LGA封裝器件噴印工藝參數研究

馮帥

摘 要：本文主要涉及了有關LGA 器件的錫膏噴印工藝等相關方面的研究。采用了錫膏噴印的工藝方法來印刷LGA 器件，并通過控制相關的工藝參數，來達到獲取最優參數的目的，同時使用X-ray 來檢測焊點的缺陷率，并根據缺陷率統計數據選取可靠的工藝參數。

關鍵詞：LGA ;錫膏噴印;SPSS

0 引言

柵格陣列封裝（LGA）是一種類似于球狀引腳柵格陣列封裝（BGA）的新型封裝形式，它同BGA封裝器件的差異是LGA封裝器件封裝體底部所用到的是焊盤，這樣做的好處在于不僅降低了封裝體的總體高度，而且還使得LGA封裝器件在抗跌落、抗振動、抗彎曲等性能上更加突出，提高了整體的可靠性。在航天電子產品的實際生產過程中，LGA封裝器件的實際焊接高度僅有50微米，有時甚至會更低，如此突出的性能優勢，使得它成為各個領域中高性能芯片的首選。

誠然LGA封裝器件降低焊接的高度可以提高各項性能參數，但于此同時也對錫膏印刷工藝帶來了更高的要求，這也變相促進錫膏噴印技術快速成型及發展。面對新的封裝技術所帶來的新問題，采用具有針對性的新技術往往十分顯著，與此同時，研究新技術相對應的新工藝也顯得尤為重要。

錫膏噴印技術是一種近年來發展迅猛的制作技術，它通過噴射出微小的液滴來實現錫膏在基板上按需精確沉積成形，是一種非接觸式的精密分配技術。與傳統的網板印刷相比，錫膏噴印技術不需要制作網扳，也不需要調整絲網印刷參數。噴印程序完全由軟件控制，可完全控制每一焊盤的細節，如噴印點數、焊膏位置和焊膏的堆積量，根據需要來隨時調整焊膏量，可以極大程度上減少錫膏漏印不良，焊盤缺錫膏及拉尖造成后續焊接過程虛焊、連焊等質量問題的發生。但錫膏噴印技術的運用尚未常熟，面對LGA這類復雜度高的封裝器件時，往往會因為參數設置上缺乏準確性而導致噴印效果大打折扣，甚至還會造成錫膏噴印不良的現象。所以，針對LGA封裝器件噴印參數的研究是十分重要的！

1 實驗材料與設備

1.1實驗材料

1.11元器件

在實驗正式開始前，首先需要先選擇合適的LGA封裝器件型號，經過上網查閱大量資料，對比了各個型號之間的優缺點后，確定在此次實驗中選用的型號LTM4601V的芯片。此型號的芯片在現實生產過程中經常發生連焊、翹起、虛焊等質量問題，非常符合本次實驗的要求。

1.12印制電路板

電路板板材選擇環氧樹脂玻璃板材，尺寸選擇140×121毫米、厚度為1.5毫米、層數為4。此外在LGA底部中心開一個直徑為1毫米圓孔，以便之后使熱電偶進行溫度曲線的測量。

1.13錫膏

通過對各種錫膏的參數進行對比后發現MYCRONIC的焊錫膏最符合本次實驗需求。因此本次項目選用MYCRONIC噴印用焊錫膏，合金的成分為Sn62/Pb36/Ag2型，含有助焊劑。此焊錫膏殘留物少，在阻焊膜上擴散一致，滿足焊后的外觀要求。

1.2實驗設備

在元器件的焊接過程中，所需要使用到的設備主要有焊錫膏噴印機、貼片機、氣相焊接爐以及在元器件焊接之后對其進行檢測X-ray檢測儀。

1.2.1錫膏噴印設備

焊錫膏噴印機選用的是MY700全自動錫膏噴印機，此設備有著良好精確度、噴印焊點一致性強、噴印速度快等優點。噴印焊點最小可達到0.33mm，精度0.5μm，可以很好的滿足LGA封裝器件對焊點精度的要求。

1.2.2其他設備

貼片機則選擇使用JUKI-KE3020VAL高速通用貼片機，主要因為其具有良好的貼片效果;焊接方式選擇真空氣相焊的方式，這是一種先進的焊接方式，通過導熱液蒸汽給印制板加溫，可以最大程度上使印制板受熱均勻化，減少因焊接所引起的質量問題;焊接完成后要對其進行檢驗，本次實驗使用X-ray檢測儀來檢測焊點質量，同時還可以檢測焊接結果是否存焊接缺陷。

以上焊接過程中所用到的設備完全符合本次項目的要求，能很好地達到實驗目的，保證實驗的順利進行。

2 設計實驗

2.1前期準備

在正式焊接之前需要充分的準備工作。比如對即將焊接的來料進行檢查、器件和PCB板的預烘處理、元器件除金、溫度曲線的測試等，這些前期準備的充足與否都與焊接效果能有良好直接相關，是必不可少的工作環節。

2.2實驗參數設置

本次項目設計了噴印面積（pad）100%、80%以及防空洞的特殊噴印面積三個實驗組，通過統計它們的噴印量（vol）在70%到130%的變化下缺陷焊點數量的百分比來比較各個參數間的優劣，從而得出參數取值范圍。

3 實驗內容

3.1實驗過程

首先需要根據預選設計好的實驗參數編制錫膏噴印機所使用的噴印程序，并在編制時對不同參數的程序進行編號，同時對實驗用的印制板、LGA芯片進行編號，二者編號應當一致。

其次按照SMT常規流程對試驗用印制板進行錫膏噴印、LGA封裝器件貼片、真空氣相焊接。實驗過程中需要控制可能影響實驗結果的一切外界因素。同時確保除實驗參數外，所有實驗件的一致性，以保證實驗結果的有效性及實驗數據的可靠性。

最后，在焊接完成后便可以使用X-ray檢測儀來檢測。

3.2實驗結果

使用錫膏噴印技術的試驗件焊接完畢后需要用X-ray 進行檢測，檢測的結果如表3.1所示：當pad100%，vol大于110%時LGA焊盤出現了連焊現象，而當pad80%，vol小于100%LGA器件邊角發生翹起，個別焊盤出現虛焊現象，vol大于110%時LGA焊盤出現了連焊現象。同時pad為100%且未采用防空洞設計時，LGA空洞大小明顯大于15%，高于標準《球柵陣列封裝器件組裝通用要求》規定的空洞率15%。

由此可以初步得到合理的錫膏噴印參數選擇范圍：在焊盤防空洞處理設計下vol80%到110%。取范圍內的實驗參數進行大量進行重復試驗，并將得到的實驗數據用SPSS進行回歸分析得到結果如圖3.2。通過對結果的分析我們可以得到結論：最優噴印量V=0.694+焊盤尺寸（mm）*1.056

4 結論

本課題是結合產品生產過程中遇到的實際問題開展研究的，主要探討了用錫膏噴印技術解決LGA這種新型封裝器件在焊接過程中缺陷率比較高的問題，探索出一種合理的LGA封裝器件錫膏噴印參數。內容涉及錫膏噴印技術下LGA封裝器件的焊接，對其焊點進行X-ray檢測，檢測結果的數學建模分析等，以實驗和理論相結合的方法，驗證了新工藝參數的可靠性，并得到最終結論。

參考文獻：

[1] 鮮飛.芯片封裝技術的發展歷程[J].印制電路信息，2009，（6）：65-69.

[2] 趙志斌.熱循環與振動環境下LGA 焊點形態對焊點壽命影響研究[D].桂林：桂林電 子科技大學，2014.