倒装晶片的组装的PCB助焊剂工艺

        PCB助焊剂工艺在倒装晶片装配工艺中非常重要。PCB助焊剂不仅要在焊接过程中提供其化学性能以驱除氧化物和油污 ，润湿焊接面，提高可焊性，同时需要起到黏接剂的作用。在元件贴装过程中和回流焊接之前黏住元件，使其固 定在基板的贴装位置上。此类阻焊剂相比于其他普通的PCB助焊剂有更高的黏度，它需要提供足够的黏力来保证晶片 在传输过程中及回流焊接炉中不发生移动。

　　我们之所以选择PCB助焊剂而非锡膏，是因为超细间距的锡膏印刷会有很大的“桥连”风险；同时考虑到混合装配 工艺的兼容性，免洗型PCB助焊剂是一个比较好的替代方案。

　　如何选择合适的PCB助焊剂及其量的控制是该工艺的关键。不同的PCB助焊剂的润湿能力，黏度及与其他材料的兼容性 会不一样。PCB助焊剂量的多少会影响到焊接完成后其在基板上的残留量，而PCB助焊剂的残留量会影响后面的底部填充 工艺及产品的长期可靠性。由于晶片与基板之间的间隙非常小，要清除晶片底下残留的PCB助焊剂非常困难，所以， 需要选择低残留免清洗的PCB助焊剂。

　　(l)PCB助焊剂的黏性和应用方式

　　PCB助焊剂是非牛顿流体，它的黏度会随环境温度、剪切应力及剪切速度而变化。黏度的国际单位为帕斯卡·秒( Pa·s)，常见的单位有泊(P)、厘泊(cP)、斯托克斯(St)、厘斯托克斯(cSt)等，它们的换算关系如表1 所示。PCB助焊剂的应用方式一般有喷涂、针传输、利用各种阀点涂、浸蘸和刷涂、应用方式和黏度相关，一般适合 浸蘸的PCB助焊剂的黏度在4 000～10 000 cP，I/0数多及大的晶片要求PCB助焊剂的黏度要低些，或者这时需要特殊的 吸嘴夹持。而采用点涂或喷涂方式的PCB助焊剂黏度较之要低，因其含固体成分的百分比要低，所以回流焊接后焊点 周围的PCB助焊剂残留量要少。

　　(2)PCB助焊剂的润湿能力

　　PCB助焊剂必须有足够的润湿能力保证可焊性。不同的PCB助焊剂润湿能力不太一样，受影响于其活性、回流焊接的环 境、焊接材料、焊盘的表面处理方式、焊接表面的氧化程度和焊接面的大小。有的PCB助焊剂只能适合在惰性环境里 焊接，雨有些PCB助焊剂既可以应用在空气环境中，又可以应用在惰性焊接环境中。

　　我们可以通过实验来评估PCB助焊剂的润湿能力。将蘸有PCB助焊剂的元件贴在氧化程度不一样的铜板上，回流焊接后 ，量测焊料在铜板上铺开的面积就可以评估不同PCB助焊剂的润湿能力了。在铜板上焊料铺开面积越大，说明可焊性 越好。

　　不同的PCB助焊剂，不同厚度和不同的焊盘氧化程度，润湿能力的测试如图1所示。需要注意的是：如上所述，可 焊性会受回流焊接环境和焊盘表面处理等因素的影响，此测试方法可以为我们提供一种参考。

　　在实际生产条件下，SnPb焊球蘸取Multicore MP200，KesterTAC23几种PCB助焊剂，在空气回流焊接环境中获得了 比较好的焊接效果.

　　我们来比较在氮气回流环境和空气中回流焊接的效果。同样采用SnPb元件，焊接在OSP表面处理的焊盘上，结果 是惰性回流环境中焊接效果要好，锡铅的焊接性能比无铅焊好，尤其是在无铅焊接工艺中，必须要使用氮气焊接 环境，并且控制氧气浓度在50 PPM。

　　在采用不同表面处理方式的焊盘上的焊接性能也会不一样，镍金(Ni/Au)焊盘和浸银(ImmAg)焊盘可焊性要 比OSP的焊盘好；较小的焊盘相对大的焊盘其可焊性或PCB助焊剂在其表面的润湿能力要强。

　　(3)PCB助焊剂浸蘸工艺控制

　　我们需要控制PCB助焊剂薄膜的厚度和浸蘸的过程。由于元件焊球的大小差异，需要设置恰当的薄膜厚度，以保证 所有的焊球都需要蘸到足够的PCB助焊剂量。蘸的PCB助焊剂太少，则元件在基板上的保持力不够，容易在传输过程中移 动；如果蘸的量太多，则回流焊接完之后PCB助焊剂残留会过多，影响后面的底部填充和产品的可靠性，有时会出现 PCB助焊剂短路，这对于后面的热操作是不安全的c同时，薄膜厚度过厚，元件在浸蘸过程中可能会被粘在PCB助焊剂里 。那么，多厚的PCB助焊剂算是恰当的厚度呢？要求PCB助焊剂薄膜的实际厚度是焊球高度的一半左右。一般量测的实际 厚度为设定的理论厚度的40％可以接受，但是薄膜厚度必须均匀稳定。

　　浸蘸过程中需要控制的参数有：往下浸蘸的加速度、压力、停留时间、浸蘸完成后往上加速度，以及PCB助焊剂应 用单元活动部分来回运动的频率。当然，这些参数和所选用的PCB助焊剂特性有关。贴片头拾取元件在往下浸蘸过程 中要减速，避免对元件的冲击而导致晶片破裂或焊球变形。浸蘸时的压力要小于500 g，太大的压力会将元件压 碎或导致焊球变形。元件下到底后停留的时间与PCB助焊剂的特性相关，PCB助焊剂通过毛细作用会爬上焊球。停留时间 太长，元件会被PCB助焊剂粘住而取不起来。浸蘸压力过大或时间过长都会导致PCB助焊剂过量，图7所示是PCB助焊剂过多 ，焊接后PCB助焊剂仍残留在元件和基板上。如果浸蘸完后往上的加速度太大，也会有冲击，导致元件会被粘在助焊 剂中。适当调节PCB助焊剂应用单元活动部分的往复频率，以及时补充PCB助焊剂。一般PCB助焊剂在温度25℃相对湿度85％ 的工作条件下其工作寿命是8h，超出8 h需要更换新的PCB助焊剂。