小型化一直以来是电子及半导体封装行业的挑战，最近几年来跟着封装正变患上愈来愈繁杂，元件间距不停于变小，愈来愈多的芯片及元件会被设计封装进一个模组中，对于此类异构集成的进步前辈封装工艺孕育发生旺盛的需求，可是于某些场景中，未便利用传统的印刷工艺，锡膏只能经由过程点涂或者喷射工艺实现，超细粉末锡膏点涂技能的应用凡是要专业的点锡装备与质料的准确组合才能实现。本研究重要会商高一致性的邃密点锡膏的解决方案，以和差别的点锡装备及锡膏之间特征差异，经由过程统计学的要领如CPK及尺度差阐发数据，出现响应的阐发成果。

先容

锡膏点锡技能于电子行业已经广泛运用多年。这是一个成熟的历程，单点的巨细或者线宽凡是于几百微米。然而，小型化正于鞭策行业走向异构集成，如(System-inPackage,SiP)体系集成封装。这致使差别的模具及组件被包装成很是慎密的布局，使锡膏点涂一个具备挑战性的历程。于某些环境下，锡膏不合用印刷工艺。例如，当它触及到非平面或者有空腔设计的基板时;或者者当模板的设计及厚度有必然的限定时，较年夜的焊盘需要更多及更厚的锡膏时，小的焊盘需要更少的锡膏，那末点涂锡膏锡膏可以作为另外一种要领来替换。

此刻的挑战是，怎样以合理的速率，于100µm或者更小的点匀称地涂抹锡膏。实现这一方针重要有两个变量——准确选择点锡装备技能及焊锡膏。二者需要一路事情，以实现100µm点巨细或者更小的超细锡膏分配。焊锡膏的点锡机理是要害之一，由于差别的点锡机理对于差别的焊锡膏流变机能起作用。

配景

锡膏

焊锡膏是焊锡粉颗粒及助焊剂的混淆物。这两个组件于实现超细点锡方面起着主要作用。助焊剂的作用是除了去氧化物，使焊料能潮湿到方针外貌。差别的运用前提还有需提供响应的流变性，如印刷或者点涂。凡是锡膏体现为一种有粘性的弹性质料——当施加低剪切力时，它体现为一种弹性固体，当施加更高的剪切力时，它体现为一种粘性流体。差别的点锡装备或者工艺需要差别的流变性才能到达最好点锡效果。另外一方面，焊锡粉可以由差别的合金及粉末尺寸构成。因为合金的比重及硬度差别，差别的合金。差别的粉末颗粒尺寸，粉末形态都与粘度相干联，粉末尺寸对于方针点锡尺寸的适配性，粉末的巨细应按照所利用的针头内径规范来选择。按照经验，最年夜粉末颗粒的直径应该答应5-7个粉末球与所选针的内径相经由过程，以免拥塞。

表1/颗粒尺寸表

更细的粉末颗粒可能有助在更宽的历程窗口，但它也带来了一些挑战。起首，较细的粉末具备较高的冷焊偏向。于不异质量下，较细的粉末比力年夜的颗粒具备更年夜的外貌积。是以，当有更多的外貌积时，冷焊的可能性也增长，尤其是于触及高压或者机械力的点锡技能。

其次，外貌积的增长也象征着跟着粉末的细化，氧化物程度也更高。是以，较细的粉末将提早耗尽助焊溶剂能力，假如锡膏是于非惰性氛围下回流，对于总体焊接锡膏是尤其具备挑战性的，并轻易造成各类缺陷，如葡萄球状、浮泛及润湿性差等。图1显示了粉末由粗转细时差别的外貌积。如T3粉与T6SG粉比拟，外貌积从0.173sqm/g增长到0.662sqm/g;以是它的外貌积是T3粉末的近四倍。

焊锡粉的圆度及匀称性也至关主要，以削减因为颗粒过年夜而孕育发生拥塞的危害。图2显示了半导体行业中典型的T6粉末。扫描电镜图象显示不法则外形的粒子。虽然这对于通例运用来讲已经经充足好了，但超细分配需要利用更好质量的粉末来提高一致性。需要非凡的技能来出产匀称圆度及最小不法则外形的粒子的高质量粉末，如图3所示；

触及助焊剂及合金粉末，有几个要害的参数可以有助在点锡的一致性。起首，需要优化金属含量，以确保锡膏形态中有充足的助焊剂。金属含量是指助焊剂及合金粉末二者之间的重量比。因为合金间比重差别，需要对于应地调解金属负载，以确保获得优化的金属粉末的助焊剂体积比。例如；将含铅合金Sn63/Pb37与无铅合金SAC305举行比力，响应合金的比重别离为8.42g/cm3及7.38g/cm3。于不异的体积里，含铅合金的重量较年夜，是以需要较高的金属来填补合金/助焊剂体积比。

点涂技能

气动及螺杆体系是锡膏点锡运用的两种传统要领，于行业中仍被很是广泛地利用。气动点锡体系也称为打针器点锡机，它使用点锡时间周期相对于在必然程度的流体空气压力来节制点锡量。螺旋阀系统统采用螺杆扭转机构作为事情道理，经由过程必然的螺杆扭转次数、转速及必然程度的流体空气压力来节制输出量。是以，与传统的气动分配器比拟，螺旋体系可以或许更一致地节制沉积体积。螺旋阀体利用螺旋螺丝安装于阀体的壳体内;螺杆的扭转凡是由扭转机电驱动，使锡膏沿着螺杆轴线从送料点一直挪动到点锡嘴尖端。图5申明了螺旋阀体的事情道理。

螺杆与阀体壳之间的公役共同凡是设计为滑动共同，此间隙规模为3~25µm。这一间隙凡是合适年夜大都一般的流体运用，尤其长短填充质料，如UV胶水及硅系胶水。或者是带有填料的质料，如芯片底填胶，环氧树脂，以和一些由颗粒填料构成的导电油墨，这些填料小在几微米，凡是都不是一个问题，以实现与螺旋阀体的一致剂量。但焊锡膏粉末尺寸漫衍较广，于点锡历程中可能会造成不成预知的喷嘴拥塞及粉末变形。图6显示了一个例子，焊锡粉末变形于阀体内形成螺旋片状，这可能致使拥塞的喷嘴。

因为这些缘故原由，气动及螺杆阀体分配要领各有优错误谬误。可是，当测验考试如许一个小体积的点锡膏点锡膏使命时，不管是点状还有是线段，因为喷嘴拥塞、质料不匀称、锡膏流量纷歧致、锡膏间隙不匀称等缘故原由，两种要领可能都没法取患上优良的效果。气动点锡及螺旋体系都将面对实现≤150µm点或者划线的坚苦。

立异的阀体，如容积阀体、挤压阀体及喷射阀体，已经经被开发出来，以填补气动及螺杆阀体分配体系的错误谬误。容积阀体采用打针打针器的事情道理;它使用周详电动线性驱动器，创造正位移点锡效果，以实现预设及切确的点锡体积。该体系对于任何质料的粘度随时间的变化都不敏感，而且经由过程一个恒定的活塞杆运动孕育发生的质料具备很是高的反复性。按照活塞杆面积与活塞运动行程的瓜葛，可以正确地预估出配药成果的输出体积。图7a、图7b为容积阀体的事情道理和容积计较道理。

除了容积阀体外，挤压阀体点锡体系是另外一种点锡技能，它将时间压力节制元件与怪异的可压流体挤压腔相联合。它同步指定的流体序列节制器(FSC单位)，以辨认及量化极微小的焊点及线。挤压分配器的设计是怪异的，很轻易顺应年夜大都高触变及高黏度的质料与填料，如银环氧树脂及锡膏。挤压阀体的另外一个长处是，于分配质料腔内没有任何挪动机构，从而削减了破坏焊锡粉或者引起助焊剂分散问题的任何危害。是以，年夜年夜降低了挤压阀体于点涂历程中粉末发生变形而致使喷嘴拥塞的危害。

除了了挤压阀体外，另外一个点锡体系要思量的是高机能运动平台。为了到达单点或者线条的精度，单点直径与点锡间隙之间的参考纵横比约为3:1。例如，要调配一个Ø90µm的圆点，可能需要利用圆点直径的三分之一;30µm是它的点锡高度，位在喷嘴尖端与板之间。这类微小的间隙对于在传统的呆板人来讲险些是不成能处置惩罚的。是以，对于在总体无关紧要的程度度节制、机构刚度、不变性及运动精度，需要一种新的、靠得住的高机能运动平台。图9a显示了传统运动平台与新的及改良的运动平台的机能比力。图9b显示了创立邃密焊点时的点锡运动。

试验要领

本研究将考查80μm及100μm单点/划线涂锡的工艺机能。每一块测试板将有4000个圆点。每一个步调需要于没有跳跃的环境下持续得到4000个点，然后才能举行丈量。只需要120次丈量(一行)，由于丈量每一个点是耗时的。

原料

选择了四种锡膏。样品思量了差别金属载荷、溶剂类型及粉末合金。锡膏A及锡膏B具备不异的助焊剂系统（Flux X），但合金粉末类型差别。二者的金属含量差别来思量到粘度之间的差异。浆料C、D具备不异的助焊剂系统（Flux Y），但金属含量差别，考查差别金属含量对于点锡一致性的影响。

测试前提

选择的测试载体是一个6英寸的晶圆，由于它有一个很是平展的外貌;这是为了解除任何由外貌不服整引起的变化。

装备

NSW微挤压阀体配S400H点锡运动平台

NSW-S50-C Ø100µm内径的系列陶瓷喷嘴(图11)

基恩士VHX6000 2000倍数放年夜数字显微镜

成果及会商

锡膏助焊剂配方的影响

差别的助焊剂配方具备差别的流变特征或者触变性举动，这是决议锡膏点锡机能的要害。图12显示了锡膏B及锡膏D的比力。两种锡膏都是免洗型配方;只管具备相似的粘度规模，但它们的流变举动是差别的。可以看出，与锡膏D比拟，锡膏B于一致性及平均值方面体现较着更好。

于对于比B膏及D膏划线图形时，也发明了近似的趋向，如图13所示。可以不雅察到，与D锡膏比拟，B锡膏有更慎密的扩散。

金属含量的影响

图14显示了锡膏C及锡膏D的对于比。两种锡膏都有不异的免洗型助焊剂（Y），但粉末/助焊剂的重量比例差别，别离为78%及82%。可以不雅察到，较低的金属含量版本的机能略好过较高的金属含量版本。与较高的金属含量锡膏样真相比，测患上的体积漫衍更慎密，平均值更高。只管金属含量有4%的差异，但点锡的成果很是相似。这多是因为两种浆料的触变性指数，因为不异的溶剂系统，它们险些是不异的。金属载荷的变化成果只是于粘度上的差异。这进一步申明，于点锡历程中，锡膏的触变举动比粘度的作用更年夜。于这些锡膏的金属含量并到达一个最低的点以前，并未致使滴落及坍落问题呈现，仍有空间进一步优化这些锡膏的金属含量。

粉末合金的影响

因为SnPb合金及SAC305合金的比重差别，当金属负载含量不异时，不异体积的锡膏中焊锡粉的数目是差别的，这可以经由过程调解金属含量来赔偿。是以，经由过程准确的计较，可以确定准确的金属含量,只管样品的合金差别，但也能够到达相似的点锡效果。然而，这也可能取决在差别阀体的设计，对于在挤压型阀体设计纵然最小的气力施加到粉末，也有可能引起粉末的变形，于本研究中。假如加年夜阀体中的压力，较软的粉末合金可能会冷焊于一路，致使焊料团块，拥塞针头。

80μm点状与线段的点锡工艺能力

于本研究中，A锡膏的体现是所有样品中最佳的，图18及图19显示了利用±20µm规范限的锡膏B的Cpk阐发。锡膏B与挤压阀体的联合可以或许实现喷涂直径80µm的点锡工艺。公役应可以或许进一步收紧至±15µm或者±10µm。

阀体之间的区分

本研究还有对于气动阀体及螺杆阀举行了测试，然而，气动阀体与螺杆阀体均未能于持续分发4000个点而不漏掉点。是以，没有对于这些测试组举行丈量。

结论

•经由过程利用准确的装备及锡膏质料组合，可以实现点锡切确到80µm的单点或者划线的能力历程。

•点锡工艺中锡膏是要害参数，助焊剂的触变特征比粘度值更主要。

•金属含量调解可以到达最好的点涂效果。差别的阀体可能会孕育发生差别的金属负载要求。

•差别类型粉末合金差异不较着;这多是与阀体的类型相干，它对于锡膏施加最小的机械力。经由过程调解金属载荷，SnPb及SAC305两种合金锡膏都可得到相似的点锡效果。