微电子封装技术实验指导书

《微电子封装技术》实验指导书适用专业：微电子制造工程桂林电子科技大学1目录实验一BGA返修实验……………………………………………………1实验二引线键合实验…………………………………………………11实验一BGA返修实验一、实验目的和意义1．实验目的①通过实验使学生进一步地了解BGACSP/QFP的检测与返修的工艺流程。②掌握现有返修台和AOI(自动光学检测仪)的结构原理、使用性能和操作方法。③通过实验使学生对BGACSP/QFP的检测与返技术有更深一层了解。2．实验的意义随着BGA封装器件的出现并大量进入市场，针对高封装密度、焊点不可见等特点，电子制造厂商要控制BGAs的焊装质量，需充分运用高科技工具和手段，通过使用新的工艺方法，采用与之相适应、相匹配的检测手段，进一步提高BGAs的焊装质量的检测技术水平。只有这样，生产过程中的质量问题才能得到控制。同时，把在检测过程中反映出来的问题反馈直接到生产工艺中去加以解决，将会大大地减少返修工作量。学生通过实验，进一步地了解、掌握BGAs的焊装质量检测技术，为今后工作打下良好基础。二、实验内容和要求1．掌握IR550A型返修台的基本组成。2．了解并掌握BGACSP/QFP返修工艺技术的内容及其特点。3．了解并熟悉现有仪器设备的工作原理及其使用性能和操作方法。4．了解并掌握在实际生产中，成品电路板（PCP）常见的问题。5．了解BGA焊球植球的工艺流程。6．了解BGA焊后如何进行质量检测。三、实验仪器与设备1、IR550A型的返修台1台2、AOI-X-Ray-SCOPE1台3、PCB板若干块4、BGA芯片若干颗5、锡求模具1套6、吸锡带1卷7、免清洗的助焊膏1支8、植球专用镊子1把四、仪器设备的原理和特点本实验室目前现有的返修台是由德国埃莎公司生产的IR550A型的红外返修台。在80年代后期的相当一段时期内，大多数红外回流焊设备都是被热风回流焊设备所替代。在红外回流焊设备中，其主要功能是对整块电路板进行焊接，由于板子、元器件、引脚等不同颜色对红外辐射的吸收率和反射率是不同的，以致造成电路板上各元器件的热量分布不均匀，焊接质量难予保证，这就是红外辐射加热的色敏现象。其次是还存在遮蔽现象，即一些较高的元件把红外辐射线挡住了，使相邻较低的元件照射不到红外辐射线，很显然高低元件的加热情况完全不同，同样难以控制焊接质量。１在先进的红外返修系统中采用了波长范围在2－8µm的暗红外辐射器，使色敏感问题大大减小。而返修是对某一个特定的器件进行解焊或焊接，所以色敏问题和遮蔽问题在返修系统中的影响极小。如以下图4-1所示为该产品工作原理,图4-2为全闭环控制的BGA、CSP红外返修系统工作原理。它与热气返修系统相比在设计上有许多特点。首先，它是一个全闭环控制系统，被测量和被控制的对象是需要返修的元件，而且采用程序控制技术，即温度设定值不是一个恒定值，而是一个已知的时间函数曲线。图4-1热风回流设备温度曲线调试过程示意图监测部分采用非接触红外温度传感器实时对被返修的元件温度进行测量，微处理器把实时测得的温度与焊膏理想的温度曲线进行比较，来调整红外顶部加热器及红外底部加热器的功率，使被返修元件的温度始终跟踪理想的温度曲线。由于返修焊接的关键部分是焊点的温度，所以系统上还装有一台70倍变焦距的摄像机，当看到焊膏开始熔化时按下“校正”昀优的曲线微处理器昀优的温度测量由焊膏或元件供应商决昀优的IR加热顶部800W加热器底部800W加热器图42全闭环控制的BGACSP红外返修系统工作原理示意图T3Ttse试验X：579106试验3：468105试验2：279114测温仪传输速度优化的曲线（Tx）当反复测试、优化曲线后，得到正确的工艺参数，参数（顶部/底部温度，每一区域内的空气流量，传送带速度等）可以存贮在特定的PCB。oCº２按钮把此时的温度值校正到焊膏的熔点温度，这样显示的温度曲线就转换为焊点的温度曲线，如图4-3所示。图4-3回流工艺控制摄像机实时回流过程监视及校正与热风回流焊设备相比，全闭环控制的BGA、CSP红外返修系统的优点归纳如下：图4-4暗红外返修过程BGA表面温度均匀分布实测图片（△T=0）1.实际测试证明BGA、CSP元件表面温度分布非常均匀，见图4-4所示。2.采用开口尺寸可以无级调节的光圈装置适应予不同尺寸的元器件。3.没有热风返修系统所必须的喷嘴，不仅使用方便而且节省了购买喷嘴的资金。4.系统是开放式结构，不仅可以用焊料熔点来对温度曲线进行校正，而且器件的解焊和焊接整个回流过程可以清晰的看到，使回流工艺过程实现了可视化。5.由于没有热气流对器件的作用力影响，器件表面温度分布均匀，BGA、CSP焊接不会出现位置倾斜和偏移。6.拆除底部有填充胶的CSP元件已不再困难，由于没有喷嘴的阻挡，一待焊点熔化就可以用一个小镊子把元件取下来。回回流流工工艺艺控控制制摄摄像像机机实实时时回回流流过过程程监监视视及及校校正正微微处处理理器器控控制制的的回回流流技技术术――――始始终终是是昀昀优优的的温温度度曲曲线线oEERRSSAAIIRRSSBBGGAA元元件件和和基基板板实实时时温温度度测测量量红外传感器Tliq３7.拆除及焊接异形元件，如长条形连接器及各种形状的屏蔽罩十分方便。8.容易实现无铅返修工艺，因为温度能精确控制及加热温度均匀，适应了无铅焊工艺窗口的要求。9.BGA、CSP的植球一次成功。在植球过程可以用回流工艺摄像机在显示屏上清楚地看到原先安放在器件上的很多小锡球排列不太整齐，但在回流焊接温度下，小锡球充分熔化。由于液态焊料的表面张力的作用，小锡球自动对准排列整齐，说明植球成功。由于没有气流力的作用，小球不会滚到一起形成短路，植球质量极佳。10.BGA、CSP返修工艺具有良好的可重复性由于焊膏供应商对焊膏特性了解昀清楚，他们提供的回流焊曲线是十分理想的，只需输入这条回流焊曲线，系统就自动控制使被返修元件焊点的温度曲线始终实时跟踪理想曲线，因此无论由谁来操作，都能获得一致的返修结果。11.实现高精度的元件贴放贴放装置中的元件对位光学系统，采用两种不同颜色LED光源，其中红色光源用来照射器件引脚，白色光源用来照射印制板上的焊盘，所以元件与印制板的对位十分方便。贴放装置的真空吸嘴及自动贴片机上使用的金属吸嘴相同，真空的“接通”和“断开”是由1.5N贴片力自动控制的，元件贴放精度达到±10µm。12.丰富的软件功能系统可选择两种测温传感器，一种是非接触红外测温传感器，另一种是K型热电偶测温传感器，显示器可以实时显示返修过程的元件温度曲线及各种部件，如顶部加热器、底部加热器、风扇、摄像机的工作状态。软件还可对实时测得的温度曲线进行分析，如在任一时间的温度值，温度上升率，冷却速率等。焊接工艺的全部数据，预先设置的温度曲线，实际温度曲线和全部操作状态可存放在一个文件中，文档处理的工艺数据可以输出打印出详细的报告。五、实验方法和步骤1、接通电源打开电源开关之前，请检查电源电压是否正常，电源连接线是否连接正确。1）打开IR550A（返修工作台）主机背后电源开关；显示屏上数字闪烁显示直到显示数字不在闪烁时在IR550控制板上打开风扇开关；2)打开DIG2000A主机背后电源开关；3)打开PL55OA（对位部分）主机背后电源开关；4)打开电脑主机与显示器电源开关，进入到windows操作画面；5)打开Irsofot应用软件、打开视屏应用软件；2、拆除所需要拆的元器件 ４1）将所需要拆焊的板放在支撑架上，先看看板子是否与线位器在同一条水平线上，如不在同一线上，首先把紧固螺丝拧松（如图5-1），然后将调节线位器与PCB板在同一水平线上(如图5-2)之后将紧固螺丝拧紧(如图5-3)。    图5-1 图5-2图5-32）根据对应的板子所需拆焊的元件编辑程式（IR550A返修系统是通过用户自定义和可存储的程序参数进行修理焊接工艺的，所有的四个程序PR1-PR4随时可以保存和修改，使用IRSOFT文档软件可以编辑更多的程序）。3）在手动控制面板上编辑程式①改变程序；增加参数值（功能键）到液态温度时调整显示选择程序；更改参数，存储数字（确认键）真空开关改变程式；减少参数值（功能键）冷却风扇开关如在PR3里面设定程序，首先在控制面板上通过功能键按钮调节至显示屏上出现时按确认键确认，然后再按一下“确认键”继续按功能键两个按钮调节T1的温度1200，当T1的温度调节好后继续按确认键光标会移动到TIME的位置，然后通过功能键设定你所需要的时间60S；继续按确认键光标会移动到T2位置，这时候通过调节功能键设定你所需要温度1550；继续按确认键光标会移动到T3位置，这个时候通过调节功能键设定你所需要温度2150；继续按确认键光标会移动到TL位置，这个时候通过调节功能键５设定锡膏所需要的熔点温度1830；继续按确认键光标会移动到能量位置，这个时候通过调节功能键设定你所需要能量；继续按确认键光标会移动到温度单位位置，这个时候通过调节功能键设定你所需要单位；继续按确认键光标会移动到SENSOR位置，这个时候，通过调节功能键设定SENSOR所需用的；继续按确认键光标会移动到PASSWORD位置，这个时候通过调节功能键设定你所需用的密码保护，不需密码保护直接按确认键跳过；通过上述过程这样您所需要的程序就设定好了。②、设定好的参数上载到电脑里面，当然也可以在电脑里面设定程序，然后把电脑里面的程序下载到机器里面。③、调节RPC（工艺摄像机）调节至可以清除看到零件脚的位置。③、调节RPC（工艺摄像机）调节至可以清除看到零件脚的位置（如图5-4、图5-5）。图5-4图5-5④、程序上载与下载好后直接把加热器移动到所须拆焊零件的上方，这个时候关闭风扇开关，加热器就开始工作了。⑤、当工艺进行时，显示器上的LED灯指示出什么时候到达T1、T2、TL、T3温度，当通过RPC看到焊料熔化时，用户可以按键把显示调到液态温度TL状态。⑥、当温度曲线上升至峰值温度的时候，仪器会发出报警声，这个时候打开真空开关按下真空吸嘴将零件吸起，移开加热器再按一下真空吸嘴零件将被放在托盘上，这时打开风扇开关。⑦、用烙铁清除PCB板上的残留焊锡。3、对位与焊接元器件1）、所需要的元器件放在元件的托盘上移到吸嘴正下方图5-6(如图5-6)，然后按手动面板上的按钮将升降头调至昀低点、接着调节(如图5-7)控制吸嘴的旋扭将零件吸起来，图5-7６然后旋到正常的位置，接着按键将对位头升起来移到昀高点即可；调整变焦距（放大/缩小）调整焦距（调节清晰度）选择预先设置的变焦距（瞬间缩小/瞬间放大）上升和下降元器件吸嘴调整LED环型灯亮度2）、将手扶住图如图5-8中1的扶手朝箭头指示方向，将对位镜切换到正常的位置，这个时候你将会在显示器上看到图像如图5-9。图5-8图5-93）、大家在显示器上看到的图像如图5-9，红色的圆点为元器件引脚白点为PCB板上的焊盘，如图象看的不清楚可以按和按钮来调节影像至昀佳清晰状态，如看到图象有角度存在这时调节角度调节旋扭（如图5-10）调至正常位置，图5-10图5-11图5-124）、如图像有左右上下偏差（如图5-9）,这时候我们将要调节X(图5-13)和Y(图5-14)微调来使红点与白点完全重合（如图5-12），接着将对位镜推进去（不用时的位置）然后按按钮将对位头降到昀低点，接着旋转如图5-15旋纽将零件贴放到PCB板上，接着按按钮将对位头升到昀高点，对位工作就完毕了；图5-13图5-14图5-15７4）、将风扇移到工作时的正常位置，接着将PCB板上的零件移到激光（红色）定位点（激光头在冷却风扇内如图5-16）的位置，红点在零件的中心位置，这时候移开风扇。右图5-165）、在电脑上设定参数，参数设置好后将加热器移到所需加热的零件正上方，关闭风扇开关，加热器就开始正常工作了，同时调节R