3D器件工藝技術(shù)研究

陸政 邢方園 朱英

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海 201109）

3D器件工藝技術(shù)研究

陸政 邢方園 朱英

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海 201109）

本文針對電裝生產(chǎn)中的“3D器件的焊接”存在的問題進(jìn)行工藝研究，探討印制板組件回流焊接過程中可能影響焊接質(zhì)量的因素，如3D器件搪錫工藝，3D器件網(wǎng)板開口尺寸，使用的焊膏，焊接時的回流焊接曲線。并對影響質(zhì)量的因素進(jìn)行進(jìn)行分析，對比分析得到3D器件最佳焊接工藝方法。

3D plus器件 模板（網(wǎng)板） 回流焊 回流焊接曲線

1　概述

隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品正在向小型化、高密度、高性能方向發(fā)展，而大量表面貼裝芯片應(yīng)用于產(chǎn)品型號中。3D plus器件（以下簡稱3D器件）封裝為特殊SOP封裝，器件外表面為裸露線路，引線間距?。ㄒ€寬0.2mm，間距0.5mm），引線從底部彎曲后向外引出。3D器件內(nèi)部為層疊封裝結(jié)構(gòu)，各層電路板之間使用焊錫連接。

由于3D器件各層電路板之間使用焊錫連接，由此在回流焊接時器件表面、側(cè)面溫度必須低于215℃，且器件焊接時引腳溫度高于183℃的時間在45s～60s內(nèi)，溫度過高或焊接時間過長都會導(dǎo)致芯片內(nèi)部焊錫融化析出，使芯片失效，以往3D器件的焊接在我所基本采用手工焊接。

印制板上3D器件數(shù)量少且器件間間隔大時，手工焊接3D器件基本能夠滿足的焊點(diǎn)質(zhì)量要求，但兩排器件間的間距小、器件高度高，引線根部1.14mm區(qū)域?yàn)橐曈X盲區(qū)（其他更高的3D器件或間距更小的布局將產(chǎn)生更大的盲區(qū)），手工焊接時烙鐵頭受空間限制，焊錫無法爬升到引腳根部，影響焊接質(zhì)量。曾經(jīng)發(fā)生過手工焊接后，36片存儲芯片有11片芯片存在橋連等焊接質(zhì)量缺陷，缺陷率高達(dá)31%。

2　研究方案及研究過程

2.1研究方案

印制板組件回流焊接過程中可能影響焊接質(zhì)量的因素有：（1）3D器件搪錫工藝；（2）3D器件網(wǎng)板開孔尺寸［1］；（3）使用的焊膏；（4）焊接時的回流焊接曲線。

2.2研究過程

2.2.1搪錫工藝

3D器件引腳鍍層電鍍鎳金，需要對鍍金引腳進(jìn)行去金處理。使用設(shè)備進(jìn)行搪錫時易產(chǎn)生粘連，用電烙鐵手工修整引腳上的粘連，保證其引腳共面度小于0.1mm。

2.2.2網(wǎng)板開孔尺寸

圖1　1號網(wǎng)板的焊接情況

圖2　2號網(wǎng)板的焊接情況

圖3　引腳根部焊接情況

我所目前采用的是美國Speedline集團(tuán)MPM公司的全自動2000印刷機(jī)。設(shè)定印膏時的刮刀壓力在3kg-8kg，印刷速度在20mm/s -40mm/s。印膏后焊膏必須均勻的涂敷在PCB上，焊膏圖形清晰，相鄰的圖形之間無粘連，無明顯塌落，邊緣整齊，錯位小于0.1mm，根據(jù)國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB3243-98《電子元器件表面安裝要求》，規(guī)定焊膏覆蓋在每個焊盤上的面積大于焊盤面積的75%。

本次先后加工了2塊網(wǎng)板，分別編號為1號和2號。

1號網(wǎng)板的引腳開口寬0.23mm，長3.56mm。寬度上兩邊各內(nèi)縮0.01mm，長度上開口內(nèi)部內(nèi)縮0.2mm，為防止焊膏過量而導(dǎo)致焊錫橋連，在網(wǎng)板開口中部設(shè)置架橋。在此后的焊接中引腳上錫量較少且引腳根部沒有焊錫爬升。

于是對網(wǎng)板的開口尺寸進(jìn)行改進(jìn)，加工了2號網(wǎng)板，引腳開口寬0.23mm，長3.76mm。寬度上兩邊各內(nèi)縮0.01mm，長度上開口內(nèi)部內(nèi)縮0.1mm，外部外擴(kuò)0.1mm。焊接后器件引腳上錫量較多，焊錫在引腳根部有爬升，達(dá)到了焊點(diǎn)質(zhì)量要求。

2.2.3使用的焊膏

選擇品牌日本TAMURA的RMA-010-FP210焊膏。合金成分為Sn63/Pb37。熔點(diǎn)為183℃。

2.2.4焊接時的回流曲線

使用KIC測溫儀進(jìn)行測溫，設(shè)置溫度曲線應(yīng)首先了解回流焊機(jī)的溫度與加熱時間、功率、元器件應(yīng)用情況及印制板的質(zhì)量、尺寸及元器件和印制板吸熱系數(shù)等，再加上所選用的焊膏來決定溫度曲線的設(shè)置。設(shè)置溫度采集點(diǎn)，應(yīng)在印制板上選取能反映出表面組裝板上高（熱點(diǎn)）、中、低（冷點(diǎn)）有代表性的幾個溫度測試點(diǎn)，重點(diǎn)測試3D芯片頂面、芯片側(cè)面、芯片引腳，在多次試驗(yàn)后得到了可同時焊接3D芯片和其他器件的回流曲線。最終芯片頂面及側(cè)面溫度均沒有超過215℃，芯片引腳溫度高于183℃的時間為50.3s，符合45s～60s的要求。使用1號網(wǎng)板和2號網(wǎng)板焊接情況見圖1、圖2。

用ERSA光學(xué)檢測系統(tǒng)進(jìn)行引腳焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)，由圖3可見，經(jīng)回流焊接的3D器件引腳根部上錫情況良好，焊錫潤濕角［2］明顯，根據(jù)IPC-A-610D《電子組件的可焊性》滿足表貼器件焊接質(zhì)量的要求。

3　結(jié)語

使用回流焊接工藝方法對型號產(chǎn)品進(jìn)行了回流焊接后，印制板上的3D器件均未發(fā)生內(nèi)部焊錫熔融的情況，印制板3D器件存在的橋連缺陷占芯片焊點(diǎn)總數(shù)的2.02%，且缺陷焊點(diǎn)經(jīng)手工返修后均滿足焊點(diǎn)質(zhì)量要求，相比過去手工焊接31%的缺陷率，焊點(diǎn)質(zhì)量有了很大提高。降低了因焊接缺陷而可能造成的3D器件報廢損失。

3D器件回流焊接工藝技術(shù)研究的試驗(yàn)結(jié)果表明，3D器件回流焊接在采取以上工藝方法后將極大提高焊接質(zhì)量，今后將為我所產(chǎn)品質(zhì)量提供堅實(shí)的技術(shù)保障。

［1］王煒.印制電路板（PCB）板件焊接工藝流程［J］.東方電氣評論，2014.

［2］陳正浩.印制電路板組裝中若干質(zhì)量問題的分析及處理［C］.中國高端SMT學(xué)術(shù)會議論文集，2007.