球狀端子類型

行業(yè)標準IPC-7095《BGA的設計及組裝工藝的實施》中提到的封裝球狀端?類型有三種，可根據(jù)自己公司SiP產(chǎn)品的工藝要求選擇對應的端子類型。

植球方法

目前行業(yè)主要有三種植球方法，目前整個領(lǐng)域的SiP產(chǎn)品主要使用置球植球的方法。

錫膏印刷植球

錫膏印刷植球方法就是直接把適量的錫膏印刷到預設的焊盤上，過回流焊后形成凸點端子，其優(yōu)點是所用設備與現(xiàn)有SMT線體一樣，可以利用現(xiàn)有SMT錫膏印刷設備。

使用錫膏印刷植球時鋼網(wǎng)開口設計主要考慮兩點：

a）確保過回流焊后焊盤上有一定形狀的焊料凸點，需要印刷足夠的錫膏量，一般采用增加鋼網(wǎng)厚度和擴大鋼網(wǎng)開口的方法，需要重點關(guān)注爐后凸點的形狀、高度和一致性；

b）從降低過回流焊后焊料凸點的空洞率考慮，通過驗證建議鋼網(wǎng)開口增加架橋方式（如直徑0.6mm的端子建議鋼網(wǎng)中間架0.15mm或0.2mm的橋），作為焊接時排氣通道，減少空洞問題，同時還需要重點關(guān)注脫模效果和鋼網(wǎng)質(zhì)量。

大為SIP封裝錫膏（水洗型、免水洗型）

• 特別適用于SiP封裝的細間距印刷；

• 在鋼網(wǎng)最小開孔為55μm時印刷中脫模性能極佳，錫膏成型效果好且防坍塌性好，連續(xù)印刷性非常穩(wěn)定；

• 長時間保持高粘力、解決長時間生產(chǎn)易掉件（芯片）問題；

• 鋼網(wǎng)使用壽命長（≥10小時），印刷后作業(yè)時間長（≥10小時）
  

• 優(yōu)異的潤濕性能，焊點能均勻平鋪；

• 高抗氧化性，無錫珠產(chǎn)生，無色殘留；

• 卓越的抗冷、熱坍塌性能；

• 低空洞率，回流曲線工藝窗口寬；

置球植球

目前業(yè)內(nèi)采用的置球植球方法有三種：“錫膏”+“錫球”和“助焊劑”+“錫球”與“錫膏印刷”，具體做法就是先把錫膏或助焊劑涂覆到錫球的焊盤上，再用植球機或絲網(wǎng)印刷的方式將錫球放置到焊盤上，過回流焊爐后形成球狀端子。

自動植球機置球植球

a、用與錫球焊盤相應的治具蘸取助焊劑(Flux Dip)，并將其點涂在錫球焊盤上。首次添加助焊劑前需檢查清理干凈植球設備裝載助焊劑的模板，確保模板內(nèi)沒有其它異物或不同類型的助焊劑。要根據(jù)錫球的直徑選擇合適厚度的助焊劑刮刀（一般建議刮刀厚度是錫球直徑的1/4~1/3），再添加助焊劑并手動來回運行設備助焊劑刮刀8~10次，以攪拌刮平模板上的助焊劑。助焊劑治具的PIN針在水平的助焊劑模板上均勻的蘸取助焊劑并點涂到錫球焊盤上。需要控制模板上的助焊劑厚度和PIN針的點涂時間，要確保點涂后助焊劑能完全潤濕覆蓋焊盤，否則會有導致植球后錫球偏移或爐后錫球潤濕焊接不良的問題。注意，助焊劑添加遵循"少量多次"的原則。

b、通過置球治具(Ball attach tool)真空吸取錫球，并轉(zhuǎn)移至沾有助焊劑的焊盤上；松開真空開關(guān)，錫球在助焊劑的粘性作用下，粘貼在基板焊盤上；

c、植好錫球的基板通過熱風回流焊，錫球在高溫下熔化，并在助焊劑的幫助下，與基板焊盤浸潤，擴散、溶解、冶金結(jié)合，形成結(jié)合層（IMC），冷卻后，錫球與基板焊盤焊接在一起。為了減少錫球高溫氧化，建議在氮氣氛圍下焊接；

d、焊接了錫球的基板，再進行清洗，把基板上多余的助焊劑和臟污清洗掉，最后烘干。

鋼網(wǎng)置球植球

a、印刷錫膏或印刷助焊劑：助焊劑鋼網(wǎng)的孔與基板焊盤完全吻合（對準）沒有偏差，使用45°~60°的刮刀將攪拌均勻的錫膏或助焊劑均勻地漏印到焊盤上，然后降低基板工作臺，再慢慢地抬起鋼網(wǎng)并將基板取出。觀察漏印在基板上的錫膏或助焊劑是否均勻、有無偏差或者其他印刷缺陷。

注意，助焊劑多了或者少了都有可能造成植球失敗。如果助焊劑多了，多出來的助焊劑會通過鋼網(wǎng)小孔溢出來，影響錫球排列；如果助焊劑少了，又會影響錫球焊接質(zhì)量。

b、放置錫球：錫膏或助焊劑印刷完成之后，將基板置于工作臺上，按照正確位置固定植球鋼網(wǎng)，調(diào)整工作臺高度，使基板與植球鋼網(wǎng)之間保持一定間距，大約為焊球直徑的 1/2~2/3 即可。

調(diào)整完成后，取一定量的錫球倒在植球鋼網(wǎng)上，使用刷子將錫球填充到相應的網(wǎng)孔，多余的焊球使用刷子將其放置在旁邊。再查看網(wǎng)孔是否都填充有錫球，保證每個網(wǎng)孔中有且只有一個錫球存在。然后下降工作臺，卸下植球鋼網(wǎng)，取出基板。注意，取出基板時不要用力過大或速度過快，這樣會導致錫球偏移。

激光植球

激光植球就是使用激光設備，采用激光熔化錫球并噴射到對應焊盤完成焊接形成球狀端子的方法。

在激光焊接系統(tǒng)中，錫球從錫球盒輸送到噴嘴，通過激光加熱熔化，然后從專用噴嘴噴出，直接覆蓋焊盤，不需要額外的助焊劑等。它具有非接觸、無焊料、熱量低、焊料精確可控等優(yōu)點。與普通的錫球注入法相比，具有沖擊變形和瞬間凝固的特點，體現(xiàn)了獨特的工藝過程特征。

2.2.4 SiP植球方法的選用

影響植球質(zhì)量的因素及控制要點

SiP產(chǎn)品植球工藝中影響植球質(zhì)量的因素主要有植球材料、植球方法和工藝條件。植球材料主要有錫球、助焊劑或錫膏、基板；工藝條件中主要是植球工藝方法、回流溫度曲線、保護氣氛等。對于植球材料方面，錫球要保持清潔和防止氧化；助焊劑要保持一定的粘度和良好的助焊性；基板要保持潔凈度和平整度。在植球過程中，主要是通過對助焊劑量的控制、焊接溫度曲線及保護氣氛等工藝條件來進行相應的工藝試驗和管控。

助焊劑

助焊劑主要是起助焊的作用，一是隔離空氣防止氧化；二是去除PCB焊盤表面及錫球焊接部位的氧化物和污染物，增加毛細作用，增加潤濕性，防止虛焊；另一個重要的作用是粘附固定錫球的作用。

助焊劑有2種類型：一種是水洗助焊劑，一種是免洗助焊劑，可根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求選擇使用。助焊劑存儲要求：如大為的助焊劑要求以密封狀態(tài)存放在溫度≤30℃，相對濕度40~60%RH的環(huán)境；存儲期限：從廠家制造日期開始計算6個月以內(nèi)；具體可參考助焊劑產(chǎn)品規(guī)格書要求。

錫球

錫球分有鉛錫球和無鉛錫球，有鉛錫球有Sn63Pb37、Sn62Pb36Ag2、 Sn10Pb90、Sn5Pb95；無鉛錫球有Sn100、Sn96.5Ag3.5、Sn96.5Ag3Cu0.5。

錫球的直徑規(guī)格一般有：0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm、0.6mm 、0.65mm、 0.76mm。具體可根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求選擇使用。

錫球很容易氧化，存儲要求：以密封狀態(tài)存放在溫度25±10℃，相對濕度≤60%RH的環(huán)境，拆包未使用完的錫球放在防潮柜中或儲存在有氮氣的干燥柜中；存儲期限：從廠家制造日期開始計算12個月以內(nèi)；具體可參考產(chǎn)品規(guī)格書要求。

基板（PCB）

基板（PCB）：基板級SiP產(chǎn)品的PCB建議選用高Tg（Tg≥170℃）的板材；植球后需要進行清洗，基板焊盤表面處理優(yōu)選 ENIG（化學Ni/Au），防止清洗后氧化；PCB厚度規(guī)格有1.6mm、1.4mm、1.2mm、1.0mm、0.8 mm等。

具體可根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求選擇使用，重點是要確保PCB的平整度。

SiP目前已經(jīng)廣泛應用于消費類電子、物聯(lián)網(wǎng)、智能駕駛、HPC及5G網(wǎng)絡等領(lǐng)域，有著非常廣闊的應用和市場前景。

植球工藝作為SiP產(chǎn)品生產(chǎn)的一個關(guān)鍵工藝將會直接影響器件與電路導通的性能及可靠性。為了確保公司SiP產(chǎn)品的質(zhì)量，公司引進全自動植球技術(shù)和先進的生產(chǎn)設備，采用穩(wěn)定性好、重復性高、可實現(xiàn)植球質(zhì)量自反饋的全自動化植球設備，搭建行業(yè)先進、高精度、高穩(wěn)定性的全自動化SiP線體，提升了產(chǎn)品質(zhì)量與效率。

本文結(jié)合公司SiP產(chǎn)品的特點，從影響植球質(zhì)量的主要因素進行簡單的介紹和分析，通過對SiP產(chǎn)品可制造性設計和工藝過程的控制，目前我司SiP產(chǎn)品的植球直通率可達到99.98%以上，不良率小于100PPM。

東莞市大為新材料技術(shù)有限公司作為一家專業(yè)生產(chǎn)MiniLED錫膏、LED倒裝固晶錫膏、系統(tǒng)級SIP封裝錫膏、MEMS微機電系統(tǒng)錫膏、激光錫膏、植球助焊劑、晶圓凸點助焊劑、倒裝助焊劑、IGBT錫膏、半導體封裝類錫膏等領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗和技術(shù)積累的國家高新技術(shù)企業(yè)、國家科創(chuàng)型企業(yè)，公司一直致力于為微細間距焊接行業(yè)提供高質(zhì)量的錫膏焊接方案。與國家有色金屬研究院，廣州第五研究所長期合作。擁有化學博士，高分子材料專家的開發(fā)團隊，在電子焊料領(lǐng)域我們開發(fā)了多元產(chǎn)品，適合于多個領(lǐng)域。

圖 | 大為錫膏·研發(fā)團隊

封裝的高可靠性要求，二次回流錫膏怎么選？

錫膏粒徑：4號粉錫膏（20-38μm）、5號粉錫膏（15-25μm）、6號粉錫膏（5-15μm）、7號粉錫膏（2-11μm）、8號粉錫膏（2-8μm）、9號粉錫膏（1-5μm）

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