贴片 当芯片被置放在基板时,首先接触到靠近中心区域的密封剂。随着其进一步向下移动,芯片将对液体形成向外的挤压作用。随着液体流动,密封剂必然绕过或淹没焊膏凸点、印刷电路板迹线及其他特征区域,进而填充阻焊层开口。这一过程会产生并诱集气泡,在凸点后面,多少有些顺流的方向上表现尤为突出。
芯片被置放在玻璃基片上,从基片底部进行观察。图片所呈现的颗粒状外观源于密封剂内部的固态微粒,其在高温下可溶解。图片显示,靠近中心凸点(以三角形排列)的气泡尺寸与凸点本身尺寸相当;通过与周边凸点的间距相比较,可以大体估算出气泡的尺寸,这里周边凸点间距为10密耳(0.254mm)。周边凸点附近也有相似的气泡,但它们已分离出来并沿边角(图中聚焦区以外的区域)上升;可以清楚地看到,一来自左下角凸点的气泡一半在芯片下,一半在外面。大部分分离的气泡均在其后面靠近各自凸点的地方留下了一个相对较小的气泡。上述情形在所有贴片过程中非常普遍,难以避免。但是,元件制造商可以通过尽量减小芯片和基板表面的不规则性来应对气泡的产生。
密封材料一旦到达芯片边沿,势必将其润湿并沿芯片边沿攀升以形成圆角。在这一过程中,必须对芯片加以固定,以防止其在密封液上产生滑动。否则接下来就有芯片贴装在错误位置的危险。
密封剂的粘性是决定芯片固定到位时间的主要因素。对密封液润湿芯片边沿过程的录像资料显示,密封液停止显然可见的运动的时间,从约0.1秒到超过1秒钟不等,取决于粘度不同的密封剂。
贴片时不仅在贴装头后退之前必须将芯片固定一定的时间,还必须在这一时段里对芯片施加一定强度的压力,将密封剂挤出,迫使其充满芯片下的全部区域。特别对于独立的焊盘开口,为给凸点腾出空间,密封剂必须流过各个凸点和开口侧壁间的狭窄区域,尤其如此。即使这些独立的开口被替换成沟槽交错的迹线,密封剂可以更自由地流动,仍需对芯片施加相当强度的压力。这种压力的另一重要作用足可以将凸点下压至基板,将其压扁。这样可以使尽可能多的凸点在再流焊之前贴近焊盘,在采用非流动性密封剂时,这有利于避免电气开路的出现。在传统工艺的再流焊过程中,最先熔化并润湿其焊盘的部分凸点,因为没有底充胶阻止芯片塌陷作用,会由于表面张力产生足够强度的力将芯片下拉。这一过程将最终使得所有凸点与焊盘接触,保证了部件的电气连续性能。
与传统过程相反,再流焊密封剂则阻止芯片向下运动。当密封剂形成聚合时,由于材料厚度明显增加,这一阻止作用变得更加显着。因此,必须有足够强度的贴装压力,才能克服密封剂阻力,保证尽量多的凸点与其相应的焊盘相接触。
密封剂同时还阻碍了芯片的侧向运动,从而削弱再流焊过程中芯片的自对中作用。这进一步说明,在采用再流焊密封剂时,精确贴片非常重要。
为保证部件获得优良电气连续性能所需的压力大小,随密封剂粘度的不同而变化,密封剂粘度越高,所需的压力越大。例如,采用目前粘度最高的密封剂,对于88个凸点的芯片,贴装压力为800克时,效果总是优良。而对两块这种芯片施加的压力减为500克时,芯片均出现开路现象。另一方面,贴装压力过大不仅有可能损坏芯片,也可能使基板弯曲,一旦待压力撤除时,基板可能出现反弹,造成表面上一定数量的凸点与焊盘脱离,甚至还可能引起芯片相对于基板的运动。
再流焊 再流焊是优化再流密封剂过程中最难控制的一步,这主要是因为很多过程同时发生并且可能在工艺需求上产生冲突。例如,再流焊过程中密封材料必须保持液态,以防阻碍焊点的生成和芯片的塌陷作用。同时,当电路板被送出再流焊炉时,密封剂必须实现相当程度(即便达不到完全)的固化。很多密封材料对再流温度曲线的变化非常敏感,当温度过快过高,甚至升温速率过高时,都可能造成开路。
实验中所测试的密封材料需要采用传统的SMT温度曲线(见图3,标为“标准”的曲线)。这对于需同时处理其他表面贴装元件的过程很有帮助。另外,由于这些密封材料开始聚合相当“缓慢”,可以认为它们对再流焊温度曲线的敏感度最小。不过,它们在再流焊过后需要进行二次固化,一般为30至40分钟。
另一个极端的情况是,一些密封材料与传统再流焊中的“浸渍保温”期不相兼容。相反,若将温度直接稳定升高至再流条件,并在相对较低的温度下保持几分钟,其反应的效果更佳。这一二次加热期,使得再流曲线看起来更像是传统SMT再流曲线的镜像(见图3“反向”曲线所示)。这些材料无需二次固化,事实上二次固化过程转移到了再流焊炉内进行。
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