bga 及通信产品清洗技术bc

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片本文樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,*,BGA,實務不良分析及解決,技術,梁明況:(03)5917090,工研院電子所品保工程服務組,中華民國八十九年十月十二日,1,1.BGA,產品清洗技術,大 綱,簡介,實驗介紹,結果與討論,故障分析,結論,3,簡 介,在高級電腦及通信產品方面，為要達到輕薄短小、高頻耐受性、功能增加、I/O數目增加等要求考量下使用 BGA封裝最符合需求。,BGA之製程不良率為5-0.1% ， 而且最大的問題在於無法有效清洗乾淨，易殘留助銲劑等物質而影響阻抗。為確保產品可靠度可利用S.I.R測試來評估,。,4,實 驗 介 紹,設備及藥品,Du Pont Axarel 32,Corpane 半水洗機,BGA-524 Test Board,OK Industries BGA-2000 SERIES,化學分析電子儀（ESCA）,TABAI 恒溫恒濕儀,5,水洗製程：,經 40,60,的純水沖洗，再烘乾,半水洗製程：,先用,Du Pont Axarel 32浸泡再用 60,純水沖淨，烘乾,S.I.R. 測試,測試板製備,測試板拉線,測試條件,6,結 果 與 討 論,判定標準經過 168小時測試後之阻抗(SIR)須大於100M,為合格,結果判定,# 2-2：2M,# 4-1：5M,# 4-3：1M,上面樣品小於100M為不合格,NOTE:均為水洗製程之產品,7,故 障 分 析,取件,利用 OK Industries BGA- 2000 Series BGA 修護系統將故障 BGA取下,故障點觀察,BGA底部有白霧狀殘留物,PCB上有白霧狀殘留物,殘留物面積相當，並將線路覆蓋,8,故障點做 ESCA分析,分析範圍：500 m,分析位置：BGA 及PCB上非銲點處,分析出之元素成份：,P,b,S,n,C OBGA 25.5 44.2 23.6 6.7PCB 19.4 53.9 19.1 7.7,含大量之 Sn、Pb,進一步做 Curve Fitting,9,結 論,半水洗製程清洗後之試測板均可通過 85,，85 % R.H. 外加 50V偏壓，168小時嚴格的表面絕緣阻抗測試,而經由水洗製程所清洗的測試板經表面絕緣阻抗測試後有50%的測試板無法有效地將BGA元件底下的助焊劑清洗乾淨，由於水之表面張力大，無法有效地滲入BGA元件底下而造成有清洗之殘留存在,若助焊劑無法完全清淨，則當元件的使用期間加強或元件的使用環境惡劣時則易使元件的壽命縮短，即可靠度無法滿足需求。,對於混成組裝及通訊類產品其特殊性能上的要求而須使用活性強的清洗型助焊劑，為確保其產品的可靠度可符合要求我們建議應使用半水洗製程來清洗該類產品,。,10,SMT製程中，鋼板的好壞對產品良率影響很大，尤其在孔很小的地方，如micro-BGA及208以上QFP產品，如果將鋼板孔變大，易造成短路，鋼板孔變小，易空銲，所以開一樣大可能最好。一般鋼板好壞主要決定於表面粗糙度及undercut，也就是表面愈光滑就愈好。,2.雷射及化學蝕刻鋼板檢驗分析,11,圖一為QFP雷射之鋼板，一般在角落地方呈,直角， 那就為雷射，如果角落呈半圓那為化,學蝕刻，由圖一得知此鋼板為雷射蝕刻。,從圖二可知雷射鋼板之孔內壁非常粗糙，而,且表面也粗糙，可見此雷射鋼板其品質並不,好。所以印10片就要清洗1次，嚴重5片就要,清洗。,從圖三和圖四得知孔內並沒有undercut，但,內壁也非常粗糙,。,12,圖一：208 pin QFP之雷射鋼板之相片,圖二：208 pin QFP之雷射鋼板之孔避,圖三：208 pin QFP之雷射鋼板轉角之SEM相片,圖四：208 pin QFP之雷射鋼板平面之孔內避,之SEM相片,13,3.SMT錫膏銲接不良現象,一般良好的錫膏銲接，錫熔化之,後，會有毛細管的現象跑到零件,上面，圖一箭頭所標示，在腳前,端有錫在上面，在圖二放大圖更,明顯,。,14,在箭頭1很明顯前面有一堆錫，沒有跑向腳銲,接，可見元件吃錫性不太好，而且看錫球有熔,解的現象可見reflow溫度足夠，在圖二之箭頭2,和3也發現有錫球，此錫球可能錫膏out-gass噴出,來，或錫膏吸水及氧化嚴重。,所以可以將錫膏放在陶瓷基板來測試其含水,量看看，如果放太久含水量大，不容易凝結,錫塊但容易產生錫球，如此就是錫膏含水量,太多,。,15,圖三之箭頭很明顯有一顆錫珠，而且比錫,球大很多，此現象可能錫膏含水或氧化導,致和銲錫性差，無法跑回去pad所造成，,另一個因素PCB吃錫性差，錫球不易和,PCB結合而跑到PCB上面。,16,圖一：SMT銲接不良之SEM相片,圖二：SMT錫膏銲接不良現象,圖三：SMT IC下面有錫珠產生,17,4.QFP之SMT reflow不良,SMT之銲接主要靠reflow之高溫把錫膏熔化，,把QFP和PCB銲接一起，一般在reflow profile中,要求183以上至少60秒，由圖一中得知在,銲接地方較黑，沒有光澤，也沒有錫流動痕,跡，可見此不良可能是錫沒有完全熔化，,沒有連接造成QFP與lead結合不良，lead易,脫落。,另外可能lead之腳有污染，銲錫性不良所,造成。,18,圖一、QFP之SMT銲接不良,19,5. PCB 921效應,一般PCB從上面觀察不應該有粉紅顏色產生，如,果有此現象，就是所謂粉紅圈，粉紅圈主要是PCB,黑化層和樹脂分離，再如酸液將黑化還原形成粉紅,色。,圖一很明顯看到有粉紅圈都在孔之四週，此樣品,正常是不會主要在921地震過後缺料，放置一個月,之後再去拿波銲所造成。,此分離現象可能黑化銅本來和樹脂就結合不良，,雖然不嚴重，但由於放置太久，水氣跑進去又沒事,先烘乾完全，造成粉紅圈之不良現象。,20,圖一、PCB粉紅圈之不良品,21,6.BGA之package不良分析,BGA之錫球的銲接，在IC那一面主要靠水溶,性助銲劑銲接也就是圖上上方，在PCB一面要,免洗錫膏銲接，一般正常情況都應該銲接良好，,如果銲接不良，大部份在PCB，主要原因是,PCB銲接主要使用免洗銲膏，銲錫性較差，,但圖一相當明顯，斷線在IC這一般，可見上面,銲接比較不好，此種現象也可能銲接好了，又,受外力拉壞，由上面圖一得知，此銲接可能不,是很好，再受外力後，使整個錫球掉下來。,22,從上面結果明確得知IC之PCB銲接不良，為,了避免此現象產生，在IC之PCB要做銲錫性,試驗，主要原因在IC之PCB使用鍍Ni/Au，,其銲錫性較差。,另,外原因可能重工時，沒有將IC上面PCB之,銲墊 氧化去除乾淨，造成銲錫性不良，在植,球時並沒有掉下來，在reflow時掉下來。,23,圖一、BGA之IC銲接不良,24,7. BGA銲接不良分析,一般BGA使用BT之材質容易吸水，所以打,開包裝一定要馬上使用，如果在包裝上有,規定在72小時使用完畢，最好也馬上使用,完畢，因為台灣濕氣重易吸水易造成裂痕。,BGA之電性failure可能有三種現象：,1.BGA之錫球銲接不良,2.BGA IC不良,3.IC打線不良,25,上面缺點嚴重可以用X-ray來觀察，如果輕微,就無法使用X-ray。,另外一種技術，使用染色技術，將染料灌入,BGA，如果在錫球上有色料，那BGA本來就,沒有銲好，相對沒染料那BGA球就銲接良好，,在圖一為BGA不良品在灌染料之後圖形，圖,二為圖一放大圖。,26,在圖二之箭頭1很明顯看到solder,ball上面沒有紅膠，那代表銲接很,好，在箭頭2看到solder ball上面,有紅色染料，那代表銲接不良。,27,圖一：BGA灌入紅色染料之錫球,圖二：將圖一之相片放大,28,8. BGA之packaging不良分析,BGA之錫球銲接，在IC那一面主要靠水溶性助,銲劑，所以其銲錫性會比在錫球下面使用免洗錫,膏之銲接好。但IC之PCB主要鍍層為Cu/Ni/Au。,銲接是靠著Sn和Ni形成合金而結合，一般Sn和,Ni結合其強度比Sn和Cu不好，主要原因Ni易氧,化，不用較強Flux ，易造成銲接不良，所以使用,助銲能力較強之水溶性助銲劑。,29,圖一很明顯看到箭頭1 BGA之錫球連PCB銅都,掉下來，而箭頭2很明顯只有錫球掉下來。圖,二可以很明顯發現分離在IC之PCB銅箔和基材,分離。此不良品在箭頭1和2可能受到外力或本,身應力，另外可能本身銲錫性差及重工破壞和,吃錫性差所造成。,30,注意在圖一之箭頭3其錫球比箭頭1、2圓，可見,錫球本來為圓形，在reflow時，錫熔解，因為錫,在上面銲錫性差掉下來，使球變胖一點。,此樣品也可能重工時，因為去solder ball弄傷,PCB，再重新置球時reflow時，使PCB掉下來，,把錫球壓扁。,31,對於BGA重新植球時要注意BGA上面Sn/Pb去,除乾淨，不然銲錫性就很差，最好也用水洗助,銲劑，增強銲錫性，但最後BGA一定要清洗乾,淨，避免SIR不良。現在業界大都用免洗膏狀,Flux 。,32,圖一：BGA之IC PCB斷裂SEM相片,圖二：為圖一箭頭1之放大圖之SEM條件,33,9. BGA銲接不良分析,圖一,二為BGA錫球於銲接後之垂直切片圖，圖,中雖未發現有錫球接觸斷線的情形但在錫球上方,與板子接觸部份，卻發現有吃錫狀的現象，此吃,錫的現象極易造成成品使用上的損壞。因不良也,可能對位或印片不正所造成。,34,圖三,四為某公司之BGA產品，Sn接觸不良,之cross section分析，此錫球的成份為63/37，,圖中之Sn球接觸不良點可能本來球就已變形，,造成無法接觸底下錫膏，所以無法收縮。,可能錫球中空，銲接時某部份錫被吸下來。,可能錫球表面氧化嚴重，其小區域吃錫性好,被吸下來。,35,圖一： BGA銲接後之垂直切片,圖二： BGA銲接後之垂直切片放大圖,圖三： BGA錫球接觸不良之垂直切片,圖四： BGA錫球接觸不良之垂直切片放大圖,36,10.BGA錫球銲錫性不良分析,BGA在IC之PCB植球，所用水溶性助銲劑遠比,PCB組裝使用免洗錫膏之助銲劑能力強，所以在,IC那一端之銲錫性應該會較好。在水洗製程容易,將錫球表面Sn氧化成SnO，如圖二和圖三之Auger,表面氧化分析，很明顯在植求之前Sn之強度比O,高，其O/Sn比為0.93，但在植球過後，因為Sn被,水溶性助銲劑氧化，其Sn之強度比O低，其O/Sn,比為1.76，可見水洗助銲劑確實會促使錫球表面氧,化。但不嚴重就沒有關係。,37,如果錫球上水溶性助銲劑放置太久，或沒有清洗乾淨就,很容易造成表面氧化，銲接就有問題，在圖三為表面清,洗不乾淨之錫球，表面Auger分析發現有Cl污染，而,且O之強度也很高，其O/Sn之比達到3.2，可見錫球表面,氧化嚴重，吃錫一定有問題。,如果BGA IC之植球沒問題，但表面氧化嚴重，在PCB組,裝使用助銲劑較弱之免洗錫膏，其銲接可能就有問題，,在圖四很明顯看到BGA之錫球和下面免洗錫膏銲接不良，,在圖四之箭頭很明顯看出有銲接之界面，造成電性失敗，,此不良現象最可能原因為BGA之錫球表面氧化。,38,圖五和圖四是一個非常類似情況，在箭頭地方很,明顯錫球和錫膏界面非常清楚，造成電性失敗主,因此下面錫膏，可能比原來印上去還多，所以有,可能上面錫球之錫跑到下面。,另外可能現象，此錫球中間為空心，銲接時中空,錫有部份跑下來，造成下面錫比錫膏多。,39,11.BGA錫球之對位不良分析,由於BGA之銲墊越來越小，相對其對位就越難，主,要現象在兩個錫球之前在以前只要通過2條線，現,在必須通過3條線，甚至在U-BGA其銲墊更小，對,位不良可能由下面說明。,(a),綠漆的厚度變薄，現在使用液態綠漆最薄可 能只,有0.2條，在以前至少有 0.41.0條，綠漆厚植球較,容易。,(b),PCB銲墊的長度面積變小在以前銲墊可能有60條，,現在只有40條。,40,在圖一箭頭1可以看到其上下對位比較正確，但在,箭頭2地方就有點偏，但還是有連接導通。,圖二為對應良好之BGA產品，可以發現上下和,PCB銲接面積大，而且吃錫性良好，在仔細看,一下，箭頭1之銲墊的面積比箭頭2之銲墊面積大，,吃錫性會較好。,另外箭頭1上面錫球使用水溶性助銲劑吃錫性較好。,箭頭1上面錫球為獨立放置，其對位效果應會較好。,41,圖三為一個對位不良之BGA樣品，在箭頭2對,位良好，但箭頭1和3就不好，可見下面對應,不良，上面對位還不錯上面應該為IC之PCB，,使用各別獨立植球，所以對位較好。此不良,可能轉動關係。,42,12.BGA組裝PCB銲錫性不良分析,BGA是靠錫球將IC和底下之PCB銲接在一,起，錫球之上面使用水溶性助銲劑而下面,PCB是使用免洗錫膏，所以由上面得知下,面PCB之銲錫性會比上面IC差。,43,圖一之箭頭2銲接良好，但箭頭1其銲接不好，在,圖一很明顯錫球銲接不良不是全面性，只有箭頭,1之錫球，其形狀都很類似形成圓形，可見迴銲的,條件該沒問題。,將圖一箭頭1地方放大為圖二，從圖二很明顯看出,錫球未並和PCB銲墊接合，造成斷路，再仔細看,一下箭頭1，很明顯看到PCB銲墊之錫膏跑到錫球,上，而且錫球之輪廓和PCB銲墊完全一致，可見,PCB銲墊其銲錫性不良，才促使錫膏跑到錫球上。,44,PCB錫墊吃錫性不良，可使表面有雜質或氧,化物造成，尤其在全面無電解Ni和Au最為,嚴重，因為Ni易受氧化或鍍Au槽受Ni之污,染。,45,13. BGA之錫求表面分析,一般正常BGA之錫球外觀看起來明亮，但圖一正,常錫球之SEM 100倍，可以看到表面光量，看不,到黑點，在圖三和圖五分別為放大圖，從圖五明,顯看出表面光滑並沒有凹洞，但可以看到箭頭1為,白色與箭頭2之黑色條紋，此黑白條紋都是Sn和,Pb之結晶，白色含Sn較多，相對黑色Pb比較多。,而且表面光滑並無凹洞。相對在BGA之錫球時常,會發現有幾顆特別黑之樣品，經過SEM照相，就,為圖二所示。,46,在圖二中可以發現很多小黑點，很均勻分布在錫,球外表，此黑點不太可能為刮傷，因為分布均勻。,將圖二放大1000倍為圖四，在圖四很明顯看到箭,頭1為圖二之黑點，此黑點只是表面黑，並沒有,明顯凹洞，在圖四箭頭2可以明顯看到每個地方,有小洞，由此與圖三比較，BGA之不良黑色錫,球表面比較粗糙，有部分黑色部份，而且有小,洞，如此相片可能表面氧化。,47,黑色BGA之錫球可能表面氧化，如果氧化不嚴重,在IC植球，使用水溶性助銲劑其銲錫性較強，其,銲接沒有問題，但在組裝使用免洗之錫膏其銲錫,性就可能有問題。如果氧化較嚴重，那IC之水溶性,助銲劑之銲接也會有問題。,圖六箭頭1地方為圖二箭頭1之放大圖，從圖六之,箭頭1可以看到氧化很嚴重，再箭頭2可以見到氧,化物，其外型與金屬外型完全不同，而且箭頭1行,成一個黑色之氧化凹洞,。,軟針電性測試會誤判,。,48,14.BGA錫變黑Auger成分分析,BGA植球在BGA IC上發現有變黑現象，已沾,水溶性助銲劑，拿來做Auger此樣品有四種：,圖一：大顆BGA為清洗Auger分析,圖二：大顆BGA清洗過Auger分析,圖三：小顆BGA未清洗Auger分析,圖四：小顆BGA清洗過Auger分析,49,如果從圖三和圖四比較很明顯C在清洗過後之C含,量減少很多由圖一、C/Sn=14比圖三、C/Sn=1.7，,所以明顯錫球上面助銲劑被清洗掉，此球洗過還是,黑色，可見此球可能本來就黑。,另外在圖三很明顯有元素O、Sn、Cl、Pb和C和Pb,為基材，C可能particle或助銲劑，Cl可能污染物，,由此可見黑色物質上面有Cl之腐蝕物，在Acetone,清洗之後，C變少，相對Cl也不見了，由此可知C,和Cl污染物都在表面。,50,但在清洗過後相對S增加，此現象可能在Acetone清,洗Flux之後，放在濾紙上，過濾污染solder ball，,另外圖一和二與圖三和四相似情況，BGA錫球變黑，,可能使用錫絲稱重剪斷，放入熱油中，等冷卻(自,動流動降溫)，因為solder ball有油，使用水去清洗，,但solder ball在水中可能氧化。,所以在後面一定用稀鹽酸去清洗，把SnO去掉，但,稀HCl沒有去除乾淨，H和Pb易結合形成PbH黑色。,所以在圖一有發現Pb很強peak(ASE)。,51,15.BGA之錫球銲錫性測試,現在廠商使用BGA之不良率大約在6%-0.1%，如,果在6%以上可能與BGA錫球之吃錫性不好有關,係，所以必須將BGA做吃錫性試驗，降低不良率。,圖1為良好之BGA錫球之銲錫性，從箭頭1和2可,以觀看到錫球表面非常光滑。,另外在圖2之箭頭1和2可以發現錫球表面凹凸非,常不良之銲錫性。,52,圖1：良好之BGA錫球之銲錫性,圖2：不良之BGA錫球之銲錫性,53,16.BGA南瓜型錫球不良分析,由於BGA和PCB距離較近，在reflow之後，,因受熱不易，容易在BGA外圍之錫球有南瓜,型狀，也就表面有刮痕，在圖1可以發現良好,光滑錫球表面，圖2就顯示不良好南瓜型,BGA之錫球，此不良好，主要原因可能預熱,不夠，在預熱可能分130-150，150-170兩,段，就可以解決此問題。,54,圖一：良好光滑錫球面,圖二：不良好南瓜型之BGA錫球面,55,17. BGA植球不良分析,BGA在第一次銲接不良後，一般會將錫球去掉，,重新再植球，封裝廠植球是用水溶性助銲劑但,組裝廠使用免洗助銲劑。,在圖1為重新植球經迴銲不良現象，在圖1箭頭1,可以發現良好錫球銲接情況，但箭頭2發現有錫,球位移，在箭頭3發現錫球銲接在一起。圖2之,箭頭1發現有錫球不吃錫現象。,56,在重新植球在迴銲之後發現錫球銲接有不良,現象，這種現象可能使用免洗助銲劑比原來,水溶性助銲劑之活性差的關係，另外在去原,來表面之氧化錫，並未去除良好或表面銅氧,化，因為表面多次受熱。,57,圖一：重新植球經迴銲不良現象,圖二：為圖1之放大圖,58,18.BGA錫球銲錫性試驗,在BGA時常有發現銲錫性不良，造成,BGA之不良率在60.1%中間，,BGA之SMT銲錫性不良，可能與錫球吃,錫性有關係，所以將BGA之錫球做銲錫性,試驗。,圖1為良好之BGA錫球銲錫性從圖1箭頭可,以看出祇有一點點吃錫不良，其他部份都,相當光滑，wetting很好。,59,圖2為不良好之BGA錫球之銲錫性，在整個紅色,不良區，佔整個綠色測試區約30%，比規範良品,要95%少很多，所以不合格，圖3為圖2不良銲錫,之放大圖，在圖3箭頭1可以見到表面氧化嚴重變,黑，箭頭2為no-wetting之凹區，這種不良現象是,無法上錫wetting良好。,相似情況在圖4，不良紅色區佔整個銲錫區之50%，,可見銲錫性比前面圖2更不好，圖5為圖3之放大圖，,在圖5箭頭可以見到吃錫不良品為凹洞之no-wetting。,60,圖一：良好之BGA錫球銲錫性,圖二：不良好之樣品1之BGA錫球銲錫性,圖三：為圖2不良銲錫之放大圖,圖四：不良好樣品2之BGA錫球銲錫性,圖五：為圖4不良銲錫之放大圖,61,19. MICRO-BGA銀膠層不良分析,MICRO -BGA在SMT製程有發現在Chip和,PCB介面有分層現象，有一點像爆米花，良,品為樣品1，不良品為樣品2、3和4，經切片，,圖1為樣品1之切片，圖2、3和4為樣品2、3,和4切片。,在良品之圖1，可以明顯看出IC和銀膠，銀,膠與PCB之綠漆結合很好，並未發現有任何,脫層現象。,62,圖2為不良品之切片，從箭頭，可以明顯看出銀膠,和綠漆結合還很強，但綠漆與PCB含水太多，在,SMT reflow高溫成綠漆與PCB底材分開。,另外在圖3發現分層在銀膠和IC，而且造成IC裂,痕，也可以發現下面裂痕比上面大，此不良可能,銀膠或PCB含水性太多，或銀膠硬化不完全，造,成受熱膨脹，造成IC裂痕。,在圖4之樣品4之不良與圖3之樣品3相類似。,63,圖一：良品樣品1之切片,圖二：不良品樣品2之切片,圖三：不良品樣品3之切片,圖四：不良品樣品4之切片,64,20.BGA氣泡不良分析,此BGA產品在X-ray觀察發現有些白點的空洞，,但由X-ray圖難看出氣泡在那裏，比較難推測,不良形成原因。,經剖面分析結果為圖1、2和3，從圖1得知，此,氣泡在IC銲接，可見銲接不良形成氣泡是在,包裝公司所造成。,65,在圖1箭頭2發現完全空洞之氣泡，能助銲劑所造成,，在圖1箭頭1發現有部份空洞之氣泡，此現象可能,錫氧化，無法與錫結合一相之現象，此錫氧化可能,從BGA之球表面造成機會大，因為此氣泡比錫膏的,厚度大。,66,另外值得一提為圖1之箭頭3，發現BGA錫球表,面不光滑，可能錫球表面氧化或SMT之迴銲溫,度太低所造成；錫球表面氧化可以做銲錫性試,驗，迴銲溫度可以調預熱溫度圖2之不良現象與,圖1差不多，在箭頭1明顯看出在部份氣泡和錫,銲接一起,。,另外在圖3之氣泡是在組裝之PCB上面，發現銲,接不良氣泡。,67,圖一：BGA氣泡剖面分析,圖二：BGA氣泡剖面分析,圖三：BGA氣泡剖面不良分析,68,SMT印刷製程,壹,、SMT流程評估及標準流程,1.主要流程,a.背面點膠元件放置 迴銲正面印錫膏元件放置迴銲元件放置波銲(背面印膠元件放置 迴銲正面印錫膏元件放置迴銲元件放置 波銲),電機、電腦介面卡,69,b.背面印錫膏背面點膠元件放置迴 銲正面印錫膏元件放置迴銲元件放置波銲(背面印錫膏背面印膠元件放置迴銲正面印錫膏元件放置迴銲元件放置波銲),電腦、主機板,70,c.背面印錫膏背面點膠(印膠)元件放置迴銲,正面印錫膏元件放置迴銲元件放置手銲接(背面印錫膏背面點膠(印膠)元件放置迴銲正面印錫膏元件放置迴銲元件放置詠錫(MPS),(背面印錫膏背面點膠(印膠)元件放置迴銲正面印錫膏元件放置迴銲元件放置製具波銲),手提電腦、工業控製器,d.背面印錫膏背面點膠元件放置迴銲正面印錫膏(包括塞孔) 元件放置迴銲手銲接,手提電腦,71,2. 流程評估,(a)現在點膠比印膠多,主要原因印膠比較會沾,到pad,造成pad沒有銲接,(b)印膠易溢膠,滲膠,定位較難,鋼板背面易黏膠,造成pad沾膠,無法銲接,(c)雖然印膠比點膠快,但SMT流程瓶頸在放置元件,印膠快沒有什麼用處,除非SMT元件少,(d),印膠比較不易掉件,72,3. 在a之主要流程,背面元件靠波銲來銲接,其良率一般不好,主要受到波銲之陰影放應不良影嚮,其次錫爐之擾流波不良所造成,一般不良為空銲要加強擾流波設備及PCB銲墊之佈置,4. 一般SMT先從背面先做,主要考慮怕重元件掉件,一般正面元件之layout比較密,在背面reflow之後,精確度較差,精密元件對位較難,5. 波銲之製程比較難控製,Note-book工廠在插孔元件印入錫膏,直接迴銲銲接如製程d,比較省事,但單價較高,6.詠錫使用字昇包括(玻璃纖維、纖維、phenolic resin、不銹鋼鋁),73,貳、鋼板,1. 鋼板物理特性,. 鋼板材料-黃銅,不銹鋼,鉬,. 鋼板厚度,垂直性,平滑性及尺寸的經確性,. 鋼板厚度-208pin-0.12mm-0.15mm,. 鋼板孔內品質-,沒有undercut.,平滑,旁邊不是直角,前.中.後寬度相同,. 晶粒愈小愈好,74,2. 鋼板之種類-雷射或蝕刻,工作壽命-10萬片,開放式-蝕刻.雷射,設計-沒有UNDERCUT,粗糙,開口均勻,208pin一樣多,0805 chip-c,向內縮5mil,配合設計,鋼板之開口寬度及厚度必須配合錫球之3和3原則，也就是錫膏最大錫球3個高度不能大於鋼板厚度，寬度必須能大於3個取大錫球長度。,現有產品-化學蝕刻較好,fine pitch要設計外八多50%,增加錫膏方法,在 pad之toe加長,增加銲錫量,75,3.鋼板清潔用溶劑-IPA,HCFC.,依solder paste成份而定清洗效果.,清潔週期:,(a)5片自動擦試,(b)換機種,乾式濕式 清洗鋼板,(c)防爆之鋼板清洗機,4.PCB, 鋼板、元件、Layout良好(下圖0805 chip-c)、 提昇製程能力,76,PCB,鋼板,元件,單位(mil=1 inch/1000),77,5. 鋼板厚度計算,面積比=,開孔壁面積,1.5開孔面積,=,2T(L+W),1.5,LW,T=,0.75(LW),LW,T: 印刷底板厚度 L: 開孔長 W: 開孔寬度,78,註1:鋼板厚度計算,面積比=,開孔壁面積, 1.5開孔面積 =,2T(L+W), 1.5,LW,T =,0.75(L+W),L + W,79,例:208pin焊墊寬10mil,間距10mil,T=0.75(1010)/(10+10)=3.7mil,=0.9398mm,面積比=,23.7mil(10+10),1010,= 1.481.5,80,例2:208pin焊墊寬10mil,間距10mil,T= 0.75(1010)/(10+10)=3.7mil,=0.0037英吋,=0.00372.54公分,=0.009398公分,=0.09398mm,但比算出要多一點,現在使用者為0.12mm,面積比 =,23.7mil(10+10),1010,=,148,=1.481.5 (合理),100,81,1. 印刷參數,(a)括刀的速度15-30mm/s, 愈細線路要愈慢,(b)括刀壓力愈小愈好(0.05mpa),(c)下降速率-前面3mm (a)背面1.5mm/sec後面快速,脫離,(d)印刷時基板和印刷底板間的距離0.4-0.8mm(愈小,愈好),(e)印刷過程的精確度,(f)開孔形狀,角度,(h)彈回距離,參、 印刷,82,2. 印刷注意事項,(a)2小時,測量錫膏厚度一次(誤差 0.07mil之內),(b)錫膏厚度就是鋼板厚度,(c)溫濕度控制:60%RH,20,(d)印刷過程的精確度(走速度平均,定點距離),(e)一次來回誤差,(f)鋼板,(a)垂直性(b)平滑性及(c)尺寸的精確性,(g)錫膏體積:開孔面積高度(鋼板厚度),(h)高速大量生產:自動對位,校正,印刷底板自動清洗,83,1. 錫膏之管理,(a)由代理商送到工廠要冷藏在4-8 送到工業區,由工程或品管驗收,看到乾冰,進貨,不然退貨,而,且密封要好.,(b)由工程或品管人員直接送入冰箱登記,標示(先,進,先出),冰箱保存在4-8,時間不超過3個月.,(c)放回必須在25回溫24小時再自動攪拌,手動攪,拌20分鐘.,(d)使用時間不超過8hr,回收、隔夜錫膏最好不要用,(e)儲存條件,10以下,3個月,. 錫膏-使用前攪拌,肆、 錫膏,84,2. 錫膏之品管, 原料, 錫膏種類, 錫球.大小.均勻.氧化層, Flux鹵酸含量(l), 酪酸銀試驗, 銅鏡試驗, SIR, 電子遷移, 功能測試, 焊錫性,85,1. PCB原物料品管, solderaboloty(95%),吸水性(用天平,0.1%以下),烘乾(120,2小時), layout-兩元件不能小於2mil間隙,平行度(0.75%),伍. 原物料品管,86,2. 其他原物料品管,零件 solderability(95%),工具,鋼刮刀與橡皮刮刀橡皮刮刀用久會變硬,失,去彈性,接觸角會損害,本來90會變形,要磨 平才能使用,87,1.,溫度設定,昇溫區溫度25-130,速率2-3/秒,預烤區溫度130-170,時間60-90秒,正式加熱區溫度170-220,昇溫速率2-3/秒,在183以上要60秒,強制冷卻：在183冷卻10秒,陸、 迴銲,88,2. 儀器, BGA產品最好7個加熱區,9個 加熱區最好,如果後面有冷卻區,可以減少冷卻時間,增加生產速率,量整風扇、抽風速度,使熱分佈更均勻,89,3. BGA迴銲溫度設定,昇溫區溫度25120(11.5/秒),預烤區溫度120150(60110/秒),昇溫區溫度150170(1/秒), 170215(12/秒), 183以上(80120/秒),冷卻區溫度215160(12/秒), 160以下任何冷卻都可以,90,快速膠,必須冷藏,用到後面,注意壓力要加大, 0805以下點膠,點一點易掉件,點兩點中間易短路,紅膠在0805元件室溫2公斤,在高溫沒有黏著性,紅膠注意,183以上時間(60sec),溫度28壓力(3.0kg/ c), shoot time 0.04sec, shoot Gap 0.10mm,印膠比點膠快,但膠量比較不易控制,易溢膠,定位較難,pad易沾膠,點膠注意不要碰到銲點,柒,、 點膠,91,1.刮刀,(a)括刀壓力愈小愈好(0.05mpa)，壓力太大可以從鋼刮,刀變形得知，如果變形太嚴重，壓力就太大。鋼刮刀,壓力太大，也可以從鋼板括痕或殘留錫膏得知，最好,調到剛剛好沒有殘留錫膏在鋼板上最好。,(b)如在鋼板某小區域有殘留，如果不是孔區市沒有關係，,因為錫膏為滾動，下次印會被取代，不會永久停在那,裡氧化。,捌、印刷參數考慮要項,92,(c)在鋼板某小區域有殘留，如果在開孔區，可能造,成錫膏較厚或錫膏形狀品質不良，這種情況可以用,膠布貼在頂針上面(約10m)，就不會有殘留，最好,加入壓力定量不要加高刮刀壓力，太高壓力會使錫膏,便厚，不平整。,(d)刮刀角度固定15-45，而且要直要平，刮刀的壓力,愈小愈好。,(e)現在括刀都用不銹鋼，避免用刮錫膏之不銹鋼去刮鋼,刮刀，容易造成刮刀受損，影響印刷品質。最好準備,用壓克力刮棒去刮鋼刮刀。,93,(f)刮刀的長度只能大於印刷旁邊孔各邊多出2公分,，刮刀行程多邊孔約1公分，多出太多增加錫膏與空氣接觸容易氧化。,(g)刮刀末端之不銹鋼片，很便宜，最好控制品質，有變形、刮傷，馬上就換。,94,1.2錫膏,(a)錫膏在回溫24小時再攪拌使用，攪拌約20分,鐘馬上使用，不要停留1小時以上再用，因為,停留久易和空氣氧化作用，而且粘度變高，不,利印刷。,(b)錫膏回溫24-72小時都沒有關係，但不能打開,與空氣接觸，相對隔天未用，不要放入冰箱，,放在室溫，明天用前再用手攪20分鐘就可以使,用，使用第一片最好看reflow之情況，如果氧化,嚴重最好不要用。,95,(c)錫膏攪完之後馬上放入印刷機台使用，放置久容 易使錫膏粘度變大，不易印入孔內，放入機台之錫膏之量，最多只能印50片(最好15片)，因為錫膏多，溶劑容易揮發，吸水、及氧化對reflow之品質相當不好。,(d)印錫膏每片之時間不要超過10分鐘(尤其在換籃子或溶劑清洗鋼板，容易超過10分鐘)，因超過10分鐘容易使粘度變硬不易印刷。,96,(e)印刷開始要紀錄時間，以便追蹤，印刷之後，不,要放置超過1小時，進入回銲，因為放置太久，除,了易吸水，揮發和氧化之外，也容易褟下，造成 短路，使用快速自動印刷，放置時間會較短。,(f)孔內粗糙undercut容易造成末端塞孔或孔壁黏錫，,如果末端拉錫容易造成短路，尤其雷射鋼板最容易產生。,(g)一般208 pin使用厚度：0.15mm鋼板，印刷速度,15mm/秒，錫膏在中間約200-220m，那就所謂,拉膏，容易造成短路，正常0.15mm鋼板，印錫膏厚度約150um。,97,(h)錫膏中間厚度只和鋼板厚度有關，與壓力大,小，刮刀速度無關，所以壓力愈小愈好，但,太小容易背面滲錫，前面沾錫。,(i)錫膏末端 容易拉錫與鋼板開法角度孔避粗糙，,印刷壓力與速度有關，所以鋼板孔內光滑沒有,undercut。,(j)錫膏放入鋼刮刀的量，不能超出鋼括刀長度，,而且高度不能超過2公分，印快沒有再加錫膏，,一般加錫膏不能超過0.5公斤，而且用手加就可,以，但膠最好用針筒加，不要用罐裝加。,98,1.3印刷之速度,(a)印刷的速度，在細線路要慢，相對粗的線路要,快一點。,(b)以厚度0.15mm 208 pin pith 0.5mm之鋼板，最好,速度在15mm/秒，如果pitch在1.0至0.5mm最好速,度在20mm/秒。,(c)印刷的速度愈快，錫膏的厚度就愈薄，相對速度,愈慢，其錫膏的厚度就愈厚，尤其在孔之內端較,明顯，而孔中間相差不多，因為印刷速度慢在末,端之壓力大，容易造成末端錫膏被集壓出來而變厚。,99,(d)印刷的速度如在細線路208 pin pitch 0.50mm， 孔內只有0.25mm寬，印刷速度以15mm/秒為例，刷刀在孔內時間只有0.5/15mm=0.017秒，在這麼短的時間，滾入錫膏填滿孔時在不容易，所以不宜速度太快，但太慢容易造成末端拉錫，所以設定208 pin pitch 0.5mm以15mm/秒最為恰當，當然如果pitch在0.4以下，速度可能要更慢。,100,(e)一般IC鋼板開口要比PCB pad小10m，但電 容或電阻要多出50m，因為鋼板和PCB pad有點空隙，使錫膏跑出，剛好填在PCB pad末端，如果鋼板開口和PCB pad一樣大，那印完之後，可能跑到pad外面造成錫球。,101,(f)與刮刀平行QFP印刷品質較好，與刮刀垂直其印刷品質較差，容易造成印刷錫量較小，因為印刷時間短，錫不易滾入填滿，錫少易造成空銲，另外在脫模，易拉錫，造成短路。,(g)一般孔內塞錫最好馬上用溶劑擦洗，不要用噴 槍，擦洗完了要等溶劑揮發之後再印，不然會有吃錫不良現象，正常良好鋼板20片擦一次，不好雷射鋼板5片就要擦一次，因為雷射孔內較粗糙。,(h)鋼板清除孔內錫膏最好用擦試方法，如果使用噴槍會噴滿屋為錫粉，容易掉到金手指部份。,造成金手指沾錫。,102,(i)印刷過後，錫膏厚度會稍為比鋼板多出一點，,多出大約一 個錫球厚度，一般鋼板厚度150m,， 印出中間大約200m，但末端拉錫可能達230250m，但旁邊拉錫會塌下來，造成中間,錫較多，此現象在垂直切刷方向孔會更明顯。,(j)印刷工作最好由小姐來做，因為女生比較細心，印刷品質會較好。,(k)頂針最好愈靠近印刷孔最好。,(l)一般印刷錫膏一邊錫多，另一邊錫少，主要原因可以調整頂針之壓力,。,103,(m)單面板頂針愈多愈好，一般頂針有pin圓形凹座，,配合元件位置使用。,(n)鋼板使用過後彈性會變的不好，一般可以用手去,彈，如果聲音比較高(清脆)，彈力就會比較好，,如果聲音比較沉，張力較低最好不要用。,(o)鋼括刀之刀片最好用壓克力去括，不要用攪錫膏之刀片去括， 容易造成刀片表面損害，一般括錫膏最好用不銹鋼片，因為彈性較好。,104,(1)元件吃錫性良好,(a)BGA,(b)PCB,(2)元件含水性,(a)BGA,(b)PCB,(3)錫膏要求,(a)含水性,(b)銲錫性,(c)錫膏保存條件,BGA良率提昇方法,105,(4)製程條件,(a)印刷條件,(b)PCB之BGA設計,(c)放置,(d)迴銲條件,(5)鋼板要求,(a)沒有undercut,(b)孔內平滑,(c)雨面對準,106,BGA,組裝銲錫缺點,錫球 短路, IMC,太厚-架橋,吃錫性不良 -網狀, popcorn或分層 -空銲,不規則銲接外形 -錫不足-對位不良-PCB分離,-球分離-污染,-pad剝離, 空銲,107,