SMT教育培訓係列教材：電子組裝先進工藝 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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編輯推薦

　　《SMT教育培訓係列教材：電子組裝先進工藝》的這點是：匯集企業技術解決方案，共享業界精英工藝研發成果，對業界有實際藉鑒、指導意義。

內容簡介

　　《SMT教育培訓係列教材：電子組裝先進工藝》以當前電子組裝製造主要先進工藝及其工藝背景、工藝原理和工藝控製為主綫，闡述工藝研究方法與工藝流程，主要介紹當前電子製造中引人注目的微小型元器件、倒裝晶片、晶圓級組裝、堆疊封裝、堆疊組裝、撓性電路、精密印刷、通孔迴流焊，以及檢測與分析等工藝，同時介紹一部分正在探索與發展中的先進工藝。《SMT教育培訓係列教材：電子組裝先進工藝》主要內容來自作者的工藝研究實踐，具有很強的啓發性和參考價值。

作者簡介

　　王天曦，知名SMT專傢，清華大學資深教授。

目錄

第1章 細小元件組裝工藝
1.1 細小元件的貼裝控製
1.2 0201元件的組裝工藝研究
1.3 01005元件的組裝工藝研究

第2章 倒裝晶片組裝
2.1 倒裝晶片（Flip Chip）的發展
2.2 倒裝晶片的組裝工藝流程
2.3 倒裝晶片裝配工藝對組裝設備的要求
2.4 倒裝晶片的工藝控製

第3章 堆疊工藝與組裝
3.1 堆疊工藝背景
3.2 堆疊封裝（PiP）與堆疊組裝（PoP）的結構
3.3 PiP（堆疊封裝）和PoP（堆疊組裝）的比較
3.4 PoP的SMT工藝流程
總結

第4章 晶圓級CSP的組裝工藝
4.1 球柵陣列（BGA）器件封裝的發展
4.2 晶圓級CSP的組裝工藝流程
4.3 晶圓級CSP組裝工藝的控製
4.3.1 印製電路闆焊盤的設計
4.3.2 锡膏印刷工藝的控製
4.3.3 晶圓級CSP的助焊劑裝配工藝
4.3.4 晶圓級CSP貼裝工藝的控製
4.3.5 迴流焊接工藝控製
4.3.6 底部填充工藝
4.4 晶圓級CSP的返修工藝

第5章 撓性印製電路闆組裝
5.1 撓性印製電路闆簡介
5.2 撓性印製電路闆組裝
5.3 撓性印製電路闆的其他連接方法
5.4 撓性印製電路闆成捲式裝配

第6章 通孔迴流焊工藝
6.1 通孔迴流焊接概述
6.2 實現通孔迴流焊接工藝的關鍵控製因素
6.3 可靠性評估
總結

第7章 精密印刷技術
7.1 精密印刷品質的關鍵因素
7.1.1 影響細間距元件锡膏印刷品質的關鍵因素
7.1.2 細間距元件锡膏印刷工藝的控製
7.1.3 印刷品質的監控
7.1.4 小結
7.2 鋼網印刷在植球技術中的應用
7.2.1 植球技術的應用
7.2.2 植球的方法與印刷網闆
7.2.3 印刷植球法的技術關鍵與解決方案
7.3　晶圓背麵印刷覆膜
7.3.1 晶圓背麵印刷覆膜工藝的優勢
7.3.2 工藝設計
7.3.3 工藝過程
7.3.4 工藝分析
7.3.5 小結

第8章 SMT焊接技術探究
8.1 軟釺焊類型與機理
8.1.1　焊接的本質及軟釺焊特點與類型
8.1.2　釺焊機理
8.2 軟釺焊技術大觀
8.2.1　A類軟釺焊方法
8.2.2 B類軟釺焊——迴流焊
8.3　迴流焊冷卻速率研究
8.3.1 實驗設計與模擬
8.3.2 實驗結果和討論
8.3.3 實驗總結

第9章　SMT檢測與分析技術
9.1 SMT檢測
9.1.1 SMT檢測概述
9.1.2 在綫檢測
9.1.3 AOI、SPI與AXI
9.1.4 SMT綜閤測試技術
9.2 邊界掃描檢測技術
9.2.1 邊界掃描檢測技術概述
9.2.2 邊界掃描測試方式
9.2.3 邊界掃描測試應用
9.3 電子故障檢測技術
9.3.1 電子故障檢測技術及其應用
9.3.2 非破壞性故障檢測技術
9.3.3 破壞性故障檢測技術
9.4 微聚焦X-Ray

第10章 發展中的先進組裝技術
10.1 電氣互連新工藝
10.1.1 基闆互連的新秀——ICB
10.1.2 整機互連的奇兵——MID
10.2 逆序組裝技術
10.3 電路闆與光路闆
10.4 印製電子與有機電子
10.4.1 印製電子、印刷電子與有機電子
10.4.2 有機電子學
10.4.3 印製電子
參考文獻

精彩書摘

　　細小元件組裝工藝
　　近年，0201/01005片式元件（英製封裝代碼，對應公製為0603/0402，除非標明公製，否則本書封裝代碼均指英製）應用日益廣泛。0201元件約為0402元件尺寸的四分之一，而01005元件則約為0201元件尺寸的四分之一，其裝配尺寸已進入微組裝（500 ?m）範疇，因而稱其為細小元件。這類細小元件的裝配比其他元件在工藝材料的選擇、設計和工藝的控製方麵更具敏感性，會降低裝配工藝的穩定性。由於本身的尺寸就小，它的尺寸公差對裝配工藝也會産生非常顯著的影響。所以，細小元件的裝配工藝不同於其他元件，需要更加精確的控製。
　　首先本章討論細小元件應用麵臨的貼片控製工藝，繼而通過針對0201/01005元件裝配試驗的研究來說明如何進行PCB設計、锡膏選擇和鋼網印刷，以及迴流焊接工藝的控製。
　　1.1 細小元件的貼裝控製
　　1. 影響細小元件成功貼裝的關鍵因素
　　貼裝細小元件的關鍵因素包括貼片機的定位係統、取料過程控製、貼片機的影像係統和對貼片過程的控製。除瞭這些因素之外，還有一些不容忽視的地方，如送料器的精度、元件包裝的誤差和元件本身的誤差，以及吸嘴的材料設計等，都是在裝配之前需要綜閤考慮的。下麵我們來討論貼片過程中各個環節的關鍵控製點。
　　2. 貼片機的定位係統
　　貼片機的驅動及伺服定位係統已在《貼片機及其應用》一書（電子工業齣版社2011年齣版）中介紹過瞭。對於細小元件的貼裝，要求驅動定位係統在所有驅動軸上都采用閉閤環路控製，以保證取料和貼裝的位置精度。現在很多貼片機都采用瞭可變磁阻電動機（VRM）驅動係統，可以提高熱穩定性，獲得較高的加速度和精度，有的分辨率已達到1?m。這些技術的應用給成功貼裝細小元件提供瞭保障。值得注意的是，控製采用拱架式機構的貼片機的橫梁在貼片過程中的抖動往往是容易被忽視的地方。
　　3. 取料過程的控製
　　準確的取料是成功實現貼裝的第一步，在此過程中，影響正確取料的因素有元器件之間的差異、包裝的誤差、送料器的精度、貼片機驅動定位係統的誤差、貼片頭Z軸方嚮的壓力控製、吸嘴材料和設計，以及在取料過程中對靜電的控製。
　　由於細小元件之間的細小差異會對取料和貼片過程産生顯著的影響，要求貼片頭在此過程中能自動感應其變化並采取相應的補償措施，以消除對元件高度和厚度等的敏感性。采用的方法是在貼片頭上安排壓力感應器，防止過大的壓力在此過程中將元件壓碎或取不到料。比較好的貼片機的貼片頭Z軸分辨率可達1 ?m，壓力感應器可以感應到24 ?m的變形。
　　傳統的機械式送料器已不能滿足日益變小的元件對於高精度的要求。細小元件要求精度更高的電動機驅動的電子送料器，並要求其有良好的抗靜電效果。送料器安裝在貼片機上，在它們之間會存在間隙和位置誤差，這種誤差很小，在貼裝較大器件如0603/0805等時，完全可以被忽略。但是對於細小的0201和01005而言，其影響會很大。在拾取0201/01005這類元件時，很難同時取4顆或7顆元件，原因在於此；另外還有元件包裝的誤差。所以單顆拾取0201或01005比較穩妥，可以保證取料的可靠性。理想的取料位置在元件的中心區域，如圖1.1所示。如果取料位置超齣元件上最佳的取料區域，可能會導緻貼片缺陷，如偏移和立碑等。同時因為闆上元件安排很密，可能會使吸嘴乾涉其他元件。
　　為瞭消除包裝和送料器等帶來的誤差，保證取料的一緻性，需要貼片機在取料過程中具有動態的自動矯正取料位置能力。在生産過程中，需要換綫和換料，並且每隻送料器的狀態也不一樣，所以元件最佳的取料位置也會變化。機器需要在此過程中敏感地捕捉到這種變化，並自動地找準調整吸料位置，保證吸料的準確性和可靠性。
　　貼裝0201和01005元件需要更細的吸嘴，同時為瞭防止靜電損壞元件及在取料過程中帶走其他元件，細嘴的材料需要抗靜電，所以要選用ESD材料。為瞭盡量降低吸料過程中元件側立，保證足夠的真空和元件被吸起之後的平衡，在吸嘴頭部需要設計2個或3個孔。考慮到貼裝密度小於0.25 mm的情況，吸嘴頭部要足夠細，它上麵的孔也會比較細。對0201的吸嘴而言，最小的孔徑會達0.127 mm，而01005元件的吸嘴更細，達0.1 mm。這不僅給製造帶來瞭難度，也需提高這些吸嘴的清潔保養頻度。對吸嘴清潔保養的要求比其他類型的吸嘴要高，需要利用清潔溶劑和超聲波來清潔。由於0201/01005很薄，01005元件厚度薄到0.1 mm，這增加瞭細嘴與锡膏接觸的機會。增加清潔保養的頻度成為必要。
　　4. 元件的影像對中
　　確定元件的中心有兩種方式，一種是采用數碼相機；另一種是采用激光（鐳射）。兩種方法各有優缺點。采用數碼相機可以檢查齣元件電氣端的缺陷。但是它不能感測元件的厚度變化。對於Z軸有壓力感應及取料／貼片補償功能的機器，不會産生嚴重的問題。采用激光成像的方法可以檢測元件的厚度，但對於元件電氣端齣現的缺陷則檢查不齣來。在實際貼裝過程中，元器件兩端電氣端與锡膏重疊的區域的差異會影響焊接完後的裝配良率。如圖1.9所示。由於不同廠傢或同一廠傢不同批次的元件在製造過程中電氣端可能存在差異，所以采用數碼相機成像具有一定優勢。
　　對0201元件和01005元件成像對中需要高倍率的相機，光源的使用和其他較大的片裝元件也有區彆。一般的元件如0603或0805等元件，使用背光，找到整個外形輪廓的中心就好。但是0201或01005元件需要使用前光，或仰視照相，找到兩個電氣端之間的中心，以提高貼裝精度。
　　細小元件兩電氣端與锡膏重疊區域的大小和差異會對裝配良率産生很大的影響。
　　不同的元器件製造廠生産的同樣的0201電阻元件會存在很大的差異，如圖1.11所示。
　　照相機應該在相當於PCB厚度的位置對元件對焦成像，以提高影像的準確性，保證貼片精度。
　　5. 貼片過程控製
　　在貼片過程中，關鍵控製因素有基闆平整的支撐、真空關閉轉為吹氣的控製、貼片壓力的控製，以及貼片的精度和穩定性。
　　基闆進入貼片機後，傳輸導軌將基闆兩邊夾住，同時支撐平颱上升，將闆支撐住並繼續上升到貼片高度。在此過程中，由於外力的作用，容易導緻基闆變形，加上基闆來料可能
　　存在的變形，會嚴重影響貼片的質量。因此，對基闆平整的支撐變得非常重要。薄型基闆的應用，更容易齣現“彈簧床”效應。薄闆隨著貼片頭的下壓而下凹，並隨著貼片壓力的消失而恢復變形，這樣反復，造成元件在基闆上移動，齣現貼片缺陷。所以，在支撐平颱上需要安排支撐裝置，保證基闆在貼片過程中平整穩定。這種裝置可以采用真空將基闆吸住，也可采用具有吸能作用的特殊橡膠頂針，以消除在貼片過程中的震動並保證基闆平整。支撐裝置如圖1.12和圖1.13所示。這類裝置非常客戶化，需要根據不同應用來設計相應的支撐結構，確保有效地平整支撐，並使平颱在上升和下降過程中穩定順暢，而且可控。
　　貼片頭將元件拾取後，照相機對元件對中照相，貼片頭再將元件移至PCB貼片位置上方。貼片頭Z軸加速下降到貼片高度，這時Z軸繼續減速下降，同時軸內真空關閉，轉化為吹氣。元件接觸到PCB上的锡膏，貼片軸感應到設定的壓力後上升並移開，完成單個元件的貼片過程。在這個過程中，真空的靈敏快速切換及吹氣的時間和強度控製很關鍵。真空關閉太慢，吹氣動作也會延遲，在貼片軸上升過程中會將元件帶走，或導緻元件偏移。同時，如果在元件被壓至最低點時吹氣，容易將锡膏吹散，迴流焊接之後齣現锡珠等焊接缺陷。真空關閉太快，吹氣動作也會提前，有可能元件還未接觸到锡膏便被吹飛，導緻锡膏被吹散，吸嘴被锡膏汙染。靈敏的真空切換可以在5 ms內在50 mm的軸內完成。
　　貼片壓力是另一需要控製的關鍵因素。貼片壓力控製不當，會導緻元件損壞，锡膏壓塌，元件下齣現锡珠，還有可能導緻元件位置偏移。貼裝0201和01005元件閤適的壓力範圍為150～300 g。對於基闆變形的情況，對應壓力的變化，貼片軸必須能夠感應小到25.4m的變形以補償基闆變形。
　　過大的壓力會導緻在下壓過程中元件上齣現一個水平力，而使元件産生滑動偏移。
　　晶圓級CSP的返修工藝
　　經底部填充的CSP裝配，其穩健的機械連接強度得到很大的提升。在二級裝配中，由於底部填充，其抵禦扭轉、振動和熱疲勞應力的能力得以加強。但經過底部填充的CSP如何進行返修成瞭我們麵臨的問題。由於設計的變更，製造過程中的缺陷或産品在使用過程中的失效，有時需要對CSP裝配進行返修，而應用傳統的底部填充材料是不可以進行返修的，原因是無法將已經固化的填充材料從PCB上清除掉。目前市場上已經有一些可以重工的底部填充材，應用這種類材料，便可以實現返修。盡管如此，返修工藝還是麵臨著如何將失效的CSP移除，以及如何重新整理焊盤，將上麵殘留的底部填充材料和焊料清除的問題。
　　經過底部填充的CSP返修工藝和未經底部填充的返修工藝很相似，主要區彆在於前者元件被移除後，PCB上會留有底部填充材料，這就要求在焊盤整理過程中，不光要清理掉焊盤上的殘餘的焊料，還必須清理掉殘留的底部填充材料。其返修工藝包括以下幾個步驟：
　　·設置元件移除和重新裝配溫度麯綫；
　　·移除失效元件；
　　·焊盤重新整理，清除殘留的填充材料和焊料；
　　·添加锡膏或助焊劑；
　　·元件重新裝配。
　　元件的移除和焊盤的重新整理過程不同於未做底部填充的CSP裝配。在元件移除過程中，需要更高的溫度，並且需要機械的扭轉動作來剋服填充材料對元件的黏著力，隻用真空吸取不能將元件移除。焊盤重新整理變成瞭兩個步驟，首先清除PCB上殘留的填充材料，然後清除殘留在焊盤上的焊料，以獲得清潔平整的錶麵。
　　由於返修工藝隻對PCB局部加熱，往往會導緻PCB上局部溫度過高，而造成元器件、基闆及附近元件受損，金屬間化閤物過度生長，基闆因局部受熱翹麯變形等。這就要求除瞭精心設置元件移除和貼裝溫度麯綫，優化控製整個返修工藝外，還必須考慮返修設備的性能。
　　對返修設備的要求如下：
　　·加熱係統可以精確控製，必須能夠動態監控闆上的溫度。
　　·闆底和闆麵加熱可以單獨控製，闆上臨近區域溫度以及元件上的溫度應盡可能地低，以降低損壞的可能性。
　　·加熱噴嘴熱效率高，熱量分布均勻，可以有效降低加熱係統的工作溫度。同一元件上不同的焊點溫度差不能超過10℃。
　　·影像視覺係統對元件對位要精確。
　　·對於大小闆，都應該有全闆且足夠平整的支撐，基闆的夾持係統不應使闆在返修過程中發生翹麯變形。
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前言/序言

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