)程中由于酒精及真空的作用致使助焊劑潤濕膜被破壞，毛刺被重新暴露出來(lái)，新的平衡要幾個(gè)印刷循環(huán)后才能重新建立。這正是生產(chǎn)中清洗干凈的鋼網(wǎng)第一次印刷時(shí)都會(huì )少錫的原因。

清洗太頻繁同時(shí)可能會(huì )導致溶劑混入焊膏中，影響焊膏粘度；溶劑揮發(fā)影響焊膏、鋼網(wǎng)的最佳工作溫度，破壞系統平衡。

* 貼片

POP貼片工藝相對常規元器件而言，最關(guān)鍵的問(wèn)題是助焊劑（焊膏）蘸取動(dòng)作的實(shí)現及控制和BGA貼片精度的保障，如圖* 所示。

* .1 貼片模式

FUJI NXT/AIM設備具有* 種POP貼片模式：

⑴ 吸取器件 → 影像識別 → 蘸取助焊劑 → 貼片；

⑵ 吸取器件 → 影像識別 → 蘸取助焊劑 → 影像識別 → 貼片；

⑶ 吸取器件 → 蘸取助焊劑→ 影像識別→ 貼片。

導入階段選用了兩種助焊劑做對比試驗，即：藍色助焊劑和無(wú)色助焊劑。

? 器件蘸取藍色助焊劑后無(wú)法進(jìn)行影像識別，故只能采用第一種貼片模式；

? 蘸取白色助焊劑后不影響影像識別，故可采用第二種或第三種貼片模式。

推薦使用白色助焊劑和第二種貼片模式。

* .2 蘸取助焊劑（焊膏）

FUJI Flux Unit裝置可實(shí)現助焊劑（焊膏）的自動(dòng)供給及厚度自動(dòng)控制，如圖9所示。

新工藝導入驗證結果證明，使用助焊劑的效果比使用焊膏好。助焊劑厚度依下層芯片釬料球的pitch值調整，潤濕要大于釬料球高度的* 0%。潤濕的面要求水平，一般0.* mm pitch PoP調整到(0.19～0.20)mm之間，0.* mm pitch調整到(0.19～0.2* )mm之間。助焊劑厚度調節通過(guò)設備自帶量規實(shí)現，如圖10所示。

* .* 影像識別

FUJI貼片機內有兩個(gè)數碼相機，一個(gè)讀取PCB Mark信息，用以計算Mark中心從而定位PCB。另一個(gè)讀取器件引腳（釬料球）、本體等關(guān)鍵信息，用以計算器件中心位置，從而將器件貼裝到程序中對應位置點(diǎn)。

由圖11可以看出，為實(shí)現精確貼片，除了設備自身能力和狀態(tài)外，還需要滿(mǎn)足：

⑴ 良好的PCB Mark和器件來(lái)料質(zhì)量。例如，Mark中心亮點(diǎn)平整、亮度高、周?chē)鷧^域無(wú)干擾，器件引腳（釬料球）一致性好且與本體灰度對比明顯、形狀規則等；

⑵ 高質(zhì)量的影像模型，即捕獲盡可能多的關(guān)鍵信息，并盡可能真實(shí)的反饋出來(lái)。

器件質(zhì)量在前期設計、選型及來(lái)料檢驗階段要把好關(guān)，影像對于現場(chǎng)貼片調試來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，在0.* mm pitch BGA的POP工藝導入階段最長(cháng)的貼片對位調試時(shí)間長(cháng)達近10個(gè)小時(shí)。高質(zhì)量的影像模型制作需重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：

(1)光線(xiàn)照射方向與曝光時(shí)間配合使用，突出關(guān)鍵識別信息

LED光源板上的不同區域發(fā)光就形成了不同的光照模式。FUJI AIM/NXT貼片機具有俯射、側射、俯射+側射、前光全亮四種光照模式（背光模式為選配），曝光時(shí)間在(1～1000)ms范圍內調控，常用范圍為(* * ～2* 0)ms，如圖12所示。

可能* 種方式中的任何一種都能滿(mǎn)足上述兩種器件的貼片精度要求，但對于精細器件、異形器件而言，細微的差異可能會(huì )導致完全不同的結果，需根據經(jīng)驗判斷選擇。

⑵ 指定合適的“黑”、“白”界定標準

黑白照片在計算機中以灰度值數組的形式存在，照片中的1個(gè)點(diǎn)對應1個(gè)(0～2* * )數組范圍內的灰度值。識別關(guān)鍵信息點(diǎn)就是告訴計算機該點(diǎn)為“白”，其他無(wú)關(guān)緊要的區域都為“黑”。黑與白的界定就需要一個(gè)標準，在軟件中以參數Lead Brightness體現，如圖1* 所示。假設圖1* （a）中，在其他參數不變的條件下將“主體顏色”設置由“白色”改為“黑色”，則對應的Lead Brightness應設置為90以區分主體（* 0）和引腳（100）。由于灰度值* 0、90與100間的差距太小，生產(chǎn)中易誤判影響貼裝。

⑶ 選擇合適的影像類(lèi)型

確認重要的信息點(diǎn)后就需要采用合適的模型去模擬、表達他們。FUJI貼片影像制作軟件中提供了近* 0種備選影像類(lèi)型，不同類(lèi)型關(guān)注不同的結構特征，如圖1* 、圖1* 所示。影像類(lèi)型選定后還涉及到一些檢測點(diǎn)、尺寸與公差、背景極性等的設置，本文不作詳述。

* .* 過(guò)程干擾

POP組裝過(guò)程中底層芯片是活動(dòng)的，任何微小的干擾都有可能導致前功盡棄。長(cháng)時(shí)間的調試也正是因為沒(méi)有分析清楚過(guò)程干擾的主因，并針對性的采取有效解決措施。常見(jiàn)的過(guò)程干擾因素可能有：

⑴ 吸嘴選擇與吸取位置

? 選取大小合適的吸嘴并使吸取位置盡量靠近器件重心，有利于保證器件在設備高速運動(dòng)過(guò)程中的平穩性，避免貼片前器件與吸嘴間的微小位移導致貼片移位。

? 吸嘴破損會(huì )導致氣密性下降；吸嘴表面有灰塵、水汽等雜質(zhì)，有可能使橡膠吸嘴在與器件分離時(shí)，由于粘性作用帶動(dòng)已貼好的器件。

⑵ 貼片參數

相對常規器件，貼片時(shí)應重點(diǎn)關(guān)注貼片壓力和高度、貼片速度、分離速度等參數。

? 精確的貼片壓力和高度，可確保在貼裝頂層BGA時(shí)不會(huì )對底層過(guò)分擠壓而導致移位。

? 較低的貼片速度，能確保貼片時(shí)對底層的沖擊減至最低。

? 合適的分離速度，能確保吸嘴與器件分離時(shí)不會(huì )將器件帶動(dòng)。分離速度不一定越小越好，速度越慢橡膠吸嘴與器件表面間的粘力“表現”越明顯。因此，分離速度要綜合吸嘴大小、吸嘴類(lèi)型、器件重量等因素于以綜合考慮。

⑶ 傳送平穩性

軌道啟/停加速度太大，或是貼片機與貼片機之間、貼片機與過(guò)渡段之間對位不準，易導致貼裝好的PCBA在傳送過(guò)程中受沖擊而導致移位。

* .* 貼片質(zhì)量檢測

生產(chǎn)過(guò)程中每?jì)尚r(shí)對爐前PCBA進(jìn)行一次X-ray抽檢。透視檢查釬料球的大小應均勻飽滿(mǎn)，如出現釬料球不能重合的情況即可判斷為不良品，如圖1* 所示。

pan s??=m`??un:'yes'; font-size:10.* 000pt; font-family:'宋體'; " 0.* mm pitch PoP調整到(0.19～0.20)mm之間，0.* mm pitch調整到(0.19～0.2* )mm之間。助焊劑厚度調節通過(guò)設備自帶量規實(shí)現，如圖10所示。

* 再流焊接

* .1 爐溫曲線(xiàn)設置

采用無(wú)鉛再流焊接工藝，爐溫曲線(xiàn)設置要求，如圖17所示。

在BTU 10溫區熱風(fēng)再流焊接爐上的實(shí)際焊接爐溫曲線(xiàn)，如圖1* 所示。

* .2 過(guò)程干擾

⑴ 溫度與風(fēng)壓的控制

BTU 10溫區熱空氣再流焊接爐溫控系統，如圖19所示。

BTU熱風(fēng)再流焊接爐內同時(shí)存在熱空氣與PCBA間的對流傳熱、傳送軌道與PCBA間的傳導傳熱、高溫爐膛與PCBA間的輻射傳熱，但起主導作用的是對流傳熱。根據對流傳熱公式：

加熱絲與熱電偶、固態(tài)繼電器構成熱風(fēng)溫度閉環(huán)控制回路；吹風(fēng)馬達與壓力感應器、變頻器等構成風(fēng)壓閉環(huán)控制回路。通過(guò)對加熱絲溫度、吹風(fēng)馬達產(chǎn)生的風(fēng)壓等參數的調控，實(shí)現對熱量的調控，如圖20所示。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中有微小元器件、異形元器件等在再流焊接時(shí)被氣流吹動(dòng)而導致移位、立碑等現象。因此，在POP再流焊接過(guò)程中風(fēng)壓調節也需慎重。

⑵ 傳送軌道平穩性

BTU再流焊接爐通過(guò)馬達、齒輪、鏈條實(shí)現軌道傳動(dòng)，通過(guò)絲杠轉動(dòng)帶動(dòng)軌道寬度調節。由于齒輪污損或潤滑缺失、爐膛內有廢舊元器件阻擋等原因，可能導致PCBA在傳送過(guò)程中抖動(dòng)或碰撞，影響POP焊接質(zhì)量，如圖21所示。分析焊接異常時(shí)應關(guān)注意此問(wèn)題。