LGA封装器件喷印工艺参数研究

冯帅

摘 要：本文主要涉及了有关LGA 器件的锡膏喷印工艺等相关方面的研究。采用了锡膏喷印的工艺方法来印刷LGA 器件，并通过控制相关的工艺参数，来达到获取最优参数的目的，同时使用X-ray 来检测焊点的缺陷率，并根据缺陷率统计数据选取可靠的工艺参数。

关键词：LGA ;锡膏喷印;SPSS

0 引言

栅格阵列封装（LGA）是一种类似于球状引脚栅格阵列封装（BGA）的新型封装形式，它同BGA封装器件的差异是LGA封装器件封装体底部所用到的是焊盘，这样做的好处在于不仅降低了封装体的总体高度，而且还使得LGA封装器件在抗跌落、抗振动、抗弯曲等性能上更加突出，提高了整体的可靠性。在航天电子产品的实际生产过程中，LGA封装器件的实际焊接高度仅有50微米，有时甚至会更低，如此突出的性能优势，使得它成为各个领域中高性能芯片的首选。

诚然LGA封装器件降低焊接的高度可以提高各项性能参数，但于此同时也对锡膏印刷工艺带来了更高的要求，这也变相促进锡膏喷印技术快速成型及发展。面对新的封装技术所带来的新问题，采用具有针对性的新技术往往十分显著，与此同时，研究新技术相对应的新工艺也显得尤为重要。

锡膏喷印技术是一种近年来发展迅猛的制作技术，它通过喷射出微小的液滴来实现锡膏在基板上按需精确沉积成形，是一种非接触式的精密分配技术。与传统的网板印刷相比，锡膏喷印技术不需要制作网扳，也不需要调整丝网印刷参数。喷印程序完全由软件控制，可完全控制每一焊盘的细节，如喷印点数、焊膏位置和焊膏的堆积量，根据需要来随时调整焊膏量，可以极大程度上减少锡膏漏印不良，焊盘缺锡膏及拉尖造成后续焊接过程虚焊、连焊等质量问题的发生。但锡膏喷印技术的运用尚未常熟，面对LGA这类复杂度高的封装器件时，往往会因为参数设置上缺乏准确性而导致喷印效果大打折扣，甚至还会造成锡膏喷印不良的现象。所以，针对LGA封装器件喷印参数的研究是十分重要的！

1 实验材料与设备

1.1实验材料

1.11元器件

在实验正式开始前，首先需要先选择合适的LGA封装器件型号，经过上网查阅大量资料，对比了各个型号之间的优缺点后，确定在此次实验中选用的型号LTM4601V的芯片。此型号的芯片在现实生产过程中经常发生连焊、翘起、虚焊等质量问题，非常符合本次实验的要求。

1.12印制电路板

电路板板材选择环氧树脂玻璃板材，尺寸选择140×121毫米、厚度为1.5毫米、层数为4。此外在LGA底部中心开一个直径为1毫米圆孔，以便之后使热电偶进行温度曲线的测量。

1.13锡膏

通过对各种锡膏的参数进行对比后发现MYCRONIC的焊锡膏最符合本次实验需求。因此本次项目选用MYCRONIC喷印用焊锡膏，合金的成分为Sn62/Pb36/Ag2型，含有助焊剂。此焊锡膏残留物少，在阻焊膜上扩散一致，满足焊后的外观要求。

1.2实验设备

在元器件的焊接过程中，所需要使用到的设备主要有焊锡膏喷印机、贴片机、气相焊接炉以及在元器件焊接之后对其进行检测X-ray检测仪。

1.2.1锡膏喷印设备

焊锡膏喷印机选用的是MY700全自动锡膏喷印机，此设备有着良好精确度、喷印焊点一致性强、喷印速度快等优点。喷印焊点最小可达到0.33mm，精度0.5μm，可以很好的满足LGA封装器件对焊点精度的要求。

1.2.2其他设备

贴片机则选择使用JUKI-KE3020VAL高速通用贴片机，主要因为其具有良好的贴片效果;焊接方式选择真空气相焊的方式，这是一种先进的焊接方式，通过导热液蒸汽给印制板加温，可以最大程度上使印制板受热均匀化，减少因焊接所引起的质量问题;焊接完成后要对其进行检验，本次实验使用X-ray检测仪来检测焊点质量，同时还可以检测焊接结果是否存焊接缺陷。

以上焊接过程中所用到的设备完全符合本次项目的要求，能很好地达到实验目的，保证实验的顺利进行。

2 设计实验

2.1前期准备

在正式焊接之前需要充分的准备工作。比如对即将焊接的来料进行检查、器件和PCB板的预烘处理、元器件除金、温度曲线的测试等，这些前期准备的充足与否都与焊接效果能有良好直接相关，是必不可少的工作环节。

2.2实验参数设置

本次项目设计了喷印面积（pad）100%、80%以及防空洞的特殊喷印面积三个实验组，通过统计它们的喷印量（vol）在70%到130%的变化下缺陷焊点数量的百分比来比较各个参数间的优劣，从而得出参数取值范围。

3 实验内容

3.1实验过程

首先需要根据预选设计好的实验参数编制锡膏喷印机所使用的喷印程序，并在编制时对不同参数的程序进行编号，同时对实验用的印制板、LGA芯片进行编号，二者编号应当一致。

其次按照SMT常规流程对试验用印制板进行锡膏喷印、LGA封装器件贴片、真空气相焊接。实验过程中需要控制可能影响实验结果的一切外界因素。同时确保除实验参数外，所有实验件的一致性，以保证实验结果的有效性及实验数据的可靠性。

最后，在焊接完成后便可以使用X-ray检测仪来检测。

3.2实验结果

使用锡膏喷印技术的试验件焊接完毕后需要用X-ray 进行检测，检测的结果如表3.1所示：当pad100%，vol大于110%时LGA焊盘出现了连焊现象，而当pad80%，vol小于100%LGA器件边角发生翘起，个别焊盘出现虚焊现象，vol大于110%时LGA焊盘出现了连焊现象。同时pad为100%且未采用防空洞设计时，LGA空洞大小明显大于15%，高于标准《球栅阵列封装器件组装通用要求》规定的空洞率15%。

由此可以初步得到合理的錫膏喷印参数选择范围：在焊盘防空洞处理设计下vol80%到110%。取范围内的实验参数进行大量进行重复试验，并将得到的实验数据用SPSS进行回归分析得到结果如图3.2。通过对结果的分析我们可以得到结论：最优喷印量V=0.694+焊盘尺寸（mm）*1.056

4 结论

本课题是结合产品生产过程中遇到的实际问题开展研究的，主要探讨了用锡膏喷印技术解决LGA这种新型封装器件在焊接过程中缺陷率比较高的问题，探索出一种合理的LGA封装器件锡膏喷印参数。内容涉及锡膏喷印技术下LGA封装器件的焊接，对其焊点进行X-ray检测，检测结果的数学建模分析等，以实验和理论相结合的方法，验证了新工艺参数的可靠性，并得到最终结论。

参考文献：

[1] 鲜飞.芯片封装技术的发展历程[J].印制电路信息，2009，（6）：65-69.

[2] 赵志斌.热循环与振动环境下LGA 焊点形态对焊点寿命影响研究[D].桂林：桂林电 子科技大学，2014.