表一、助焊剂物理特性的矩阵
助焊剂描述 粘着性 g/f 粘度 泊
F1 50 300
F2 42.5 300
F3 144 445
F4 125 600
等离子法/干焊 0 0
高温锡球附着63Sn/37Pb 42.5 2230
助焊剂参数在回流之前的物理放置和锡球的保持上,以及在焊锡回流的动力学中都是特别重要的。另外,最初回流前的锡球放置精度是保证适当的焊锡湿润和达到最佳的锡球自我对中所必要的。图一说明当最初回流前放置最佳时工艺控制窗口增大。选择一个将显示提高锡球放置精度,同时适合所希望的放置方法的粘性范围是重要的。
虽然在多数情况下回流前的放置公差是可接受的,但是注意发生在放置后的锡球精度。锡球的自我对中和湿润特性必须达到最大,以保证取得一个元件在可接受条件下。还有,保证外观检查和对中不受影响。各种对中测量可归因于粘度、粘着性和/或沉淀高度的影响。这些参数在图二中比较。
图一、在评估助焊剂平均粘着性和模板放置方法时回流前评估期间,放置精度提高。
图二、使用适度的粘度和粘着特性,回流后的精度提高。
这些参数可能不是唯一的起作用的影响。助焊剂的沉淀厚度可能成为参数相互作用期间的一个因素。实际的沉淀高度也可能增加锡球从助焊剂表面移动到接触焊盘的时间,因此减低放置精度的机会。助焊剂的粘度与粘着性很明显造成回流期间锡球“浮起”。这个浮起增加附着或湿润时间和锡球偶然漂移的可能性,它减少自我对中特性的物理时间3。
锡球
使用的是有下列金属化合金的预成型锡球:Sn63/37,90/10,60/40和62/36/2Ag。选择预成型锡球的主要参数是球形的公差和一致的质量。第二个问题也可能集中在封装、氧化水平和尺寸与金属化的可获得性。
锡球放置方法
锡球放置是使用下列方法进行的:
1、模板方法:对中与随后的锡球放置是使用开孔直径比锡球的大0.003-0.006"的厚度为0.015-0.035"的模板进行的。
每个元件的锡球分布使用化学腐蚀或激光切割到模板上,它要求不同的分布形式和工具或模板类型,因为零件的物理尺寸是变化的。将元件准备好,在安装座上用模板印刷少量一层助焊剂。将模板对准零件,锡球通过开孔刷到座上。该方法提供准确的锡球定位,并容易识别无球的座子。可是,它不是底模(under-molded)BGA的最佳方法,它的密封造成离地高度增加。
2、自动分配方法:在这个方法中,将一台自动密封或分配机器重新编程,来以所希望的元件分布形式放置锡球,在安装工艺发生之前施用助焊剂,帮助达到更加自动化的流动。虽然这个工艺昂贵,当有很高的精度与可重复性。另一个优点是该方法不要求模板需要的一大摊工具。如果很大数量的元件需要回收使用,要做的只是简单地装料,剩下的由分配机去处理。
3、高纯度铜辫法:高纯度铜辫法使用包在纸矩阵中的63Sn/37Pb锡球,这个纸矩阵与要植球的封装相配合。对中数据显示这种放置方法是最精确的。该工艺涉及正常的元件准备工作。首先,植球助焊剂轻轻刷在元件焊盘上。然后纸胚放在一个方形对中夹具上,整个系统回流,以达到安装的目的。在回流之后,纸矩阵在去离子水中溶解,只留下安装好的锡球。可能需要少量的清洁来最后将纸去掉,保证清除助焊剂。因为该工艺不使用免洗助焊剂,认真清洗是必要的,以防止腐蚀,也是长期可靠性的考虑。决定是否封装已经适当清洁的最好方法是测试离子的污染,允许范围是低于每平方英寸0.75微克。
4、干焊法:已经开发出一种借助等离子的干焊工艺来帮助工艺改进和对先进技术的回收使用4。该工艺使用等离子形成各种有机净化和非反应的自由基。该混合物清除积累在回收的BGA锡球放置座上的氧化物。结果提高该座表面的可湿润性。
结果显示,使用干焊工艺产生附着力量和回流前后的放置精度,等于或好于其它安装方法的精度。这些结果是由于需要对准夹具来在整个回流工艺中固定锡球。等离子系统减少有机污染,并允许在助焊系统中典型的电蚀问题的减少5。
无助焊系统的其它优点包括消除在返工之后要求的除湿工艺。借助等离子的干焊法可能成为首选的方法,如果使用的是极为敏感的零件。干焊法的优点也可以通过剪切试验数据来反映。重新处理的元件数据是可比较的,有时好于从新的元件得到的数据。 排列分布或锡球的X、Y坐标位置的整体对中比前面使用夹具的处理方法有所改进。与在扩大的对中孔中增加厌锡桶有关的焊锡释放的改善,也会给锡球的安装带来一个极准确的方法。