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  • BGA芯片植球焊膏清洗液合明科技分享:BGA芯片封装工艺流程介绍

    BGA芯片植球焊膏清洗液合明科技分享:BGA芯片封装工艺流程介绍

    BGA芯片植球焊膏清洗液合明科技分享:BGA芯片封装工艺流程介绍合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳. 先进封装包括倒装芯片、WLCSP晶圆级芯片封装、3D IC集成电路封装、SiP系统级封装、细间距封装等等。BGA封装工艺流程1.PBGA基板的制备 在BT树脂/玻璃芯板的两面压极薄(12-18um厚)的铜箔,然后进行钻孔和通孔金属化,通孔一般位于基板的四周;再用常规的PWB工艺(压膜、曝光、显影、蚀刻等)在基板的两面制作图形(导带、电极以及安装焊球的焊区阵列);最后形成介质阻焊膜并制作图形,露出电极及焊区。线路形成:2.封装工艺流程 圆片减薄→圆片切削→芯片粘结→清洗→引线键合→清洗→模塑封装→装配焊料球→回流焊→打标→分离→检查及测试→包装芯片粘结:采用充银环氧树脂粘结剂(导电胶)将IC芯片粘结在镀有Ni-Au薄层的基板上引线键合:粘结固化后用金丝球焊机将IC芯片上的焊区与基板上的镀Ni-Au的焊区以金线相连模塑封装:用石英粉的环氧树脂模塑进行模塑包封,以保护芯片、焊接线及焊盘。回流焊:固化之后,使用特设设计的吸拾工具(焊球自动拾放机)将浸有焊剂熔点为183℃、直径为30mil(0.75mm)的焊料球Sn62Pb36Ag2,或者Sn63Pb37放置在焊盘上,在传统的回流焊炉内在N2气氛下进行回流焊接(最高加工温度不超过230℃),焊球与镀Ni-Au的基板焊区焊接。装配焊球有两种方法:“球在上”和“球在下”球在上:在基板上丝网印制焊膏,将印有焊膏的基板装在一个夹具上,用定位销将一个带筛孔的顶板与基板对准,把球放在顶板上,筛孔的中心距与阵列焊点的中心距相同,焊球通过孔对应落到基板焊区的焊膏上,多余的球则落入一个容器中。取下顶板后将部件送去再流,再流后进行清洗。“球在下”:过程与“球在上”相反,先将一个带有以所需中心距排列的孔(直径小于焊球)的特殊夹具放在一个振动/摇动装置上,放入焊球,通过振动使球定位于各个孔,在焊球位置上印焊膏,再将基板对准放在印好的焊膏上,送去再流,之后进行清洗。焊球的直径是0.76mm(30mil)或0.89mm(35mil),PBGA焊球的成分为低熔点的63Sn37Pb(62Sn36Pb2Ag)。TBGA封装工艺流程1.TBGA载带制作 TBGA载带是由聚酰亚胺PI材料制成的,在制作时,先在载带的两面覆铜,接着冲通孔和通孔金属化及制作出图形;然后镀镍、金,将带有金属化通孔和再分布图形的载带分割成单体。封装热沉又是封装的加固体,也是管壳的芯腔基底,因此在封装前先要使用压敏粘结剂将载带粘结在热沉上。TBGA适合于高I/O数应用的一种封装形式,I/O数可为200-1000,芯片的连接可以用倒装芯片再流,也可以用热压键合。2.封装工艺流程圆片减薄→圆片切割→芯片粘结→清洗→引线键合→等离子清洗→液态密封剂灌封→装配焊料球→回流焊→打标→最终检查→测试→包装芯片粘结:全阵列型芯片,用C4工艺;周边型金凸点芯片,热压键合。装配焊料球:用微焊技术把焊球(10Sn90Pb)焊接到载带上,焊球的顶部熔进电镀通孔内,焊接后用环氧树脂将芯片包封。FCBGA封装工艺流程1.FCGBA基板制作 FCGBA基板制作是将多层陶瓷片高温共烧成多层陶瓷金属化基片,再在基片上制作多层金属布线,然后进行电镀等。2.封装工艺流程 圆片凸点的制备→圆片切割→芯片倒装及回流焊→底部填充→导热脂、密封焊料的分配→封盖→装配焊料球→回流焊→打标→分离最终检查→测试→包封倒装焊接:特点:倒装焊技术克服了引线键合焊盘中心距极限的问题; 在芯片的电源/地线分布设计上提供了更多的便利; 为高频率、大功率器件提供更完善的信号。优点:焊点牢固、信号传输路径短、电源/地分布、I/O;密度高、封装体尺寸小、可靠性高等。缺点:由于凸点的制备是在前工序完成的,因而成本较高。 倒装焊的凸点是在圆片上形成的。在整个加工过程中,工艺处理的是以圆片、芯片和基片方式进行的,它不是单点操作,因而处理效率较高。基板选择:基板选择的关键因素在于材料的热膨胀系数(CTE)、介电常数、介质损耗、电阻率和导热率等。 基板与芯片(一级互连)之间或基板与PCB板(二级互连)之间的CTE失配是造成产品失效的主要原因。CTE失配产生的剪切应力将引起焊接点失效。封装体的信号的完整性与基片的绝缘电阻、介电常数、介质损耗有直接的关系。介电常数、介质损耗与工作频率关系极大,特别是在频率>1GHz时。有机物基板是以高密度多层布线和微通孔基板技术为基础制造的。特点:低的互连电阻和低的介电常数。局限性:①在芯片与基板之间高的CTE差会产生大的热失配; ②可靠性较差,其主要原因是水汽的吸附。 现有的CBGA、CCGA封装采用的基板为氧化铝陶瓷基板。局限性:①热膨胀系数与PCB板的热膨胀系数相差较大,而热失配容易引起焊点疲劳。②它的高介电常数、电阻率也不适用于高速、高频器件。HITCE陶瓷基板特点:CTE是12.2ppm/℃; 低的介电常数5.4; 低阻的铜互连系统。综合了氧化铝陶瓷基板和有机物基板的最佳特性,其封装产品的可靠性和电性能得以提高。 凸点技术:常用的凸点材料为金凸点,95Pb5Sn、90Pb10Sn焊料球(回流焊温度约为350℃)。技术的关键在于当节距缩小时,必须保持凸点尺寸的稳定性。焊料凸点尺寸的一致性及其共面性对倒装焊的合格率有极大的影响。CBGA封装工艺流程相比于PBGA和TBGA,CBGA有些许不同,主要表现在以下几个方面: 1.CBGA的基板是多层陶瓷布线基板,PBGA的基板是BT多层布线基板,TBGA基板是加强环的聚酰亚胺(PI)多层Cu布线基板。 2.CBGA基板下面的焊球为90%Pb-10Sn%或95%Pb-5Sn%的高温焊球,而与基板和PWB焊接的焊料则为37%Pb-63Sn%的共晶低温焊球。 3.CBGA的封盖为陶瓷,使之成为气密性封装;而PBGA和TBGA则为塑料封装,非气密性封装。BGA 封装中IC 芯片与基片连接方式的比较BGA 封装结构中芯片与基板的互连方式主要有两种:引线键合、倒装焊。目前BGA的I/O数主要集中在100~1000:采用引线键合的BGA的I/O数常为50~540;采用倒装焊方式的I/O 数常>540。目前PBGA的互连常用引线键合方式:CBGA 常用倒装焊方式;TBGA 两种互连方式都有使用。当I/O数<600时,引线键合的成本低于倒装焊。但是,倒装焊方式更适宜大批量生产,如果圆片的成品率得到提高,那么就有利于降低每个器件的成本。并且倒装焊更能缩小封装体的体积。针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。 合明科技摄像模组感光芯片CMOS晶片镜片清洗剂,LED芯片焊后助焊剂锡膏清洗剂、CMOS焊接后清洗剂、FPC电路板清洗剂、SMT元器件封装工艺清洗剂、微波组件助焊剂松香清洗剂、车用IGBT芯片封装水基清洗方案,SMT电子制程水基清洗全工艺解决方案,汽车用 IGBT芯片封装焊后清洗剂,IGBT芯片清洗剂,IGBT模块焊后锡膏清洗剂,IGBT功率半导体模块清洗,SMT锡膏回流焊后清洗剂,PCBA焊后水基清洗剂,系统封装CQFP器件焊后助焊剂清洗剂、SIP芯片焊后清洗剂、BMS电路板焊后清洗剂,半导体分立器件除助焊剂清洗液、半水基清洗剂、IGBT功率模块焊后锡膏水基清洗剂、PCB组件封装焊后水性环保清洗剂、SMT封装焊后清洗剂、精密电子清洗剂、半导体分立器件清洗剂、SMT焊接助焊剂清洗剂、锡嘴氧化物清洗剂、PCBA清洗剂、芯片封装焊后清洗剂、水性清洗剂、FPC清洗剂、BGA植球后清洗剂、球焊膏清洗剂、FPC电路板水基清洗剂、堆叠组装POP芯片清洗剂、油墨丝印网板水基清洗全工艺解决方案、BMS新能源汽车电池管理系统电路板制程工艺水基清洗解决方案、储能BMS电路板水基清洗剂、PCBA焊后助焊剂清洗剂、组件和基板除助焊剂中性水基清洗剂、功率电子除助焊剂水基清洗剂、功率模块/DCB、引线框架和分立器件除助焊剂水基清洗剂、封装及晶圆清洗水基清洗剂、倒装芯片水基清洗、SIP和CMOS芯片封装焊后清洗剂、SMT钢网、丝网和误印板清洗除锡膏、银浆、红胶,SMT印刷机网板底部擦拭水基清洗剂、焊接夹治具、回流焊冷凝器、过滤网、工具清洗除被焙烤后助焊剂和重油污垢清洗剂,电子组件制程水基清洗全工艺解决方案。

  • 陶瓷基板PCBA助焊剂清洗液合明科技分享:陶瓷基板的制作工艺简介

    陶瓷基板PCBA助焊剂清洗液合明科技分享:陶瓷基板的制作工艺简介

    陶瓷基板PCBA助焊剂清洗液合明科技分享:陶瓷基板的制作工艺简介合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳. 先进封装包括倒装芯片、WLCSP晶圆级芯片封装、3D IC集成电路封装、SiP系统级封装、细间距封装等等。一、薄膜电路工艺采用通过磁控溅射,图形化光刻,干法湿法蚀刻,电镀加厚工艺,在陶瓷基板上制作出超细线条电路图形。在薄膜工艺中,基于薄膜电路工艺,通过磁控溅射实现陶瓷表面金属化,通过电镀实现铜层和金成的厚度大于10微米以上。即 DPC( Direct Plate Copper-直接镀铜基板)。二、厚膜电路工艺1、HTCC(High-Temperature Co-fired Ceramic)2、LTCC(Low-Temperature Co-fired Ceramic)3、DBC(Direct Bonded Copper)陶瓷基板制作工艺中的相关技术:1、钻孔:利用机械钻孔产生金属层间的连通管道。2、镀通孔:连接层间的铜线路钻孔完成后,层间的电路并未导通,因此必须在孔壁上形成一层导通层,借以连通线路,这个过程一般业界称谓“PTH制程”,主要的工作程序包含了去胶渣、化学铜和电镀铜三个程序。3、干膜压合:制作感光性蚀刻的阻抗层。4、内层线路影像转移 :利用曝光将底片的影像转移至板面。5、 外层线路曝光:经过感光膜的贴附后,电路板曾经过类似内层板的制作程序,再次的曝光、显影。这次感光膜的主要功能是为了定义出需要电镀与不需要电镀的区域,而我们所覆盖的区域是不需要电镀的区域。6、磁控溅射:利用气体辉光放电过程中产生的正离子与靶材料的表面原子之间的能量和动量交换,把物质从源材料移向衬底,实现薄膜的淀积。7、蚀刻——外部线路的形成:将材料使用化学反应或者物理撞击作用而移除的技术。蚀刻的功能性体现在针对特定图形,选择性地移除。线路电镀完成后,电路板将送入剥膜、蚀刻、剥锡线,主要的工作就是将电镀阻剂完全剥除,将要蚀刻的铜曝露在蚀刻液内。由于线路区的顶部已被锡保护,所以采用碱性的蚀刻液来蚀铜,但因线路已被锡所保护,线路区的线路就能保留下来,如此整体线路板的表面线路就呈现出来。8、防焊漆涂布:陶瓷电路板的目的就是为了承载电子零件,达成连接的目的。因此电路板线路完成后,必须将电子零件组装的区域定义出来,而将非组装区用高分子材料做适当的保护。由于电子零件的组装连结都用焊锡,因此这种局部保护电路板的高分子材料被称为“防焊漆”。目前多数的感光型防焊漆是使用湿式的油墨涂布形式。针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。 合明科技摄像模组感光芯片CMOS晶片镜片清洗剂,LED芯片焊后助焊剂锡膏清洗剂、CMOS焊接后清洗剂、FPC电路板清洗剂、SMT元器件封装工艺清洗剂、微波组件助焊剂松香清洗剂、车用IGBT芯片封装水基清洗方案,SMT电子制程水基清洗全工艺解决方案,汽车用 IGBT芯片封装焊后清洗剂,IGBT芯片清洗剂,IGBT模块焊后锡膏清洗剂,IGBT功率半导体模块清洗,SMT锡膏回流焊后清洗剂,PCBA焊后水基清洗剂,系统封装CQFP器件焊后助焊剂清洗剂、SIP芯片焊后清洗剂、BMS电路板焊后清洗剂,半导体分立器件除助焊剂清洗液、半水基清洗剂、IGBT功率模块焊后锡膏水基清洗剂、PCB组件封装焊后水性环保清洗剂、SMT封装焊后清洗剂、精密电子清洗剂、半导体分立器件清洗剂、SMT焊接助焊剂清洗剂、锡嘴氧化物清洗剂、PCBA清洗剂、芯片封装焊后清洗剂、水性清洗剂、FPC清洗剂、BGA植球后清洗剂、球焊膏清洗剂、FPC电路板水基清洗剂、堆叠组装POP芯片清洗剂、油墨丝印网板水基清洗全工艺解决方案、BMS新能源汽车电池管理系统电路板制程工艺水基清洗解决方案、储能BMS电路板水基清洗剂、PCBA焊后助焊剂清洗剂、组件和基板除助焊剂中性水基清洗剂、功率电子除助焊剂水基清洗剂、功率模块/DCB、引线框架和分立器件除助焊剂水基清洗剂、封装及晶圆清洗水基清洗剂、倒装芯片水基清洗、SIP和CMOS芯片封装焊后清洗剂、SMT钢网、丝网和误印板清洗除锡膏、银浆、红胶,SMT印刷机网板底部擦拭水基清洗剂、焊接夹治具、回流焊冷凝器、过滤网、工具清洗除被焙烤后助焊剂和重油污垢清洗剂,电子组件制程水基清洗全工艺解决方案。

  • 器件焊接焊锡焊剂清洗液合明科技分享:LGA器件焊点缺陷分析及解决

    器件焊接焊锡焊剂清洗液合明科技分享:LGA器件焊点缺陷分析及解决

    器件焊接焊锡焊剂清洗液合明科技分享:LGA器件焊点缺陷分析及解决合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳. 先进封装包括倒装芯片、WLCSP晶圆级芯片封装、3D IC集成电路封装、SiP系统级封装、细间距封装等等。摘 要 文章针对LG A器件回流焊后常见的空洞和锡珠等缺陷,对其产生的原因进行了分析。通过对LG A器件采用预上锡回流工艺和印制板钢网一字架桥开口的方式,提升回流焊过程中焊膏中挥发气体的逸出,并通过对比试验,找到合适的预上锡钢网尺寸,解决了生产中LG A器件焊接常见的空洞大等缺陷。 0 引言 LGA(Land Grid Array,焊盘网格阵列)封装属于面阵列封装形式,因其封装体积小、安装高度低、可靠性高而受到广泛使用。LGA器件属于无引脚焊接,一般焊盘为方形焊盘(实物图如图1所示,示意图如图2所示。) 与BGA不同,LGA封装器件在封装体底部只有金属端子或焊盘,没有焊球,也没有例如CGA器件的焊柱,在焊接时使用印刷焊膏的方式直接代替焊球或焊柱,这种焊接方式有效减少了芯片与印制电路板的距离,使引出路径变短,电信号传递快,电性能更好。由于焊点高度的减小,LGA封装能有效改善产品在弯曲、振动和跌落等试验中的表现,提升其可靠性。另外,无引脚器件在芯片制造中减少了一道工序,降低了制造成本,也对器件的运输提供了便利,所以被广泛使用。 1 LGA常见焊接缺陷及原因分析 LGA器件由于焊接高度低,抗震性能好,但耐高低温性能差。同时,由于器件焊接高度低,也容易产生焊接缺陷。空洞和锡珠是LGA器件焊接后常见的缺陷。 锡珠的生成原因是多方面的。直接的原因有多余锡膏的引进和锡膏焊接过程中造成了飞溅两种方式。例如在印刷锡膏后,由于钢网清洗不良造成焊盘外部留有残锡,在印刷后未进行严格的检查,在焊接后就会形成锡珠现象,或者回流过程中生成的水汽或未烘干的水汽快速溢出,导致焊锡飞溅造成锡珠现象。 LGA器件焊接后形成空洞是另一个普遍现象,特别是采用热风回流焊接时尤其明显。空洞形成的直接原因是焊膏在熔融过程中,焊剂成分挥发或者焊剂活化阶段与氧化层化学反应所产生的气体在挥发时未能从焊料中逸出造成的。行业内暂无专门对LGA器件焊接后空洞率的检验要求,但很多单位都是参考BGA空洞率(一般为不大于25%)的要求检验。 锡珠和空洞大有时单独出现,有时会同时存在。从工艺生产的五要素:“人、机、料、法、环”来分析(见图3)。人员:要求具备一定的技能水平,责任心强; 机器:印刷、贴片、回流等设备状态稳定,满足使用要求,经过校测合格; 材料:元器件来料包装合适,无氧化变形; 印制板焊盘设计合理;焊膏粒度合适且按要求存放及使用;元器件和印制板焊前按要求进行烘干;钢网厚度及开口方式合适; 方法:工艺曲线合适;贴装参数合适;焊膏印刷参数合适; 环境:生产环境温、湿度达标,合理、稳定。 2 问题研究及解决 在实际生产中,某印制板上LGA器件在焊接后出现了较严重的空洞,同时大量焊点存在少锡的缺陷,该印制板印刷采用了0.1 mm厚度的钢网,LGA器件焊接后如图4所示。按图3中的生产要求逐个进行分析查找可能造成缺陷的原因。从焊接后焊点的状态来看,部分焊点锡料量明显少,部分焊点空洞超标。使用的焊膏粒度为3,大小为25 μm~45 μm,焊膏印刷后状态均匀;实际测试LGA焊点回流焊实际温度曲线测试符合规范,各环节工艺参数合理。初步分析认为,钢网厚度薄、焊锡量不足是造成焊接缺陷的主要原因。最初将印制板钢网制作为0.1 mm厚度是因为印制板上存在0.3 mm细间距的QFP(细节距四边引脚扁平封装)器件。通过制作阶梯钢网,调整后钢网基准厚度为0.12 mm,QFP器件局部制作0.1 mm的阶梯。使用0.12 mm厚的钢网,焊接后发现LGA器件焊点依然存在空洞率偏高的问题,同时伴随有锡珠、溢锡、少锡的缺陷。 再次分析认为,因为LGA器件为无引脚焊接,器件与焊盘之间的连接是通过焊膏融化后焊锡连接的。焊膏回流焊坍塌后,高度十分有限,如采用0.12 mm厚度的钢网,坍塌后器件高度约为0.06 mm,器件回流焊后四周因助焊剂残留存在气密性的可能,导致助焊剂挥发过程气体无法逸出,形成空洞,或因局部气体密闭导致高温状态下气体冲破密闭区域,造成焊膏喷溅,形成锡珠。解决办法一是增加LGA器件处焊膏厚度,考虑将焊膏厚度增加到0.2 mm以上;二是对钢网上LGA器件处开孔形状进行修改,方案包括修改一字架桥和十字架桥2种,便于焊接中气体逸出。LGA器件架桥开口钢网(见图5)。印刷焊膏后发现采用十字架桥钢网印刷的试验件,存在焊膏透锡差及钢网难清洗的现象。而采用一字架钢网印刷的试验件桥透锡率良好,所以选择一字架桥的方法。 钢网开口形状确定后,需要确定锡膏量。由于大钢网LGA器件处的厚度无法达到0.2 mm或采用0.2 mm后的阶梯钢网会影响印刷效果,所以采用了LGA器件预上锡回流,再贴焊的工艺方法。 单独LGA器件预上锡后回流,不存在焊剂挥发而造成空洞的问题,所以在预上锡回流后再进行印制板贴焊,能最大化的减少焊剂的比例,从而降低空洞率。 通过LGA器件预上锡钢网的尺寸,调整LGA器件焊接的焊锡量。印制板上LGA器件焊点的焊盘尺寸和LGA器件底部焊盘尺寸均为0.635×0.635 mm。为对比不同焊膏量对空洞等缺陷的影响,制作预上锡钢网(见表1)。为保证钢网在印刷时的脱模效果,预上锡钢网使用纳米涂层钢网。PCB预上锡印刷后效果(见图6)。不同锡膏量的LGA器件贴装焊接后,X光检测 4种不同尺寸钢网预上锡焊接后LGA器件焊点。通过对比,试验板采用0.7×0.7×0.25的钢网开口时,空洞率最小,说明空洞率与LGA器件预上锡焊膏量多少正相关。因试验板上只焊接了LGA器件,而实际印制板上LGA器件周围有一些元器件的阻挡,所以实际焊接中LGA器件的空洞率会稍大,当采用预上锡钢网G4后焊接,实际空洞率也不会超过10%,但在实际批量生产时个别焊点有时会出现溢锡的现象。 安装LGA器件的印制板焊盘实物如图7所示。焊盘与其它焊盘设计不同,首先图中的焊盘开孔为SMD焊盘(阻焊定义焊盘),并且在焊盘开口的一边有非常小的高度落差。在贴装时,由于贴装压力或贴装高度的存在,器件在贴装时会有一个下压的工作,以保证器件与焊膏的充分接触和一定的粘附力,对于轻小器件能够防止器件在回流过程中的偏移。而对于LGA器件,默认贴装高度为0.2 mm,所以贴装时器件下压会使焊膏有少量的外溢,在回流焊时由于焊膏融化后表面张力的作用,会将溢出的焊锡拉回到焊盘上方,但由于LGA器件较重,以及焊膏在贴装溢出时,溢出的一边高度低,所以在回流焊后,溢出部分焊膏未能回到焊盘的上方,造成了溢锡的现象。该缺陷主要是由于印制板可制造性设计差造成的,通过修改焊盘的设计可以解决。 3 总结 LGA器件由于焊接高度低,容易出现空洞大为主的焊接缺陷。分析认为空洞大主要是焊膏量少,器件高度低,回流焊时焊膏中的助焊剂难以及时挥发逸出造成的,有时还会造成锡珠的缺陷。 通过更改钢网开孔形状,对钢网上LGA焊盘开口更改为一字架桥钢网,同时对LGA器件采用预上锡回流的工艺方法,提高LGA器件的焊接焊膏量。通过对LGA器件进行4种不同预上锡钢网试验,对比预上锡焊膏量对空洞率的影响,发现采用焊膏量较大时更有利与消除空洞和锡珠缺陷。能够很好解决常见的LGA器件焊接的空洞和锡珠缺陷。作者:王文龙 陈 帅 谭小鹏(西安导航技术研究所)针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。 合明科技摄像模组感光芯片CMOS晶片镜片清洗剂,LED芯片焊后助焊剂锡膏清洗剂、CMOS焊接后清洗剂、FPC电路板清洗剂、SMT元器件封装工艺清洗剂、微波组件助焊剂松香清洗剂、车用IGBT芯片封装水基清洗方案,SMT电子制程水基清洗全工艺解决方案,汽车用 IGBT芯片封装焊后清洗剂,IGBT芯片清洗剂,IGBT模块焊后锡膏清洗剂,IGBT功率半导体模块清洗,SMT锡膏回流焊后清洗剂,PCBA焊后水基清洗剂,系统封装CQFP器件焊后助焊剂清洗剂、SIP芯片焊后清洗剂、BMS电路板焊后清洗剂,半导体分立器件除助焊剂清洗液、半水基清洗剂、IGBT功率模块焊后锡膏水基清洗剂、PCB组件封装焊后水性环保清洗剂、SMT封装焊后清洗剂、精密电子清洗剂、半导体分立器件清洗剂、SMT焊接助焊剂清洗剂、锡嘴氧化物清洗剂、PCBA清洗剂、芯片封装焊后清洗剂、水性清洗剂、FPC清洗剂、BGA植球后清洗剂、球焊膏清洗剂、FPC电路板水基清洗剂、堆叠组装POP芯片清洗剂、油墨丝印网板水基清洗全工艺解决方案、BMS新能源汽车电池管理系统电路板制程工艺水基清洗解决方案、储能BMS电路板水基清洗剂、PCBA焊后助焊剂清洗剂、组件和基板除助焊剂中性水基清洗剂、功率电子除助焊剂水基清洗剂、功率模块/DCB、引线框架和分立器件除助焊剂水基清洗剂、封装及晶圆清洗水基清洗剂、倒装芯片水基清洗、SIP和CMOS芯片封装焊后清洗剂、SMT钢网、丝网和误印板清洗除锡膏、银浆、红胶,SMT印刷机网板底部擦拭水基清洗剂、焊接夹治具、回流焊冷凝器、过滤网、工具清洗除被焙烤后助焊剂和重油污垢清洗剂,电子组件制程水基清洗全工艺解决方案。

  • 功率器件助焊剂水基清洗液合明科技分享:塑封器件常见失效模式及其机理分析

    功率器件助焊剂水基清洗液合明科技分享:塑封器件常见失效模式及其机理分析

    功率器件助焊剂水基清洗液合明科技分享:塑封器件常见失效模式及其机理分析合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳. 先进封装包括倒装芯片、WLCSP晶圆级芯片封装、3D IC集成电路封装、SiP系统级封装、细间距封装等等。自1962年开始出现塑封半导体器件,因其在封装尺寸、重量和成本等方面的优势性,用户愈来愈多的采用塑封器件代替原先的金属、陶瓷封装器件。 但塑封器件在发展初、中期可靠性水平较低,在80年代之后,随着高纯度、低应力的塑封材料的使用,高质量的芯片钝化、芯片粘接、内涂覆材料、引线键合、加速筛选工艺及自动模制等新工艺技术的发展,使得塑封器件的可靠性逐步赶上金属封装与陶瓷封装的器件。 一般塑封器件的失效可分为早期失效和使用期失效,前者多是由设计或工艺失误造成的质量缺陷所致,可通过常规电性能检测和筛选来判别;后者则是由器件的潜在缺陷引起的,潜在缺陷的行为与时间和应力有关,经验表明,受潮、腐蚀、机械应力、电过应力和静电放电等产生的失效占主导地位。失效模式及其机理分析 塑封器件,就是用塑封料把支撑集成芯片的引线框架、集成芯片和键合引线包封起来,从而为集成芯片提供保护。塑封器件封装材料主要是环氧模塑料。 环氧模塑料是以环氧树脂为基体树脂,以酚醛树脂为固化剂,再加上一些填料,如填充剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂等微量组分,在热和固化剂的作用下环氧树脂的环氧基开环与酚醛树脂发生化学反应,产生交联固化作用使之成为热固性塑料。 塑封材料不同于陶瓷材料和金属材料,它是一种高分子复合材料,其固有的有机大分子结构,使其本身存在较高的吸湿性,是一种非气密性封装。 塑封材料主要失效模式为:开路,短路,参数漂移,烧毁。由于塑封器件是非气密性封装,在封装方面就存在一些缺点,最主要的缺点就是对潮气比较敏感。1、受潮 塑封材料会从环境中吸收或吸附水气,特别是当塑封器件处于潮湿环境时,会吸收或吸附较多的水气,并且在表面形成一层水膜。受潮是塑封器件的很多失效机理如腐蚀、爆米花效应等的诱因。腐蚀 对塑封器件而言,湿气渗入是影响其气密性导致失效的重要原因之一。 湿气渗入器件主要有两条途径: 1)由于树脂本身的透湿率与吸水性,水气会直接通过塑封料包封层本体扩散到芯片表面; 2)通过塑封料包封层与金属框架间的间隙,然后再沿着内引线与塑封料的封接界面进入器件芯片表面。 当湿气通过这两条途径到达芯片表面时,在表面形成一层导电水膜,并将塑封料中的Na+、CL-离子也随之带入,在电位差的作为下,会加速对芯片表面铝布线的电化学腐蚀,最终导致电路内引线开路。随着电路集成度的不断提高,铝布线越来越细,因此,铝布线腐蚀对器件寿命的影响就越发严重。 其腐蚀机理均可归结为铝与离子沾污物的化学反应:由于水汽的浸入,加速了水解物质 (Na+、CL-)从树脂中的离解,同时也加速芯片表面钝化膜磷硅玻璃离解出(PO4)3-。 腐蚀过程中离解出的物质由于其物理特性改变,例如脆性增加、接触电阻值增加、热膨胀系数发生变化等,在器件使用或贮存过程中随着温度及加载电压的变化,会表现出电参数漂移、漏电流过大,甚至短路或开路等失效模式,且有些失效模式不稳定,在一定条件下有可能恢复部分器件功能,但是只要发生了腐蚀,对器件的长期可靠性将埋下隐患。爆米花效应 随着SOP、PLCC、PQFP、BGA等表面安装封装技术的发展,由于塑封体吸湿性引起的开裂问题已越来越突出。塑封体通过扩散吸收水分最终会使封装体与周围环境在一定的温度和湿度条件下达到一种平衡状态。 此时,该塑封体放入回流炉内加热回流焊,塑封体内的水分在高温下变成气体,形成饱和水蒸气,随着蒸气量的增加,在封装体内产生蒸气压,当压力达到一定的程度,为释放压力,在应力集中薄弱处就产生裂纹,塑封体从内部开始产生裂纹,引起分层剥离和开裂现象,俗称“爆米花”效应。如图1所示为一过回流焊后表面出现鼓起的芯片。在塑封器件中,塑封层与芯片、塑封层与基板(功率器件的散热器、单片IC 的芯片支架、多心芯片或BGA 封装形式的PCB 板等)之间的界面容易出现分层的现象(图2和3)。因为塑封层与其他材料之间的界面属于粘合结构,界面的两种材料通过分子之间的作用力结合在一起,而不是两种材料互溶、互扩散、形成化合物的过程。 塑料封装器件塑封层与其他材料之间的界面出现分层现象,可引起器件性能下降、甚至失效。 如:分层发生在塑封层与芯片的界面,一方面,可引起芯片的键合引线由于机械拉伸,键合引线(包括内、外键合点)翘起、键合接头开裂和键合引线断开等机械损伤而导致连接电阻增大或开路;另一方面,可引起芯片表面钝化层损伤,导致芯片漏电增加、击穿电压下降、金属化条断裂等;再者,塑封层与芯片界面的分层,会给水分和污染物的侵入提供通道,从而影响长期可靠性。 塑封器件塑封层与其他材料界面一旦发生分层现象,即使分层面积小,但在器件使用过程中,由于热变应力或机械应力的作用,分层不断扩展,随着分层面积的增大,最终导致器件失效。2、EOS/ESD 过电应力(Electrical Over Stress,EOS)是指元器件承受的电流或电压应力超过其允许的最大范围。EOS来源于对器件引脚施加持续的较大电压或电流应力,时间长短和电流大小决定着对器件施加能量的高低。 通常情况下使EOS 发生的电应力要持续1ms以上,但 µs量级的电应力也能造成过电力现象的产生。EOS造成的损伤主要表现为元器件性能严重劣化或功能失效。器件受EOS损伤会在局部形成热点,当局部热点温度达到材料熔点时使材料熔化,形成开路或短路,导致器件烧毁。 静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)是指处于不同静电电位的两个物体间的静电电荷的转移。这种转移的方式有多种,如接触放电、空气放电。 静电放电(ESD)引发的失效(图4)可分为突发性失效和潜在性失效两种,突发性失效是指器件受到静电放电损伤后,突然完全丧失其规定的功能,主要表现为开路、短路或参数严重漂移;潜在性失效是指静电放电能量较低,仅在器件内部造成轻微损伤,电参数仍然合格或略微变化,但其抗过电应力能力已明显削弱,这样随着它的继续使用将逐步导致失效。由ESD导致器件的失效通常情况下被认为是EOS失效的一个分支。因为两者具有相似的电性失效模式和物理失效特征。关键是区分对于导致ESD和EOS失效所施加应力的临界点。 对于塑封器件,电路EOS/ESD损伤, 通过导电塑料的电流旁路过热,从而造成芯片上局部高温区塑料碳化的现象。这种失效机理使封装剂退化,使其绝缘电阻受到损耗而导电。大电流沿着这条导电通道并通过塑料从电源输送到地线,不断使塑料发热,最终使塑封器件烧毁。3、机械应力作用 由于模塑料、芯片、金属框架的线膨胀系数不匹配而产生的内应力,对器件密封性有着不可忽视的影响。因为模塑料膨胀系数(20-26E-6/℃)较芯片、框架(-16E-6/℃)大,在注模成型冷却或在器件使用环境的温差较大时,有可能导致塑封料在芯片上移动。 这种应力对芯片表面结构构成一种剪切力,它首先使芯片上附着力弱的金属化层向芯片中心滑移,造成金属化铝条间开路或短路;也可能造成钝化层或多晶硅层破裂,多层金属化上下层间短路。 另外,塑封料在工作温度下会对芯片有一个压应力。温度越低,压应力越大。同时塑封料中加了石英砂填料,以其尖锐的角尖接触芯片,塑封料的压力传递到芯片上,刺破钝化层和金属层造成开路或短路,也会造成器件参数变化。4、生产工艺缺陷塑封成形缺陷 造成塑封器件失效的原因有许多,许多都是与封装工艺、封装材料等有关。 塑料成形缺陷主要有:塑封材料未充填完整、气孔、麻点(表面多孔)、冲丝、小岛移动、开裂、溢料等。塑封料在注塑成形时呈熔融状态,是有黏度的运动流体,因此具有一定的冲力。冲力作用在金丝上,使金丝产生偏移,极端情况下金丝冲断,就是所谓的冲丝。冲丝缺陷涉及到键合和塑封两个工序,产生的原因有很多,如塑料黏度过大、金丝过长、塑封料桶中气体过多等。芯片粘接缺陷 这些缺陷包括芯片与其基片粘接不良、粘接材料中有空洞,芯片表面有沾污(图5),造成热分布不均(局部热点)、芯片剥离或裂纹,此外,空洞还可截留潮气和沾污物。这些缺陷可导致致命失效。钝化层缺陷 钝化层缺陷包括开裂、孔隙和粘接不良。这些缺陷会造成电气开路、中断或漏电流大。在设计芯片焊盘钝化层时,一方面要考虑到不影响键合的质量,另一方面也要注意提高集成电路焊盘抗水气腐蚀的能力。封装缺陷 常见的封装缺陷包括气泡、粘接不良(剥离)、芯片的基片位移和引线弯曲不当。 此外,模制化合物含有杂质或沾污物。这些缺陷可造成塑封开裂、金属化层变形、焊头翘起、互连线腐蚀断开、电气开路、短路或中断等等,因而使器件失效;粘接不良(剥离)是由于引线框架表面受到沾污或在键合温度下受到氧化而造成的。其他原因还包括应力消除不足和脱模剂过量等。 提高塑封器件的可靠性是一项系统工程,其取决于固有设计、制造过程、工作条件。在设计时应当充分考虑使用环境的特性。 在封装过程中,除了应加大工艺控制,如减少封装体内水汽含量,减小金属框架对封装的影响外,对塑封料的选择也是非常关键的。 同时在塑封器件运输、装卸、存贮等过程中,必须采取一定的保护措施,如必要的防潮保护(防潮气侵入)、物理损伤保护(以免引线弯曲或断裂)、防静电放电保护等。针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。 合明科技摄像模组感光芯片CMOS晶片镜片清洗剂,LED芯片焊后助焊剂锡膏清洗剂、CMOS焊接后清洗剂、FPC电路板清洗剂、SMT元器件封装工艺清洗剂、微波组件助焊剂松香清洗剂、车用IGBT芯片封装水基清洗方案,SMT电子制程水基清洗全工艺解决方案,汽车用 IGBT芯片封装焊后清洗剂,IGBT芯片清洗剂,IGBT模块焊后锡膏清洗剂,IGBT功率半导体模块清洗,SMT锡膏回流焊后清洗剂,PCBA焊后水基清洗剂,系统封装CQFP器件焊后助焊剂清洗剂、SIP芯片焊后清洗剂、BMS电路板焊后清洗剂,半导体分立器件除助焊剂清洗液、半水基清洗剂、IGBT功率模块焊后锡膏水基清洗剂、PCB组件封装焊后水性环保清洗剂、SMT封装焊后清洗剂、精密电子清洗剂、半导体分立器件清洗剂、SMT焊接助焊剂清洗剂、锡嘴氧化物清洗剂、PCBA清洗剂、芯片封装焊后清洗剂、水性清洗剂、FPC清洗剂、BGA植球后清洗剂、球焊膏清洗剂、FPC电路板水基清洗剂、堆叠组装POP芯片清洗剂、油墨丝印网板水基清洗全工艺解决方案、BMS新能源汽车电池管理系统电路板制程工艺水基清洗解决方案、储能BMS电路板水基清洗剂、PCBA焊后助焊剂清洗剂、组件和基板除助焊剂中性水基清洗剂、功率电子除助焊剂水基清洗剂、功率模块/DCB、引线框架和分立器件除助焊剂水基清洗剂、封装及晶圆清洗水基清洗剂、倒装芯片水基清洗、SIP和CMOS芯片封装焊后清洗剂、SMT钢网、丝网和误印板清洗除锡膏、银浆、红胶,SMT印刷机网板底部擦拭水基清洗剂、焊接夹治具、回流焊冷凝器、过滤网、工具清洗除被焙烤后助焊剂和重油污垢清洗剂,电子组件制程水基清洗全工艺解决方案。

  • SMT焊盘助焊剂清洗液合明科技分享:SMT 焊盘设计中的关键技术

    SMT焊盘助焊剂清洗液合明科技分享:SMT 焊盘设计中的关键技术

    SMT焊盘助焊剂清洗液合明科技分享:SMT 焊盘设计中的关键技术合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳. 先进封装包括倒装芯片、WLCSP晶圆级芯片封装、3D IC集成电路封装、SiP系统级封装、细间距封装等等。作者:夏滔 摘要: 摘要表面贴装技术(SMT)焊盘的设计原理、工艺及存在的实质性问题容易引起误差,总结了SMT印刷电路板常见的影响焊盘设计质量的误差,指出了一些需要特别注意的问题。为相关设计人员提供参考。 SMT 代表表面贴装技术,这是第四代电子贴装技术。它在二十世纪八十年代才进入中国的工业市场,给市场带来了一定程度上的进步与活力。因为这项技术的制作成本较低,占据的空间小,再加上它的可靠性比较高,所以电子工业中它的应用越来越广泛,也越来越普遍了。但每一件事都有利有弊,即便这是项新技术,也是如此。所以本文分析了有关该技术的一些问题,希望对今后的研究有所帮助。 一、概述 贴片图形设计是 PCB 设计的关键部分。它的作用较为明显,即可以决定设备元件在焊盘上应该放置的位置,同时它可以判断焊盘的焊点是否可靠,焊接过程是否会出现危险或缺陷,以及它对焊盘的清洗方面和维修方面都有着一定的重要作用。此外,它对于焊盘的可测试性也有着一定的帮助。焊盘的平面设计是决定表面装配工艺性的关键因素之一。然而,不同规格、不同结构的 SMC/SMD 表面贴装元件,制造商也实现了同一元件的功能,其包装形式也可能不同,对于给定的包装类别,其尺寸有一些不同。由于制造商的不同,使得焊头的宽度尺寸是最重要的,再加上尺寸公差有很多限制,所以焊接板的图形设计非常复杂。因此,我们制定并建立了自己的内部规范,通过对焊盘图形设计的有效控制,以此来降低设计图纸的复杂程度,提高焊点的准确性。表面装配垫的设计与表面装配中对合适零件的选择及焊接工艺方法都有着密切的联系。正确的衬垫应该和所选零件的尺寸相合,并可用于与不同制造商略有不同的零件。它能适应不同的工艺,最大限度地满足布置和布线的要求。 二、焊盘圈形设计中的关键技术 (一)表面组件的选择与焊盘的设计之间的关系 选择合适的元器件的原则是在保证元器件的功能和性能得到满足的基础上,保证所选的零件符合系统和电路的原理,还遵守了装配工艺形式的要求。此外,选择合适的供货商提供元器件,要确保供货商的数量最好一定,不要每一次都改变供货商。这样做,可以在一定程度上减少平面设计存在的一些误差,以至于增加了设计的复杂度。毕竟,不一样的元器件,在设计时需要考虑的因素也不一样。 (二)矩形无源元件焊盘图形设计 不同的元件,其构件的数据不同,采用的焊接技术也不能相同,要有所区别。因此,对于无源元件来说,最好的焊接工艺就是波峰焊和回流焊这两种焊接方式。又由于不一样的焊接方法和工艺,它们焊接时的热量分布也不一样,不同工艺的焊盘图形尺寸也不同,所以,为了更加地优化焊接图形,就需要更好地了解焊接图形的设计。不过最主要的原因其实是,元件在焊接过程中,很容易出现移动和直立。不过,这样的问题,在采用波峰焊这种方式时,由于采用了粘合剂,所以元件的这些问题出现的几率并不频繁。因此,为回流焊设计的最佳焊盘模式适用于波峰焊。显然,矩形元件焊盘在波峰焊和回流焊工艺中的图形设计是可取的。 (三)SOIC、PLCC 焊盘圆形分析 在过去,SOIC、PLCC 和 QFP 元件的焊盘图案都是矩形的。圆形焊接是印刷电路生产的一种良好选择。主要原因如下 :( 首先改善 PCB 表面的食品 / 铅焊接层的平面厚度;其次离子污染少,边角树枝状突性生长减少;最后是焊盘间线路更紧密。三、设计印制板时与埠盘的关键 (1)对称性。自行设计衬垫时,应严格保持对称使用的衬垫,即衬垫的形状和尺寸应完全相同,图形的位置应完全对称。(2)CAD 系统。设计焊盘图形时最好以 CAD 系统中的焊盘和线条为元素来没计。这样,如果以后图形需要一些改进,也可以根据现有的依据进行再编辑。(3)标志。一般来讲,焊盘内是不能存在一些带有字符或者是图像的标志的,所以,如果需要印刻上标志的话,标志符号的位置必须保证它离焊盘的边缘有一段距离,最好大于 0.5mm。除此之外,如果有焊盘没有外引器件,那么就要确定它的媒盘之间不存在通孔,这样才能保证清洗时焊盘的质量不出问题。(4)引脚。对于每个元器件必须正确标注所有引脚的顺序号,以免引线接脚混淆。同时,对于距离引脚中心 0.65mm,或者大于此距离的其他细间距元件,最好在焊盘图形的对角线方向上面,增加两个用于光学定位的标志,对称的裸铜标志就可以。这样可以大大减少问题的出现,是整个设备的质量得到保证。 四、注意问题 (一)印刷板 在 PCB 板上,需要保留导电图案 ( 如互连线、接地线、相互导体等 ),并且使用的还要是裸铜箔,不要用其他的材料。这就代表着,由于金属镀层和熔点是低于焊接温度的,因此,涂层不应该允许避免开裂或起皱的焊接电阻镀膜的网站,以保证 PCB 板的焊接质量和外观。 (二)查选资料 检查或调用焊盘尺寸图形数据时,一定要选择与自己组件的各项数据都符合的尺寸,还要保证它们互相匹配。工作人员需要克服面对数据分析时,不经过分析比较就直接在软件库中进行复制。以及直接使用 pad 现有的图形这种不良习惯,也是需要改正的。除了这些,在焊盘图形尺寸进行设计、检查或调用时,有必要区分您选择的组件及其代码,焊接相关尺寸等。 五、结束语 SMT 衬垫设计实际说来并不是高尖端的技术,因此存在的设计问题就很容易被设计人员忽视,如果不认真对待,会使投入的资金出现不必要的流失,同时如果重新进行制作就会浪费更多的时间,并不值得。因此,在设计 SMT 印制电路板时,必须充分注意以上几点,确保设计的印制电路板能够满足 SMT 生产工艺的要求,保证焊接产品的质量。为了使印刷板达到最好的性能,我们必须重视它。针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。 合明科技摄像模组感光芯片CMOS晶片镜片清洗剂,LED芯片焊后助焊剂锡膏清洗剂、CMOS焊接后清洗剂、FPC电路板清洗剂、SMT元器件封装工艺清洗剂、微波组件助焊剂松香清洗剂、车用IGBT芯片封装水基清洗方案,SMT电子制程水基清洗全工艺解决方案,汽车用 IGBT芯片封装焊后清洗剂,IGBT芯片清洗剂,IGBT模块焊后锡膏清洗剂,IGBT功率半导体模块清洗,SMT锡膏回流焊后清洗剂,PCBA焊后水基清洗剂,系统封装CQFP器件焊后助焊剂清洗剂、SIP芯片焊后清洗剂、BMS电路板焊后清洗剂,半导体分立器件除助焊剂清洗液、半水基清洗剂、IGBT功率模块焊后锡膏水基清洗剂、PCB组件封装焊后水性环保清洗剂、SMT封装焊后清洗剂、精密电子清洗剂、半导体分立器件清洗剂、SMT焊接助焊剂清洗剂、锡嘴氧化物清洗剂、PCBA清洗剂、芯片封装焊后清洗剂、水性清洗剂、FPC清洗剂、BGA植球后清洗剂、球焊膏清洗剂、FPC电路板水基清洗剂、堆叠组装POP芯片清洗剂、油墨丝印网板水基清洗全工艺解决方案、BMS新能源汽车电池管理系统电路板制程工艺水基清洗解决方案、储能BMS电路板水基清洗剂、PCBA焊后助焊剂清洗剂、组件和基板除助焊剂中性水基清洗剂、功率电子除助焊剂水基清洗剂、功率模块/DCB、引线框架和分立器件除助焊剂水基清洗剂、封装及晶圆清洗水基清洗剂、倒装芯片水基清洗、SIP和CMOS芯片封装焊后清洗剂、SMT钢网、丝网和误印板清洗除锡膏、银浆、红胶,SMT印刷机网板底部擦拭水基清洗剂、焊接夹治具、回流焊冷凝器、过滤网、工具清洗除被焙烤后助焊剂和重油污垢清洗剂,电子组件制程水基清洗全工艺解决方案。

  • 倒芯片倒装芯片焊剂清洗液合明科技分享:芯片互连超声键合技术连接机制探讨

    倒芯片倒装芯片焊剂清洗液合明科技分享:芯片互连超声键合技术连接机制探讨

    倒芯片倒装芯片焊剂清洗液合明科技分享:芯片互连超声键合技术连接机制探讨合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳. 先进封装包括倒装芯片、WLCSP晶圆级芯片封装、3D IC集成电路封装、SiP系统级封装、细间距封装等等。摘 要:超声键合是实现集成电路封装中芯片互连的关键技术之一。对于超声键合过程焊点形成机理以及超声在键合过程中发挥的作用的正确理解是实现参数优化和获得可靠焊点的关键。综述了超声键合技术连接机理, 归纳总结并探讨了四种键合机制, 包括 :摩擦生热键合理论 、位错理论 、滑动摩擦及变形理论和微滑移理论。关键词 :超声键合 ;连接机理 ;芯片互连集成电路(IC)封装中 ,有三种方法可以实现芯片的电气互连:倒芯片 、载带自动焊及丝线键合。其中丝线键合在工业上占集成电路 芯片互连的 95%,每年有超过4万亿的丝线键合焊点产生 [ 1] 。根据施加能量的不同,丝线键合分三种类型 :热压键合 、超声楔焊与热超声丝球键合。其中热超声丝球键合同时应用超声与热能实现连接过程, 键合工具采用对称的毛细管形劈刀 ,在工艺上具有较高的灵活性 。Au丝球热超声健合第一焊点(球形焊点)形成过程示意图 [ 2]如图 1所示 。在丝线尾部通过电火花加热形成 Au丝球;劈刀向下运动, 使 Au丝球与芯片焊盘接触 ,通过劈刀施加键合力, 同时劈刀在超声作用下作水平方向振动形成球形焊点(如果此时没有施加超声能量 ,即为热压键合 )。美国国家标准技术研究所(NIST)的 George Harman院士撰写的《丝焊技术-微电子材料、工艺及可靠性》一书中指出:尽管丝线键合在工业上是成熟的制造工艺, 但是仍旧缺乏对丝线键合机理的定量的、科学理论意义上的理解 。电子工业小型化及高集成度的需求推动丝线键合技术朝着高精度方向的发展,新材料的应用对原有键合工艺以及焊点的可靠性提出了新的挑战 。现代丝球键合设备参数多而复杂,试错方法工艺优化过分依赖于试验 。据统计, 半导体器件的失效大约有 1 /3 ~1 /4是在丝线键合工艺环节中产生的, 因而正确理解键合机理无论是对于参数优化设计及工艺控制, 还是对电子产品的长期使用可靠性都具有深远的意义。本文将对超声键合过程焊点形成物理机制进行综述 , 分析焊点键合过程各个工艺因素的影响作用, 这将为丝球键合技术提供理论基础 , 对芯片互连丝线键合工艺具有一定的指导作用。1 影响键合质量的工艺因素分析热超声键合过程中共有四个主要的工艺参数:超声能量、键合力 、键合时间及键合温度。芯片互连中丝线超声键合与热压键合的区别之处就是超声能量的作用,有很多研究试图理解超声键合过程的本质及超声是通过什么方式影响键合过程, 但是目前还没有一个统一的完全有根据的理论 。根据一些研究结果 ,现在可以认为 ,超声丝线键合的本质 , 属于固态连接过程。1 超声能量的作用关于超声对金属的作用,有两个著名的 “非线性 ”效应 :超声软化和硬化。超声软化, 就是在应用超声的过程中,声学发射降低了金属材料塑性变形所需的静态应力。另一方面 ,在超声软化之后可以观察到超声硬化 。Langencker研究了超声对金属变形特征的影响 [ 3] 。通过对高纯度铝单晶的拉伸试验得出的应力应变曲线表明,随着超声能量的增加,金属的剪切应力下降。能量密度较大的超声和温度似乎对剪切应力的影响规律相似。但是明显的区别是当超声能量仅仅是热能的 10- 7时 ,就可以导致零应力的产生 。所需能量的不同已经被归结为在位错集中的地方比较容易吸收声能。假定声能只能在金属晶格中的由于塑性变形产生的位错和晶界处吸收, 而在无缺陷的晶体区域发现了声能的衰减。但是热能却均匀分布在晶体的所有原子位置 ,包括那些没有参与塑性变形的部分原子。因此通过热量产生塑性变形就比超声的效率低 。超声软化将使A l和 Au的连接区域没有冷加工金相结构 。A l-Al超声焊的连接区域 TEM 观察表明发现了小角度晶界、位错环 ,但是没有发现高密度位错区,这表明丝线和基板的连接区域在连接过程发生了退火 。进一步的研究表明, A l-A l楔焊过程丝线和基板经历了动态回复和再结晶。丝线原始组织为具有细小的(10 μm 左右 )的等轴晶粒结构。楔焊后,在经历了超过 50%的压缩变形后, 仍然保持细小的等轴晶粒, 带有较低的位错密度。基板由于尺寸上的限制,没有产生明显的宏观变形 ,但是晶粒转变成细小的等轴结构,同时产生了位错环。超声硬化 ,与超声能量相关的另一个现象,在应用足够的振幅后产生。Langenecker观察到, 如果将15 W /cm2 能量密度的超声能量应用到Zn单晶上,在超声能量停止后 , 将会产生一个残余效应 , 即硬化。致使 Zn单晶变形所需的剪切应力将高于没有施加超声能量所需的应力。Langencker的超声软化和硬化效应是基于单晶铝和单晶锌得出来的结果, 对于丝球键合技术上普遍应用的 Au丝和即将普及的 Cu 丝目前还没有很有利的证明。1. 2键合力时间及温度的作用超声键合过程中,键合力的作用是起到紧密夹持待焊丝线,以便使超声能量传递到键合界面。键合力通过 “阻尼效应”影响键合质量。在相同的超声功率作用下 ,劈刀端部的振幅随着键合力的增加呈指数关系下降。热超声键合的时间通常在20 m s ~1 000 m s范围内 ,工业生产中通常需要较短的键合时间来提高生产效率 。热超声键合温度的影响作用表现在:金属的屈服强度随着温度的提高而下降, 因而使丝线在键合过程中容易变形而实现结合 。1. 3 超声键合焊点质量评价热超声丝球键合是通过键合工具施加键合力,通过超声和热的作用实现丝球和芯片焊盘的连接。丝球焊点形成后,通常通过剪切试验来判断焊点质量的好坏。剪切试验示意图如图 2所示。焊点在剪切工具水平方向的力的作用下,与芯片焊盘脱离,剪切设备同时记录剪切力的大小 ,以判断焊点的结合强度。同时 ,通过观察剪切断面上金属间化合物的生成情况判断丝球与焊盘的结合程度。Au球焊点剪切断面上 Au球底部金属间化合物生成情况如图3所示。因为芯片上通常采用A l作为焊盘金属化层 ,而 Au和 A l很容易在超声键合过程中生成金属间化合物, Au -Al化合物越多,说明结合状况越好。2 超声键合机理关于芯片互连中丝线超声键合技术的机理,可以归纳总结为以下四种理论。 2. 1 摩擦生热键合理论摩擦生热键合理论认为:在超声键合过程中,在丝线 -基板焊盘表面产生滑动与摩擦, 因此产生热量 。在微小接触区域产生的热量使其周围的少量金属熔化,因此形成了熔化连接区域。在超声丝线键合研究的早些年代 ,热理论占据主要位置 。但是一些反面的证据使得热理论并不成立。研究人员采用薄的快速响应的热电偶测量了超声丝线键合过程中温度响应 [ 4] 。测量结果发现温度在80 ℃~177 ℃之间。这些温升对于产生熔融的焊点是不可能的。关于这种测量方法存在争议,因为测得的温度只是平均温度而不是峰值温度, 但是现在没有证据能够证明产生了熔焊焊点。因为一个熔焊焊点应该具有凝固的铸态晶体结构, 但是在超声丝线键合的连接区域的金相组织观察和 TEM都没有发现这种晶体结构。H arm an等人在液氮 ( - 195 ℃)的环境下实现了超声键合[ 5] 。在键合过程中没有发现氮气的气泡, 这表明超声键合过程中温度的上升不足以产生足够的冶金效应。2. 2 位错理论Levine在 Langencke r的 “超声软化 ”理论基础上, 提出来的位错理论认为 [ 6] :超声能量使材料的屈服强度下降,产生了位错的迁移和较高的位错密度,因而在晶格内产生了滑移机制 。同时施加的连接力使材料发生进一步屈服和变形。当有变形产生时,材料产生了应变硬化。当硬化的材料将能量传递到丝线 -焊盘界面的时候 ,滑移面在界面处升高,产生一个新鲜洁净的材料表面缺口 , 洁净的材料表面之间的接触和扩散导致了连接的形成 。位错理论提出了一个新鲜洁净的金属表面生成机制,对解释键合机理非常有用。但是 ,位错理论只能解释在键合面的部分区域产生了纳米尺度的连接, 虽然这些纳米尺度的连接对焊点的形成可能会有些贡献 ,但是并不能说明在整个区域可以形成牢固的冶金结合 。另外 ,位错理论还认为在界面存在扩散 ,而超声键合界面处的温度和键合时间的限制,扩散会对键合界面强度的作用可能微乎其微 。因此, 位错理论对于解释丝线键合焊点的形成仍然存在不足。2. 3 滑动摩擦与变形理论研究表明 :A l丝与 A l焊盘超声键合楔形焊点的接触区域,只有边缘部分实现了连接 ,而中心区域并未焊合 。H arm an认为 :在超声键合过程中, A l丝的变形表现为两个阶段。第一阶段主要发生 A l丝与 A l焊盘的摩擦过程;在第二阶段, A l丝与 A l焊盘已经发生了部分连接,主要发生的是劈刀与 A l丝之间的滑动过程 。同时, A l丝由于压力的作用发生塑性变形。由于材料的不同, 两个阶段的时间将有变化 ,同时连接的机理也不同 。铝丝 -铝膜键合时,摩擦系数大,滑动摩擦很快停止。中心未连接,而只在边缘发生连接。流动与超声方向垂直 。变形的第一阶段很短,而第二阶段长。如果是 A l丝与 Au 焊盘之间进行超声键合,则情形完全相反。在键合中心区域将会实现连接。原因可能是因为铝丝 -金焊盘键合时 ,由于摩擦系数小, A l丝与 Au焊盘之间将在长时间内相互滑动摩擦 , 中心部位有与超声振动方向平行的流动, 而在其外侧有垂直方向的流动 。变形的第一阶段长而第二阶段短。Mayer通过原位的微传感器测量了 Au丝球热超声键合过程中产生的应力和温度变化。结果表明 ,键合过程中球与基板焊盘之间的相对运动对于焊点的形成非常重要 。如果界面没有相对滑动产生 ,将不会实现结合。连接界面的滑动示意图如图4所示。 Takahashi等人 [ 7]认为球形焊点中心区域未焊合是由于变形过程造成的, 而不是摩擦的作用 。与接触界面垂直的应力主要是由劈刀工具施加的外力产生的 ,这个力很大, 致使丝的表面不能在引线上产生滑动 。所以周边连接区域的形成主要是由于连接丝线横向变型造成的界面变形(延展 )产生的。变形理论认为超声键合的原理与热压键合相似,因而忽略了超声能量对焊点形成的作用。认为通过材料变形破坏氧化膜产生连接, 超声只起到了增加变形量的作用。但是 Norm an Zhou等人的研究结果表明 [ 8] ,带有超声和没有超声的焊点 ,在经历了同样的变形之后, 焊点的结合程度和强度是不同的 。很明显 ,超声不只是增加了变形量,对焊点的形成起到了其他的作用 。2. 4 微滑移理论很多研究将热超声键合中的丝球与基板焊盘的结合简化为在正应力和剪切力作用下的接触对。Mindlin[ 9] 研究了两个理想的弹性球体在正应力(N )和剪切力(S)作用下的相对运动 。当两个球体在正应力作用下接触时, 接触区域是半径为 a 的圆形, 且 a与 N 1 / 3成正比 。当剪切力超过 μsN (这里 μs为静态摩擦系数)时, 将会产生宏观的滑动。相反,如果剪切力小于 μsN 时, 将会在接触区内引入一个剪切牵引力 (q)。如果接触区域没有滑移产生, 该牵引力将会无穷大。很明显, 这个无穷大的牵引力是不可能获得的。因此接触区的周边将会产生滑移以释放应力, 通常该滑移在 0. 25 μm ~2. 5 μm 。M indlin给出了计算接触区周边微滑移区域的尺寸公式 :式中 :N —正应力; S—剪切力; μs—静态摩擦系数; a′—同心圆内内圆半径; a—接触区半径。a′为同心圆内内圆半径如图5(a)所示。因此,微滑移区域将在 a′<r <a 之间产生。而在半径为a′的圆形区域内没有微滑移产生(静止区域 )。微滑移的同心圆区域随着剪切力的增加而向内扩展,直到达到接触区的中心 ,如图 5(b)所示。Chen等人基于 Mindlin的弹性接触理论 , 提出了超声键合过程的微观滑移理论 [ 10] 。微滑移理论的观点如下:连接是在接触面上粗糙的突起之间产生的 ,而这些粗糙的突起是两个清洁的金属表面接触的时候在正向和切向方向的力的共同作用产生的。为了释放横向剪切应力, 在接触区域的周边同心圆区域产生微观滑移,因此在同心圆内产生连接 。Johnson研究了超声震荡的切向力对金属板和金属球体接触表面的影响 [ 11] 。研究结果似乎可以为Mindlin理论提供证据。Johnson研究发现当切向力较小但是还没有产生整体滑动时, 可以在接触面的周边同心圆区域产生微滑移造成表面磨损。随着切向力的增加,磨损的同心圆区域增大,直至中心。Lum [ 12]在研究金丝球焊过程中发现了相似的现象,随着超声能量的增加 (切向力 ), 在 Au丝球焊焊点剪切界面上发现了连接的同心圆区域面积增加,如图 6所示。由此提出了在键合过程中产生了微滑移向整体滑动的过渡的机制。该键合机制示意图如图 7所示。其中灰色区域表明发生了磨损,点化线区域表示键合劈刀内径 ,连接密度通过斜线密度表示 。Mindlin的理论是基于弹性假设的基础上, 并没有考虑材料的塑性行为。而在实际键合过程中 ,当两个金属表面在正向力和切向力的作用下相互接触时,材料会发生塑性变形, 切向力的作用将会使接触面积呈增加的趋势。而 Johnson的试验和 Lum 的试验在超声作用下,金属应该产生了塑性变形 ,但是为什么实验与基于弹性假设的微滑移理论能够符合,两者之间的矛盾至今还不明确 。另外 ,如果超声键合过程产生微滑移, 必定产生摩擦和磨损。但是微滑移理论并没有提到超声键合中发生的磨损现象。热超声丝线键合过程中, 超声的作用使得丝球和基板焊盘界面往返运动 ,键合劈刀的端部振幅与超声能量成正比。球与基板焊盘的相对滑动将会使键合材料表面产生磨损 ,磨损程度可以根据接触面相对运动公式进行计算 [ 13] :式中 :t—所需时间 ;d—材料磨损深度;P —平均压力;H —材料硬度;K —磨损系数;V—滑动速度。 键合过程中材料表面磨损的发生将有助于去掉表面的氧化膜和污染物质。3 结束语通过对超声键合过程焊点形成机制的综述可以发现,以上各种键合理论都存在各自的不完善之处,特别是超声对键合焊点形成所起的作用一直是学者专家们致力于解决的问题。对于超声键合机制的正确理解又是参数优化设计、工艺控制的关键 ,也有助于控制键合过程中缺陷的形成, 提高电子产品的可靠性 。随着新材料不断在集成电路封装中获得应用, 对于芯片互连超声键合机制的理论研究仍然是丝球键合技术中的关键所在。(end)作者 : 田艳红针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。 合明科技摄像模组感光芯片CMOS晶片镜片清洗剂,LED芯片焊后助焊剂锡膏清洗剂、CMOS焊接后清洗剂、FPC电路板清洗剂、SMT元器件封装工艺清洗剂、微波组件助焊剂松香清洗剂、车用IGBT芯片封装水基清洗方案,SMT电子制程水基清洗全工艺解决方案,汽车用 IGBT芯片封装焊后清洗剂,IGBT芯片清洗剂,IGBT模块焊后锡膏清洗剂,IGBT功率半导体模块清洗,SMT锡膏回流焊后清洗剂,PCBA焊后水基清洗剂,系统封装CQFP器件焊后助焊剂清洗剂、SIP芯片焊后清洗剂、BMS电路板焊后清洗剂,半导体分立器件除助焊剂清洗液、半水基清洗剂、IGBT功率模块焊后锡膏水基清洗剂、PCB组件封装焊后水性环保清洗剂、SMT封装焊后清洗剂、精密电子清洗剂、半导体分立器件清洗剂、SMT焊接助焊剂清洗剂、锡嘴氧化物清洗剂、PCBA清洗剂、芯片封装焊后清洗剂、水性清洗剂、FPC清洗剂、BGA植球后清洗剂、球焊膏清洗剂、FPC电路板水基清洗剂、堆叠组装POP芯片清洗剂、油墨丝印网板水基清洗全工艺解决方案、BMS新能源汽车电池管理系统电路板制程工艺水基清洗解决方案、储能BMS电路板水基清洗剂、PCBA焊后助焊剂清洗剂、组件和基板除助焊剂中性水基清洗剂、功率电子除助焊剂水基清洗剂、功率模块/DCB、引线框架和分立器件除助焊剂水基清洗剂、封装及晶圆清洗水基清洗剂、倒装芯片水基清洗、SIP和CMOS芯片封装焊后清洗剂、SMT钢网、丝网和误印板清洗除锡膏、银浆、红胶,SMT印刷机网板底部擦拭水基清洗剂、焊接夹治具、回流焊冷凝器、过滤网、工具清洗除被焙烤后助焊剂和重油污垢清洗剂,电子组件制程水基清洗全工艺解决方案。

  • flux助焊剂清洗剂合明科技分享:元器件为什么会无缘无故地失效了?

    flux助焊剂清洗剂合明科技分享:元器件为什么会无缘无故地失效了?

    flux助焊剂清洗剂合明科技分享:元器件为什么会无缘无故地失效了?合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳. 先进封装包括倒装芯片、WLCSP晶圆级芯片封装、3D IC集成电路封装、SiP系统级封装、细间距封装等等。有时候器件是“寿终正寝”,有时候是存在压力但不明显。器件的“寿终正寝”是一种源于物理或化学变化的累积性衰退效应。大家都知道,电解电容和某些类型的薄膜电容“终有一死”,原因是在微量杂质(氧气等)和电压力的共同作用下,其电介质会发生化学反应。集成电路结构遵循摩尔定律,变得越来越小,正常工作温度下的掺杂物迁移导致器件在数十年(而非原来的数百年)内失效的风险在提高。另外,磁致伸缩引发的疲劳会使电感发生机械疲劳,这是一种广为人知的效应。某些类型的电阻材料会在空气中缓慢氧化,当空气变得更为潮湿时,氧化速度会加快。同样,没有人会期望电池永远有效。因此,在选择器件时,有必要了解其结构和可能的老化相关失效机制;即使在理想条件下使用器件,这些机制也可能发生影响。本文不会详细讨论失效机制,但多数声誉良好的制造商会关注其产品的老化现象,对工作寿命和潜在失效机制通常都很熟悉。许多系统制造商针对其产品的安全工作寿命及其限制机制提供了相关资料。然而,在适当的工作条件下,大多数电子器件的预期寿命可达数十年,甚至更长,但有些仍会过早失效。原因常常是不被人注意的压力。在这个“非常见问题解答”栏目中,我们不断地提醒读者:一个引用墨菲定律的有用说法是“物理定律不会仅仅因为你没注意它而不起作用”。许多压力机制被轻易地忽视。任何设计海洋环境下使用的电子产品的人,都会考虑盐雾和湿度—这是理所应当的,因为它们太可怕了!其实,许多电子设备都可能遭遇不那么可怕,但仍可能造成伤害的化学挑战。人(和动物)的呼吸含有湿气,而且略呈酸性。厨房和其他家居环境包含各类轻度腐蚀性烟雾,如漂白剂、消毒剂、各类烹饪烟雾、油和酒精等,所有这些烟雾的危害都不是很大,但我们不应想当然地认为,我们的电路会在受到完好保护的条件下“安度终生”。设计人员务必要考虑电路会遇到的环境挑战,在经济可行的情况下,应当通过设计来将任何潜在危害降至最小。静电损害(ESD)是一种压力机制,与此相关的警告是最常见的,但我们往往视而不见。PCB在生产时,工厂会采取充分措施来消除制造过程中的ESD,但交付后,许多PCB被用在对一般操作引起的ESD没有足够防护措施的系统中。做好充足的防护并不难,只是会增加少许成本,因而常常遭到忽略。(可能是因为经济不景气)。在正常使用的最极端情况下评估系统电子器件需要何种ESD保护并考虑如何实现,应当成为所有设计的一部分。 另一个因素是过压。很少有人要求半导体或电容即使遭受重大过压也无恙,但大值电阻遇到远大于数据手册所列绝对最大值的电压是常见现象。问题在于:虽然其阻值足够高,不会变热,但内部可能产生微小电弧,导致其缓慢漂移而偏离规格,最终短路。大的绕线电阻通常具有数百伏的击穿电压,因此,过去这个问题并不常见,但如今广泛使用小型表贴电阻,其击穿电压可能低于30 V,相当容易受过压影响。大电流也会造成问题。大家都很熟悉普通保险丝—它是一段导线,如有过大电流流经其中,它就会变热并熔断,从而防止电源短路及其他类似问题。但是,若在非常小的导体中有极高的电流密度,导体可能不会变得非常热,不过最终仍可能失效。原因是所谓的电迁移3(有时也称为离子迁移)。即导电电子与扩散金属原子之间的动量传递导致导体中的离子逐渐运动,引起物质运输效应。这使得携带大直流电流的薄导体随着时间推移而变得越来越薄,最终失效。但有些部分会像保险丝一样失效,即熔断,比如导线或半导体芯片上的导电走线。大电流造成这种现象的一个常见原因是电容充电电流太大。考虑一个ESR为1 Ω的1 µF电容,如果将它连接在110 V、60 Hz交流电源上,则有大约41 mA的交流电流流经其中。但如果在电压处于最大值(110√2 = 155.6 V)时连接到交流电源,则只有ESR会限流,峰值电流将达到155.6 A,尽管其持续时间不到1 μs,也足以损坏许多小信号半导体器件。重复发生浪涌可能会损坏电容本身,尤其是电解电容。在用于给小型电子设备充电的廉价低压开关电源(“壁式电源适配器”)中,这是特别常见的失效机制。如果在一个交流周期的错误时间插入,整流器和电容就会携带非常大的浪涌电流,这种情况若多次发生,最终可能会损坏器件。用一个小电阻与整流器串联,可以限制此浪涌电流,使问题最小化。如果我们很幸运,ESD或过压/过流事件会立即损坏器件,这样很容易知道问题所在。但更常见的情况是,压力引起的损害导致器件失效,而最开始引发故障的压力早已消失。要诊断此类失效的原因是非常困难的,甚至是不可能的。无论设计什么电路,都有必要考虑所用器件的工作寿命和失效机制,以及在容许的最极端使用条件下,是否有任何潜在问题或压力源会导致器件受损。任何此类问题都应当考虑,并尽可能在最终设计中予以最小化。针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。 合明科技摄像模组感光芯片CMOS晶片镜片清洗剂,LED芯片焊后助焊剂锡膏清洗剂、CMOS焊接后清洗剂、FPC电路板清洗剂、SMT元器件封装工艺清洗剂、微波组件助焊剂松香清洗剂、车用IGBT芯片封装水基清洗方案,SMT电子制程水基清洗全工艺解决方案,汽车用 IGBT芯片封装焊后清洗剂,IGBT芯片清洗剂,IGBT模块焊后锡膏清洗剂,IGBT功率半导体模块清洗,SMT锡膏回流焊后清洗剂,PCBA焊后水基清洗剂,系统封装CQFP器件焊后助焊剂清洗剂、SIP芯片焊后清洗剂、BMS电路板焊后清洗剂,半导体分立器件除助焊剂清洗液、半水基清洗剂、IGBT功率模块焊后锡膏水基清洗剂、PCB组件封装焊后水性环保清洗剂、SMT封装焊后清洗剂、精密电子清洗剂、半导体分立器件清洗剂、SMT焊接助焊剂清洗剂、锡嘴氧化物清洗剂、PCBA清洗剂、芯片封装焊后清洗剂、水性清洗剂、FPC清洗剂、BGA植球后清洗剂、球焊膏清洗剂、FPC电路板水基清洗剂、堆叠组装POP芯片清洗剂、油墨丝印网板水基清洗全工艺解决方案、BMS新能源汽车电池管理系统电路板制程工艺水基清洗解决方案、储能BMS电路板水基清洗剂、PCBA焊后助焊剂清洗剂、组件和基板除助焊剂中性水基清洗剂、功率电子除助焊剂水基清洗剂、功率模块/DCB、引线框架和分立器件除助焊剂水基清洗剂、封装及晶圆清洗水基清洗剂、倒装芯片水基清洗、SIP和CMOS芯片封装焊后清洗剂、SMT钢网、丝网和误印板清洗除锡膏、银浆、红胶,SMT印刷机网板底部擦拭水基清洗剂、焊接夹治具、回流焊冷凝器、过滤网、工具清洗除被焙烤后助焊剂和重油污垢清洗剂,电子组件制程水基清洗全工艺解决方案。

  • BGA芯片焊球SAC305焊膏清洗剂合明科技分享:焊点性能严重劣化的不良微观组织

    BGA芯片焊球SAC305焊膏清洗剂合明科技分享:焊点性能严重劣化的不良微观组织

    BGA芯片焊球SAC305焊膏清洗剂合明科技分享:焊点性能严重劣化的不良微观组织合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳. 先进封装包括倒装芯片、WLCSP晶圆级芯片封装、3D IC集成电路封装、SiP系统级封装、细间距封装等等。摘要: 焊点的机械性能取决于焊点的微观组织,而微观组织取决于焊料组分、被焊接基底金属、焊点的结构以及焊接时的工艺条件。实际的制造中,如果忽略了焊点结构和工艺条件对焊点微观组织的影响,将可能形成严重劣化的焊点机械性能,进而形成影响焊点可靠性的不良的微观组织。主要介绍一些常见的不良微观组织,以便意识到高可靠性焊点的形成不是“随便”可以实现的,不是仅看看外观符合IOPC-A-610的要求就可以了,必须关-注工艺的细节,确保焊点的微观组织符合要求。关键词:焊点性能;微观组织;焊点结构;工艺条件;可靠性 不良微观组织,业界没有这样的定义,是作者收集到的一些对可靠性有重要影响的结晶组织和界面金属间化合物等因素而总结出的概念,这些组织可能是由焊料合金组分,或PCB镀层,或凝固过程,或焊点结构,或工艺条件等原因形成。不管是什么原因,其形成的微观组织影响到焊点的强度和热疲劳性能,统统把它们归为不良的微观组织。本文涉及的不良微观组织主要是界面金属间化合物(IMC), 它们对过应力非常敏感。界面金属间化合物,通常都具有的特性为:1)较硬脆,这是金属间化合物的一个基本特性。2)热膨胀系数与焊料严重适配(如Sn合金为23×10-6/℃;Ni3Sn4为13.7×10-6/℃) 。3)微观组织往往存在缺陷,如柯肯达尔(krkendall)空间、Ni3P结晶体和黑盘等。4)在服役过程中,界面处的金属间化合物仍然会不停生长,如果生长过度会导致界面弱化甚至开裂。 这些特性对焊点的连接可靠性影响很大,特别是在受到过应力、冲击应力作用时容易发生焊点开裂或断裂的现象。正是这种原因,有些论文或专著,专门讨论界面金属间化合物对焊点可靠性的影响问题[1-2]1 块状化IMCgx 块状化IMC,并不是一个专业术语,作者用它来描述一种超厚、超宽且断续的IMC形态(如图1所示的切片图呈现的形貌)--扇贝形IMC组织,该组织粗大(w≥5µm、h≥5µm)、连续层相对非常薄,甚至个别地方有断开现象。图1 块状化IMC特征(放大位数≥1000倍) 图2为BGA高温长时间再流焊接形成的焊点切片图,呈典型的块状化IMC结构。BGA焊球成分为SAC305、OSP(Organic Solderability Preservative,有机保焊膜护铜剂)焊盘处理工艺, 焊接为采用 SnPb 焊膏的混装工艺, 焊接峰值温度为235℃,217℃以上时间为70s。测试表明其剪切强度比正常焊点低20%以上。 正常的IMC形貌应有比较厚的连续层,且扇贝形IMC是生长在连续层以上的,是焊籵中Sn与基底金属Cu扩散的结果,如图3所示。图2 BGA焊点切片图所展示的块状Cu6Sn5形貌图3 Cu/Sn界面形成的IMC的典型形貌 在Ni/SAC305界面,如果再流焊接时间比较长也会形成块状化的IMC。图4为电镀镍金工艺处理的BGA, 在焊接峰值温度243℃、217℃以上焊接时间超过95s条件下形成的(Cu,Ni)3Sn4块状IMC形貌。此切片图来源于BGA掉落的样品,因此无法看到BGA载板焊盘。图4 Ni/SAC界面形成的块状化IMC形貌 图 4中的IMC组织并不粗大,但符合块状化的特征。此类形貌的IMC不耐冲击应力的作用,如果PCBA在生产周转和运输过程中不规范,很容易导致BGA类应力敏感元器件焊点的开裂。2 IMC附近富集空洞 采用有铅焊膏焊接焊端镀层为Ag的QFN时,靠近QFN界面的IMC附近会富集空洞,如图5所示。此图片来源于作者单位某失效单板上QFN切片分析报告,由于QFN焊接时镀层Ag的加入在再流焊接时形成的高浓度Ag3Sn组织,使得焊料的流动性变差,低熔点的SnPb及SnPbAg富集在最后凝固的QFN侧,因收缩形成较大的空洞现象,且级别上远大于香槟空凋尺度。这种焊缝的强度不高,影响可靠性。图5 QFN富铅焊缝 这种现象业界没有定义,也没有看到有人进行过专门的研究,但是,作者收集到很多这样的案例,应该讲属于不良现象,因此,提出来仅供参考。3 界面金属化合物大规模剥离现象 大规模剥离现象指钎料/基板界面上金属间化合物大规模从界面分离的现象(Spalling Phenomenon of IMCs),如图6及图7所示。图6是基底金属反应枯竭形成球状的Cu6Sn5直接从3基材上分离,图7是两层IMC间分离。(a) Cu6Sn5在SnPb焊料与Cu/Au薄膜之间的剥离(b) Cu6Sn5在SnPb焊料与CuTi衬底之间的剥离图6 Cu6Sn5剥离现象图7 (Cu1-x,Nix)6Sn5从(Cu1-y,Niy)3Sn4界面剥离 发生大规模剥离必须满足两个条件:1) 参与界面反应的元素中至少有一种元素的含量在钎料中是有限的;2 ) 界面反应对该元素的浓度十分敏感。随着金属间化合物的不断形成和长大,该元素在钎料中的浓度不断降低,使得界面上原始的金属间化合物变成非平衡相而发生大规模的剥离 。关于SnCu/Ni和SnAgCu/Ni界面金属间化合物大规模剥离失效现象,都与钎料中Cu的含量有关(如图8所示)。Cu在钎料中的浓度变化能够改变界面上的平衡相。对Sn-Cu/Ni的研究表明:在250℃,焊接时间为20min的条件下,Sn-0.6Cu/Ni界面上未发生大规模的剥离现象。此时,界面反应产物为(Cu,Ni)6Sn5与Sn-0.6Cu钎料处于平衡状态;去除Sn-0.6Cu后,用Sn-0.3Cu替换其继续与保留的(Cu,Ni)6Sn5/Ni反应时,界面出现大规模剥离现象并且(Cu,Ni)3Sn4出现在(Cu,Ni)6Sn5和Ni之间。此时,原始的(Cu,Ni)6Sn5和Sn-0.3Cu处于非平衡的状态。在钎料中Cu含量降低导致了(Cu,Ni)6Sn5大规模剥离。通过增加钎料中Cu的含量,或者增加Cu基板的厚度以提供足够Cu原子能有效地避免大规模剥离失效现象。Cu质量分数增加(0.5%-1.0%)图8 焊料合金中含Cu量对IMC剥离的影响 图9为作者看到的一个SAC305焊料(包括焊球)在化学镍金(ENIG)反应发生时的IMC剥离现象案例。IMC剥离现象发生在BGA侧。图9 作者遇到的案例 图10是作者遇到的另外一个案例。这个案例对IMC的成分进行了分析,可以了解到剥离的IMC与残留的IMC, 成分并不相同,剥离的IMC中Cu的相对含量要高很多。剥离现象也是发生在BGA侧。图10 IMC大规模剥离现象IMC成分分析 IMC大规模剥离对焊点性能的影响本质上就是一个薄的IMC层夹在焊点/焊料中间对焊点性能的影响问题。理论上,剥离的IMC将整个焊点割离为上下两部分,极薄的IMC层很容易在焊料的反复变形下发生“碎裂”,成为微空洞层,不仅影响焊点的抗机械冲击性能,也会影响温循疲劳性能。但是到现在为止,在工程实践中没有看到一个从剥离IMC断开的实际案例,看到的仍然是从IMC根部断开,如图11所示。图11 IMC剥离焊点的应力断裂仍然发生在Ni与IMC界面处(案例) 对于IMC的规模的剥离现象的研究还很初步,有很多问题还没有搞清楚,有待进一步的研究,如IMC剥离的微观过程与机理是什么?剥离层对焊点的机械性能、可靠性的影响是什么?为什么这种现象大多发生在BGA焊点中并靠近BGA焊盘侧?希望有兴趣者对它进行深入的研究。4 Ni3P结晶组织 Ni3P结品组织通常是非电镀的Ni(P)层开裂的重要原因之一。 在PCB来料状态下,Ni(P)一般以非晶态存在。在200℃时与Sn钎料再流焊,生成Ni3P和Ni3Sn4化合物。Ni3P相呈多柱状结构,含有缺陷,在服役过程中容易开裂,引起钎焊接头失效。 随着电子产品无铅化发展[3],SnAgCu钎料被广泛应用,其熔点较高,大约为217℃,因此再流焊接温度在240℃以上,非常接近于非晶态Ni(P)自结晶温度250℃,使得Ni3P更容易形成,从而引起钎焊接头开裂。 图12 为SnAgCu钎料与Au/Ni(P)(P)原子百分比16%)焊接(再流五次,熔点以上温度1min) 形成成的界面IMC显微结构图,可以看出:靠近钎料层Ni(P)层结晶成柱状Ni3P。在Ni3P和(Cu,Ni)6Sn5之间有一薄层,该柜为精细结构 ,含有Ni、Sn和P,且存大量空洞(尺寸很小,使用空位一词可能更准确一点,这里为了理解对可靠性的影响,使用空洞一词)。图12反应后复合Ni/焊料界面的明场投射电子显微镜(TEM)照片 在再流焊接早期阶段,Ni-Sn金属间化合物在焊料与Ni(P)层之间形成。由于Ni(P)的向外扩散,P将保持在界面上。在Ni-Sn金属间化合物和Ni(P)之间的层被P充分富集后,三元Ni-Sn-P层在这两层之间形成,如图13所示。三元Ni-Sn-P层实际为可以细分为两层,即Ni3P+Sn和NiSnP, 大量的空洞主要出现在NiSnP层。图13 三元Ni-Sn-P合金层在Ni-Sn与Ni-(P)层之间的形成过程 研究表明:裂纹易在沿有空洞的金属间化合物扩展, 产生脆性断裂。对于SnAgCu焊点,NISnP层容易形成空洞, 然而本身很薄,形成空洞后变得不连续,使裂纹很容易通过此层扩展产生失效。 这种现象,在Sn-Ni(P)界面反应中都会存在,只不过很薄,在一般放大倍数(≥5000倍)下看不到而已。5 柯肯达尔空洞 早在1942年和1947年,柯肯达尔( Kirkendall)等人设计了铜/黄铜界面扩散试验, 并在界面处预先放置两排Mo丝。对该扩散偶进行785℃扩散退火56d后,发现两排Mo丝的距离减小,并且在黄铜(铜锌合金)上留有一些孔洞,这是由Cu和Zn两种原子的扩散速率不同而引起的,这种现象被称为柯肯达尔效应(Krkendall Effect),而这些孔洞则被称为柯肯达尔空洞( Krkendall Void)。 在扩散偶中,原子的不平衡扩散会使得界面一侧的原子数增加、另一侧原子数减少或空位数增加。如果扩散偶中的不平衡扩散比较显著,生成的空位会不断向界面或位错处聚集,空位浓度一旦达到过饱和,空洞就开始形核长大。 Cu与Sn、Ni与Sn界面都会发生柯肯达尔空洞,如图14所示。(a) Cu/Sn界面柯肯达尔空洞 (b) Ni/Sn界面柯肯达尔空洞图14 柯肯达尔空洞 对Cu/Sn界面而扩散的研究发现,当热老化温度介于125~190℃时,Sn基钎料/高纯铜(HPC)界面处没有空洞产生,而在Sn基钎料/电镀铜(EPC) 界面处容易形成空洞;当温度高于200℃时,Sn基钎料/HPC界面处也可以产生空洞。在研究Sn/Cu体系的扩散时采用了不同纯度的Cu基板,分别是99.9%和99.999%。结果表明,Sn/Cu扩散偶经200℃热老化处理10d后,在使用低纯度Cu基板的反应界面处形成了空洞,而在使用较高纯度Cu基板的界面处没有空洞出现。此外,柯肯达尔空洞与Cu3Sn层的关联性很强,其常随着Cu3Sn 层的形成而出现,随着Cu3Sn层的减薄而减少或消失空洞主要在Cu3Sn层和Cu3Sn/Cu界面面形成,如图15所地,很少会出现在Cu6Sn5层中。然而,关于两者关联性的机理,至今尚无合理的解释。图15 Sn/Cu柯肯达尔空洞现象 柯肯达尔空洞与高温老化时间有关,时间越长,空洞越多。如果在125℃条件下,40d就会形成连续的断裂缝。6 金脆效应 针对电镀Ni/Au,如果Au层厚度大于0.08µm,就可以认为比较厚。如果Au层比较厚,那么使用过程中弥散在焊料中的Au会扩散回迁到Ni/Sn界面附近,形成带状(Ni1-xAux)Sn4金属间化合物。该IMC在界面上的富集常常导致著名的金脆效应[4],但目前仅在有铅钎料中看到。金脆效应一般指两种情况:1) 针对焊料本身:当焊料中Au的质量分数超过3%时, 其延展性大幅度降低, 脆性大幅度增加。2) 针对焊点界面:在锡铅焊料中Au的质量分数一旦超过0.1%时,也可能引发另外一种金脆效应,即(Ni1-xAxu) Sn4 迁移所造成的界面脆化现象。通常担心的金脆效应主要是这种情况,因为不需要很高的含金晕,只要有0.1%就足够引起金脆效应,这也是为什么在一些对可靠性要求高的产品生产工艺中需要对引脚或焊端去金。对有铅和无铅焊料中界面金脆现象进行简单介绍:1) 锡铅焊料 焊接时,Au层以很快的速度进入到焊料中。Au层消失后,其底下的Ni与焊料反应,并生成Ni3Sn4金属间化合物。进入焊为中的Au,则在焊接后在焊点内生成(Ni1-XAuX) Sn4金属间化合物,如图16所示。(a) 焊点全貌; (b) 焊点内 ( Ni1-XAuX)Sn4(C) 焊点界面;(d) 焊点界面Ni3Sn4图 16 115s后生成的焊点微观组织 有趣的是,(Ni1-xAux)Sn4金属间化合物竞会迁移回到焊点界面,并随着产品使用时间的延长厚度不断增长,也会增多。这些(Ni1-xAux)Sn4金属间化合物最后竞干脆形成一层连续层,完整地覆盖住整个界面,如图17所示。不幸的是此金属间化合物极其脆,因此一旦在界面形成连续层,将严重影响焊点的强度与可靠性。(a)100℃下热处理10000h;(b)120℃下热处理10 000h(C)140℃下热处理10000h;(d)160℃下热处理500h图17 Au含量0.4%的焊点内(Ni1-xAux)Sn4迁移情况图18为BGA焊点的剪切力测试结果。图中有两点值得注意:1) 随着热处理时间的增长-,焊点的机械性能随之劣化。这是因为随着热处理时间的增长, 累积在界面的(Ni1-xAux)Sn4总量增加的结果。2)随着Au浓度的增加,同一热处理时间下,焊点的强度也降低。这是因为随着Au浓度的增加,同一时间下回到界面的(Ni1-xAux)Sn4质量增加的结果。图18 金脆效应 (Ni1-xAux)Sn4回迁的动力是为了获得更多的Ni,一旦获得了足够的Ni,就会形成稳定的( Ni0.55Au0.45) Sn4。2)无铅焊料 对于SnAg无铅焊料,焊接后在焊点内同样看到(Ni1-xAux)Sn4,界面同样生成一层连续的Ni3Sn6。但是,对其在160℃下进行500h的热处理,没有看到(Ni1-xAux)Sn4连续层的出现。 无铅焊料的种类比较多,比如Sn3.0Ag0.5Cu、Sn0.7Cu等,没有看到主流的无铅焊料不会产生金脆的结论,也没有看到金脆是由铅导致的结论,所以,对于高可靠性产品焊接工艺中是否去金需要根据产品的要求确定。 IPC/EIA J-STD-001中规定Au层厚度超过2.5um时应当去金,且去金面积应当大于95%。7 黑盘现象 当PCB使用ENIG镀层时,有时会出现不润湿或反润湿现象,不润湿的地方呈现黑色或深灰色,这种现象就是黑盘现象。 黑盘现象有时表现为润湿不良,有时外观良好但焊点强度很弱。后者对焊点的可靠性构成严重隐患,因为目前没有办法通过检查识别出来,而在使用中遇到稍大的应力作用焊点就会断开,导致产品故障。因此,在一些可靠性要求高的产品,如航空、生命维持系统,都不能参与锻金表面处理,需要去金。 黑盘属于电底工艺导致的不良表面缺陷,由于镀Au药水与Ni层的激烈反应,导致Ni层深度腐蚀,产生晶界腐蚀(俗称泥浆裂纹)。黑盘现象具有典型的特征:1) 剥离Au层后Ni层表面呈现“泥浆裂纹“ 现象,如图19所示。图19 泥浆裂纹现象2) 如果切片,可以看到Ni层深度腐蚀,似针刺一样的腐蚀沟槽,如图20所示。图20 针剌现象3) 异常高的富P层,如图 21所示。图21 富P层 黑盘对焊点可靠性的影响取决于黑盘的严重程度,比如泥浆裂纹的分布面积、针刺的深度。通常情况下,黑盘处难以焊接,非黑盘处可以良好焊接。因此,只要不是50%以上面积是黑盘,就可能获得外观良好的焊点,但焊点的强度很弱,这就是黑盘的危害。8 ENIG镀层Ni氧化 ENIG处理的PCB焊盘有时会得到图22所示的焊接结果,原因尚不明,属于作者首次看到的现象,也未看到有关的文献报道,提出来仅作抛砖引玉之用,希望有人去作一些机理方面的调查或研究。此微观结构显示Ni与Sn之间没有形成IMC,在界面附近会看到团絮状的Sn-Au合金。这种情况下,焊点的强度很低,对可靠性构成威胁。图22 Ni氧化焊点界面微观组织9 ENEPIG镀层在薄的焊缝条件下容易形成垂直条状IMC ENEPIG的应用理论上很有前途,没有黑盘,兼顾打金线,但是,目前在PCB方面的应用还不是主流,很多板厂没有配备生产线,整机的应用也不是很有经验,有什么潜在的风险认识还不足,图23所示的ENEPIG与Sn合金反应金屈间化合物形态就是一例,是作者首次看到,也没有查到更多的有关资籵。这种界金属微观组织非常脆,机械性能很差,稍有应力就可能导致焊点开裂。这个案例出现在使用0.05mm厚模板的情况下,呈普遍的现象,并非随机看到的,最终用户反映很多焊点断裂失效。图23 ENEPIG与Sn合金反应形成的界面金属间化合物 还有一点,就是ENEPIG工艺中,Pd镀层有纯Pd镀层和含P镀层两种工艺,纯Pd镀层与Sn生产的界金属形貌与含P的不同,前者呈针状,后者呈贝壳状。10 总结 关于焊点中界面金属间化合物有很多形态, 它们的形成机理以及对焊点可靠性的影响, 仍然有很多不解之谜,需要从业者持续跟踪与研究。本文提出的这些不良微观组织,意在提醒从事军用、航空、医疗和汽车电子等高可靠性要求产品设计与制造的企业,对组装焊点的要求不能停留在外观检查的层次,必须重视焊点的微观组织特别是界面金属间化合物的微观组织形态的控制。高可靠性的焊点一定是建立在焊点微观组织优良的基础上,“ 去金搪锡”只是这方面采取的一小步举措而已,远远不够!针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。 合明科技摄像模组感光芯片CMOS晶片镜片清洗剂,LED芯片焊后助焊剂锡膏清洗剂、CMOS焊接后清洗剂、FPC电路板清洗剂、SMT元器件封装工艺清洗剂、微波组件助焊剂松香清洗剂、车用IGBT芯片封装水基清洗方案,SMT电子制程水基清洗全工艺解决方案,汽车用 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  • SMT锡膏焊剂清洗剂合明科技分享:表面组装技术之回流焊炉温度设置及焊点的切片金相检测

    SMT锡膏焊剂清洗剂合明科技分享:表面组装技术之回流焊炉温度设置及焊点的切片金相检测

    SMT锡膏焊剂清洗剂合明科技分享:表面组装技术之回流焊炉温度设置及焊点的切片金相检测合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳. 先进封装包括倒装芯片、WLCSP晶圆级芯片封装、3D IC集成电路封装、SiP系统级封装、细间距封装等等。摘 要: 随着电子元器件的小型化、高集成度的发展趋势下,SMT(表面组装技术)技术应运而生,SMT工艺的核心技术包括自动锡膏印刷、自动元器件贴装和回流焊三项技术。其中回流炉是SMT中的关键技术之一,回流炉参数设置好坏是影响焊接质量的关键,通过温度曲线的设置,焊接后的焊点进行切片分析、IMC层厚度检测,从而达到验证回流焊焊接曲线的目的。 随着电子技术的发展,回流焊已是SMT(表面组装技术)中的关键技术之一,回流炉参数设置好坏是影响焊接质量的关键;尤其是回流焊接中的温度参数至关重要。设定温度曲线的相关参数满足要求后,确定回流焊炉的工作温度,并对焊接后的焊点进行切片分析、IMC层厚度等检测,以确定焊接后产品的质量。 1 如何确定温度曲线 目前航天行业从可靠性考虑,电子产品的焊接大多以有铅焊料为主,选用免清洗有铅焊膏RMA-010-FP,焊膏粉成分63Sn37Pb,焊膏熔点为183℃,焊膏颗粒度为22~45μm,,黏度210Pa.s。 焊膏都有相应的温度曲线。根据回流焊的原理,一条温度曲线共分为5个部分 : (1)升温区:将印制板由室温加热至100℃,但是加热速度不能太快,太快会导致助焊剂中的溶剂丧失。通常升温速度控制在<2℃/s。 (2)预热区:从100℃~150℃为预热区,目的是使PCB、元器件及焊膏充分预热,升温速度控制在<2℃/s,如果升温速度太快,一方面,元器件容易损坏并造成PCB变形。另一方面,焊膏中的溶剂挥发速度太快,易造成金属粉末溅出,产生锡球。 (3)快速升温区:从150℃~183℃为快速升温区,当温度升到150℃~160℃时,焊膏中的助焊剂开始迅速分解活化,如果时间过长会使助焊剂提前失效,影响液态焊料润湿性。理想升温速度为1.2℃~3.5℃/s。 (4)回流区:从183℃~183℃为回流区(大约需要60~90s),这一区域的温度设置的最高,焊料达到熔点变为液态,在回流焊区,焊接峰值温度一般比焊膏熔点温度高30℃~40℃。 (5)冷却区:从183℃~75℃,在这一区域内,焊膏中的铅锡粉末已经充分熔化并润湿被连接表面,应该用尽可能快的速度来进行冷却,这样将有助于得到光滑的焊点并有好的外形和低的接触角度。 由于一块印制板上大部分元器件为有铅器件,但个别进口器件是无铅器件,因此峰值温度比焊接有铅元件略微高 5℃左右 [4] 。用高温焊料将热电偶固定在器件晶振、SOJ、QFP引脚上,结合焊膏厂家推荐曲线和典型温度曲线来确定试验样品的焊接曲线。 (1)晶振器件引脚焊点最大升温斜率为1.3℃/s,预热区温度在100℃~150℃,停留80.2s,峰值温度为222.3℃,回流时间为 76.8s,冷却速率1.8℃/s。 (2)SOJ器件引脚焊点最大升温斜率为1.6℃/s,预热区温度在100℃~150℃停留73.8s,峰值温度为227.7℃,回流时间为77.1s,冷却速率2.1℃/s。 (3)QFP器件引脚焊点最大升温斜率为1.6℃/s,预热区温度在100℃~150℃停留68.1s,峰值温度为227℃,回流时间为77.1s,冷却速率1.9℃/s。 调试出的温度曲线满足升温区、预热区、回流区、冷却区的设定标准,按此温度曲线进行样品焊接。 焊接后的焊点经目测和放大镜检查焊点表面光滑、明亮。焊点表面无气孔或非结晶状态,无虚焊、假焊(冷焊)。焊点润湿良好,焊点与邻近的导电通路之间无拉丝、桥接等现象。 2 焊点金相分析 为了验证焊接曲线需开展焊点检测工作,我所委托一家具有材料及零部件品质检验、鉴定、认证及失效分析服务,并具有CNAS与CMA认可资质的专业实验室。其服务产品涉及:电子材料、电子元器件、CCL/PCB/PCBA、金属材料、塑胶材料等产品。服务行业涉及:印制电路、电子组装、计算机、航天等领域。 对试验印制电路板的焊点进行切片分析、IMC层厚度。切片金相分析用途广泛,通常主要用于焊点品质缺陷(锡裂、空洞、PCB 分层和焊点形状异常)分析和金属间化合物层(IMC)。以及在元器件键合接点及线路、PCB 焊盘表面镀层、PCBA及内层电路的综合性检查分析等。 切片分析其试验步骤为: (1)在PWB板上截取样品;(2)器件做成切片(P1是SOJ元器件,P2是QFP元器件);(3)用研磨机將其研磨并拋光;(4)用电子显微镜选取切面图片測量分析(单位:μm)。如图试验样品切片分析运用的设备有乐可的真空冷镶机型号Q-290,Presi双盘研磨抛光机型号MINITECH263,蔡司的金相显微镜AXIO Imager.A2m。运用标准为检测标准:IPC-TM6502.1.1手动微切片法。 切片金相分析就是通过取样、镶嵌固定、定点切片、研磨抛光、切面微蚀、显微观察等一系列手段获得焊点横截面的金相结构的过程,并在显微镜下进行拍照。IPC-A-610F可接受1、2、3级任一焊料球的空洞等于或小于30%,IPC标准中却没有对 QFP、SOJ 的气泡(空洞)做相应的规定.检测结果: 样品空点率<10%。 检测金属间化合物(IMC)层厚度设备:Hitachi的扫描电子显微镜型号S-3400N。检测标准:GB/T 16594-2008微米级长度的扫描电镜测量方法。金属间化合物(IMC)是在受热的条件下,融化的焊锡材料中的锡原子和焊盘或焊接元件(主要成分是铜原子)的接触界面原子相互扩散。 金属间化合物(IMC)层太薄(<0.5μm),是由于温度偏低且时间不足,造成焊接不充分,严重时会造成焊膏不熔。IMC层过厚(>4μm),是由于峰值温度过高或回流时间长,造成金属粉末严重氧化,影响焊点强度,严重时还会损坏元器件和印制板。从外观看,印制板会严重变色。 IMC层厚度检测先将样品切割、冷镶、研磨、抛光,样品表面经镀Pt 25s后,按照标准作业流程放入扫描电子显微镜样品检测位置进行放大观察。 IMC层厚度(单位:μm)检测结果:P1(SOJ元器件),L-S平均值2.01,R-S平均值3.61,L-X平均值2.33 ,R-X平均值2.35。,P2(QFP元器件),L-S平均值0.908,R-S平均值1.50,L-X平均值1.55,R-X平均值1.31。检测结果显示金属间化合物(IMC)层最薄在 0.5~4μm 之间时的抗拉是可接受的。 3 结语 有铅焊料和有铅器件、无铅器件的混和焊接,设置其回流焊温度曲线,并通过焊接后的印制板进行焊点切片分析、IMC层厚度检测,从而达到了验证回流焊焊接曲线。来源作者:陆政 舒慧 俞晓湖 蒋博男 潘明星(上海航天电子技术研究所 上海卫星工程研究所)针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。 合明科技摄像模组感光芯片CMOS晶片镜片清洗剂,LED芯片焊后助焊剂锡膏清洗剂、CMOS焊接后清洗剂、FPC电路板清洗剂、SMT元器件封装工艺清洗剂、微波组件助焊剂松香清洗剂、车用IGBT芯片封装水基清洗方案,SMT电子制程水基清洗全工艺解决方案,汽车用 IGBT芯片封装焊后清洗剂,IGBT芯片清洗剂,IGBT模块焊后锡膏清洗剂,IGBT功率半导体模块清洗,SMT锡膏回流焊后清洗剂,PCBA焊后水基清洗剂,系统封装CQFP器件焊后助焊剂清洗剂、SIP芯片焊后清洗剂、BMS电路板焊后清洗剂,半导体分立器件除助焊剂清洗液、半水基清洗剂、IGBT功率模块焊后锡膏水基清洗剂、PCB组件封装焊后水性环保清洗剂、SMT封装焊后清洗剂、精密电子清洗剂、半导体分立器件清洗剂、SMT焊接助焊剂清洗剂、锡嘴氧化物清洗剂、PCBA清洗剂、芯片封装焊后清洗剂、水性清洗剂、FPC清洗剂、BGA植球后清洗剂、球焊膏清洗剂、FPC电路板水基清洗剂、堆叠组装POP芯片清洗剂、油墨丝印网板水基清洗全工艺解决方案、BMS新能源汽车电池管理系统电路板制程工艺水基清洗解决方案、储能BMS电路板水基清洗剂、PCBA焊后助焊剂清洗剂、组件和基板除助焊剂中性水基清洗剂、功率电子除助焊剂水基清洗剂、功率模块/DCB、引线框架和分立器件除助焊剂水基清洗剂、封装及晶圆清洗水基清洗剂、倒装芯片水基清洗、SIP和CMOS芯片封装焊后清洗剂、SMT钢网、丝网和误印板清洗除锡膏、银浆、红胶,SMT印刷机网板底部擦拭水基清洗剂、焊接夹治具、回流焊冷凝器、过滤网、工具清洗除被焙烤后助焊剂和重油污垢清洗剂,电子组件制程水基清洗全工艺解决方案。

  • 丝印网板油墨清洗解决方案(针对PCB、汽车玻璃、手机电脑等丝印)-合明科技

    丝印网板油墨清洗解决方案(针对PCB、汽车玻璃、手机电脑等丝印)-合明科技

    丝印网板油墨清洗解决方案-合明科技一、 丝印油墨背景丝印油墨是指采用丝网印刷方式时所采用的油墨,丝印油墨在制造行业被广泛应用,例如手机、电脑、汽车上钢化玻璃的丝印,电子线路板中油墨层的印刷,各种设备上丰富多彩的外壳花纹、logo印刷等。在丝印油墨的印刷过程当中,经常需要对丝印油墨进行清洗,主要包括两类清洗:即对工艺用到的丝印网板的清洗(去除附着在网板上的油墨)、以及对印刷不良品的清洗(清洗后重新印制)。二、丝印油墨清洗要求及问题清洗丝印网板或不良品,一方面要保证丝印油墨清洗彻底,因此要求清洗剂选择能够充分溶解或剥离油墨材料的清洗成分;另一方面要保证清洗剂对丝印网板的绷网胶或产品印刷基材的兼容性、避免影响网板或产品部件。丝印油墨通常是由丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等树脂,和颜料、溶剂、填料与交联剂交联反应而成。现有技术通常采用溶剂浸泡+人工刷洗方式对丝印油墨进行清洗,这种方式劳动强度大、效率低,有吸入有害溶剂气体的危险、影响人体健康。三、 合明科技丝印油墨清洗解决方案1、拥有自主知识产权、国际首创的全自动油墨丝印网板喷淋清洗机HM480-12,可实现对油墨丝印网板等的自动清洗,告别浸泡+人工的低效方式。2、提供水基清洗剂EC-300、半水基清洗剂EC-305,同时满足清洗有效性、清洗设备兼容性、环保性(包括符合GB 38508-2020、RoHS、HF、REACH),在确保丝印油墨彻底清洗的同时、避免对丝印网板和印刷基材的影响,同时确保作业环境和人员健康安全。 针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。 合明科技摄像模组感光芯片CMOS晶片镜片清洗剂,LED芯片焊后助焊剂锡膏清洗剂、CMOS焊接后清洗剂、FPC电路板清洗剂、SMT元器件封装工艺清洗剂、微波组件助焊剂松香清洗剂、车用IGBT芯片封装水基清洗方案,SMT电子制程水基清洗全工艺解决方案,汽车用 IGBT芯片封装焊后清洗剂,IGBT芯片清洗剂,IGBT模块焊后锡膏清洗剂,IGBT功率半导体模块清洗,SMT锡膏回流焊后清洗剂,PCBA焊后水基清洗剂,系统封装CQFP器件焊后助焊剂清洗剂、SIP芯片焊后清洗剂、BMS电路板焊后清洗剂,半导体分立器件除助焊剂清洗液、半水基清洗剂、IGBT功率模块焊后锡膏水基清洗剂、PCB组件封装焊后水性环保清洗剂、SMT封装焊后清洗剂、精密电子清洗剂、半导体分立器件清洗剂、SMT焊接助焊剂清洗剂、锡嘴氧化物清洗剂、PCBA清洗剂、芯片封装焊后清洗剂、水性清洗剂、FPC清洗剂、BGA植球后清洗剂、球焊膏清洗剂、FPC电路板水基清洗剂、堆叠组装POP芯片清洗剂、油墨丝印网板水基清洗全工艺解决方案、BMS新能源汽车电池管理系统电路板制程工艺水基清洗解决方案、储能BMS电路板水基清洗剂、PCBA焊后助焊剂清洗剂、组件和基板除助焊剂中性水基清洗剂、功率电子除助焊剂水基清洗剂、功率模块/DCB、引线框架和分立器件除助焊剂水基清洗剂、封装及晶圆清洗水基清洗剂、倒装芯片水基清洗、SIP和CMOS芯片封装焊后清洗剂、SMT钢网、丝网和误印板清洗除锡膏、银浆、红胶,SMT印刷机网板底部擦拭水基清洗剂、焊接夹治具、回流焊冷凝器、过滤网、工具清洗除被焙烤后助焊剂和重油污垢清洗剂,电子组件制程水基清洗全工艺解决方案。

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