SMT教育培训系列教材：电子组装先进工艺 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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编辑推荐

　　《SMT教育培训系列教材：电子组装先进工艺》的这点是：汇集企业技术解决方案，共享业界精英工艺研发成果，对业界有实际借鉴、指导意义。

内容简介

　　《SMT教育培训系列教材：电子组装先进工艺》以当前电子组装制造主要先进工艺及其工艺背景、工艺原理和工艺控制为主线，阐述工艺研究方法与工艺流程，主要介绍当前电子制造中引人注目的微小型元器件、倒装晶片、晶圆级组装、堆叠封装、堆叠组装、挠性电路、精密印刷、通孔回流焊，以及检测与分析等工艺，同时介绍一部分正在探索与发展中的先进工艺。《SMT教育培训系列教材：电子组装先进工艺》主要内容来自作者的工艺研究实践，具有很强的启发性和参考价值。

作者简介

　　王天曦，知名SMT专家，清华大学资深教授。

目录

第1章 细小元件组装工艺
1.1 细小元件的贴装控制
1.2 0201元件的组装工艺研究
1.3 01005元件的组装工艺研究

第2章 倒装晶片组装
2.1 倒装晶片（Flip Chip）的发展
2.2 倒装晶片的组装工艺流程
2.3 倒装晶片装配工艺对组装设备的要求
2.4 倒装晶片的工艺控制

第3章 堆叠工艺与组装
3.1 堆叠工艺背景
3.2 堆叠封装（PiP）与堆叠组装（PoP）的结构
3.3 PiP（堆叠封装）和PoP（堆叠组装）的比较
3.4 PoP的SMT工艺流程
总结

第4章 晶圆级CSP的组装工艺
4.1 球栅阵列（BGA）器件封装的发展
4.2 晶圆级CSP的组装工艺流程
4.3 晶圆级CSP组装工艺的控制
4.3.1 印制电路板焊盘的设计
4.3.2 锡膏印刷工艺的控制
4.3.3 晶圆级CSP的助焊剂装配工艺
4.3.4 晶圆级CSP贴装工艺的控制
4.3.5 回流焊接工艺控制
4.3.6 底部填充工艺
4.4 晶圆级CSP的返修工艺

第5章 挠性印制电路板组装
5.1 挠性印制电路板简介
5.2 挠性印制电路板组装
5.3 挠性印制电路板的其他连接方法
5.4 挠性印制电路板成卷式装配

第6章 通孔回流焊工艺
6.1 通孔回流焊接概述
6.2 实现通孔回流焊接工艺的关键控制因素
6.3 可靠性评估
总结

第7章 精密印刷技术
7.1 精密印刷品质的关键因素
7.1.1 影响细间距元件锡膏印刷品质的关键因素
7.1.2 细间距元件锡膏印刷工艺的控制
7.1.3 印刷品质的监控
7.1.4 小结
7.2 钢网印刷在植球技术中的应用
7.2.1 植球技术的应用
7.2.2 植球的方法与印刷网板
7.2.3 印刷植球法的技术关键与解决方案
7.3　晶圆背面印刷覆膜
7.3.1 晶圆背面印刷覆膜工艺的优势
7.3.2 工艺设计
7.3.3 工艺过程
7.3.4 工艺分析
7.3.5 小结

第8章 SMT焊接技术探究
8.1 软钎焊类型与机理
8.1.1　焊接的本质及软钎焊特点与类型
8.1.2　钎焊机理
8.2 软钎焊技术大观
8.2.1　A类软钎焊方法
8.2.2 B类软钎焊——回流焊
8.3　回流焊冷却速率研究
8.3.1 实验设计与模拟
8.3.2 实验结果和讨论
8.3.3 实验总结

第9章　SMT检测与分析技术
9.1 SMT检测
9.1.1 SMT检测概述
9.1.2 在线检测
9.1.3 AOI、SPI与AXI
9.1.4 SMT综合测试技术
9.2 边界扫描检测技术
9.2.1 边界扫描检测技术概述
9.2.2 边界扫描测试方式
9.2.3 边界扫描测试应用
9.3 电子故障检测技术
9.3.1 电子故障检测技术及其应用
9.3.2 非破坏性故障检测技术
9.3.3 破坏性故障检测技术
9.4 微聚焦X-Ray

第10章 发展中的先进组装技术
10.1 电气互连新工艺
10.1.1 基板互连的新秀——ICB
10.1.2 整机互连的奇兵——MID
10.2 逆序组装技术
10.3 电路板与光路板
10.4 印制电子与有机电子
10.4.1 印制电子、印刷电子与有机电子
10.4.2 有机电子学
10.4.3 印制电子
参考文献

精彩书摘

　　细小元件组装工艺
　　近年，0201/01005片式元件（英制封装代码，对应公制为0603/0402，除非标明公制，否则本书封装代码均指英制）应用日益广泛。0201元件约为0402元件尺寸的四分之一，而01005元件则约为0201元件尺寸的四分之一，其装配尺寸已进入微组装（500 ?m）范畴，因而称其为细小元件。这类细小元件的装配比其他元件在工艺材料的选择、设计和工艺的控制方面更具敏感性，会降低装配工艺的稳定性。由于本身的尺寸就小，它的尺寸公差对装配工艺也会产生非常显著的影响。所以，细小元件的装配工艺不同于其他元件，需要更加精确的控制。
　　首先本章讨论细小元件应用面临的贴片控制工艺，继而通过针对0201/01005元件装配试验的研究来说明如何进行PCB设计、锡膏选择和钢网印刷，以及回流焊接工艺的控制。
　　1.1 细小元件的贴装控制
　　1. 影响细小元件成功贴装的关键因素
　　贴装细小元件的关键因素包括贴片机的定位系统、取料过程控制、贴片机的影像系统和对贴片过程的控制。除了这些因素之外，还有一些不容忽视的地方，如送料器的精度、元件包装的误差和元件本身的误差，以及吸嘴的材料设计等，都是在装配之前需要综合考虑的。下面我们来讨论贴片过程中各个环节的关键控制点。
　　2. 贴片机的定位系统
　　贴片机的驱动及伺服定位系统已在《贴片机及其应用》一书（电子工业出版社2011年出版）中介绍过了。对于细小元件的贴装，要求驱动定位系统在所有驱动轴上都采用闭合环路控制，以保证取料和贴装的位置精度。现在很多贴片机都采用了可变磁阻电动机（VRM）驱动系统，可以提高热稳定性，获得较高的加速度和精度，有的分辨率已达到1?m。这些技术的应用给成功贴装细小元件提供了保障。值得注意的是，控制采用拱架式机构的贴片机的横梁在贴片过程中的抖动往往是容易被忽视的地方。
　　3. 取料过程的控制
　　准确的取料是成功实现贴装的第一步，在此过程中，影响正确取料的因素有元器件之间的差异、包装的误差、送料器的精度、贴片机驱动定位系统的误差、贴片头Z轴方向的压力控制、吸嘴材料和设计，以及在取料过程中对静电的控制。
　　由于细小元件之间的细小差异会对取料和贴片过程产生显著的影响，要求贴片头在此过程中能自动感应其变化并采取相应的补偿措施，以消除对元件高度和厚度等的敏感性。采用的方法是在贴片头上安排压力感应器，防止过大的压力在此过程中将元件压碎或取不到料。比较好的贴片机的贴片头Z轴分辨率可达1 ?m，压力感应器可以感应到24 ?m的变形。
　　传统的机械式送料器已不能满足日益变小的元件对于高精度的要求。细小元件要求精度更高的电动机驱动的电子送料器，并要求其有良好的抗静电效果。送料器安装在贴片机上，在它们之间会存在间隙和位置误差，这种误差很小，在贴装较大器件如0603/0805等时，完全可以被忽略。但是对于细小的0201和01005而言，其影响会很大。在拾取0201/01005这类元件时，很难同时取4颗或7颗元件，原因在于此；另外还有元件包装的误差。所以单颗拾取0201或01005比较稳妥，可以保证取料的可靠性。理想的取料位置在元件的中心区域，如图1.1所示。如果取料位置超出元件上最佳的取料区域，可能会导致贴片缺陷，如偏移和立碑等。同时因为板上元件安排很密，可能会使吸嘴干涉其他元件。
　　为了消除包装和送料器等带来的误差，保证取料的一致性，需要贴片机在取料过程中具有动态的自动矫正取料位置能力。在生产过程中，需要换线和换料，并且每只送料器的状态也不一样，所以元件最佳的取料位置也会变化。机器需要在此过程中敏感地捕捉到这种变化，并自动地找准调整吸料位置，保证吸料的准确性和可靠性。
　　贴装0201和01005元件需要更细的吸嘴，同时为了防止静电损坏元件及在取料过程中带走其他元件，细嘴的材料需要抗静电，所以要选用ESD材料。为了尽量降低吸料过程中元件侧立，保证足够的真空和元件被吸起之后的平衡，在吸嘴头部需要设计2个或3个孔。考虑到贴装密度小于0.25 mm的情况，吸嘴头部要足够细，它上面的孔也会比较细。对0201的吸嘴而言，最小的孔径会达0.127 mm，而01005元件的吸嘴更细，达0.1 mm。这不仅给制造带来了难度，也需提高这些吸嘴的清洁保养频度。对吸嘴清洁保养的要求比其他类型的吸嘴要高，需要利用清洁溶剂和超声波来清洁。由于0201/01005很薄，01005元件厚度薄到0.1 mm，这增加了细嘴与锡膏接触的机会。增加清洁保养的频度成为必要。
　　4. 元件的影像对中
　　确定元件的中心有两种方式，一种是采用数码相机；另一种是采用激光（镭射）。两种方法各有优缺点。采用数码相机可以检查出元件电气端的缺陷。但是它不能感测元件的厚度变化。对于Z轴有压力感应及取料／贴片补偿功能的机器，不会产生严重的问题。采用激光成像的方法可以检测元件的厚度，但对于元件电气端出现的缺陷则检查不出来。在实际贴装过程中，元器件两端电气端与锡膏重叠的区域的差异会影响焊接完后的装配良率。如图1.9所示。由于不同厂家或同一厂家不同批次的元件在制造过程中电气端可能存在差异，所以采用数码相机成像具有一定优势。
　　对0201元件和01005元件成像对中需要高倍率的相机，光源的使用和其他较大的片装元件也有区别。一般的元件如0603或0805等元件，使用背光，找到整个外形轮廓的中心就好。但是0201或01005元件需要使用前光，或仰视照相，找到两个电气端之间的中心，以提高贴装精度。
　　细小元件两电气端与锡膏重叠区域的大小和差异会对装配良率产生很大的影响。
　　不同的元器件制造厂生产的同样的0201电阻元件会存在很大的差异，如图1.11所示。
　　照相机应该在相当于PCB厚度的位置对元件对焦成像，以提高影像的准确性，保证贴片精度。
　　5. 贴片过程控制
　　在贴片过程中，关键控制因素有基板平整的支撑、真空关闭转为吹气的控制、贴片压力的控制，以及贴片的精度和稳定性。
　　基板进入贴片机后，传输导轨将基板两边夹住，同时支撑平台上升，将板支撑住并继续上升到贴片高度。在此过程中，由于外力的作用，容易导致基板变形，加上基板来料可能
　　存在的变形，会严重影响贴片的质量。因此，对基板平整的支撑变得非常重要。薄型基板的应用，更容易出现“弹簧床”效应。薄板随着贴片头的下压而下凹，并随着贴片压力的消失而恢复变形，这样反复，造成元件在基板上移动，出现贴片缺陷。所以，在支撑平台上需要安排支撑装置，保证基板在贴片过程中平整稳定。这种装置可以采用真空将基板吸住，也可采用具有吸能作用的特殊橡胶顶针，以消除在贴片过程中的震动并保证基板平整。支撑装置如图1.12和图1.13所示。这类装置非常客户化，需要根据不同应用来设计相应的支撑结构，确保有效地平整支撑，并使平台在上升和下降过程中稳定顺畅，而且可控。
　　贴片头将元件拾取后，照相机对元件对中照相，贴片头再将元件移至PCB贴片位置上方。贴片头Z轴加速下降到贴片高度，这时Z轴继续减速下降，同时轴内真空关闭，转化为吹气。元件接触到PCB上的锡膏，贴片轴感应到设定的压力后上升并移开，完成单个元件的贴片过程。在这个过程中，真空的灵敏快速切换及吹气的时间和强度控制很关键。真空关闭太慢，吹气动作也会延迟，在贴片轴上升过程中会将元件带走，或导致元件偏移。同时，如果在元件被压至最低点时吹气，容易将锡膏吹散，回流焊接之后出现锡珠等焊接缺陷。真空关闭太快，吹气动作也会提前，有可能元件还未接触到锡膏便被吹飞，导致锡膏被吹散，吸嘴被锡膏污染。灵敏的真空切换可以在5 ms内在50 mm的轴内完成。
　　贴片压力是另一需要控制的关键因素。贴片压力控制不当，会导致元件损坏，锡膏压塌，元件下出现锡珠，还有可能导致元件位置偏移。贴装0201和01005元件合适的压力范围为150～300 g。对于基板变形的情况，对应压力的变化，贴片轴必须能够感应小到25.4m的变形以补偿基板变形。
　　过大的压力会导致在下压过程中元件上出现一个水平力，而使元件产生滑动偏移。
　　晶圆级CSP的返修工艺
　　经底部填充的CSP装配，其稳健的机械连接强度得到很大的提升。在二级装配中，由于底部填充，其抵御扭转、振动和热疲劳应力的能力得以加强。但经过底部填充的CSP如何进行返修成了我们面临的问题。由于设计的变更，制造过程中的缺陷或产品在使用过程中的失效，有时需要对CSP装配进行返修，而应用传统的底部填充材料是不可以进行返修的，原因是无法将已经固化的填充材料从PCB上清除掉。目前市场上已经有一些可以重工的底部填充材，应用这种类材料，便可以实现返修。尽管如此，返修工艺还是面临着如何将失效的CSP移除，以及如何重新整理焊盘，将上面残留的底部填充材料和焊料清除的问题。
　　经过底部填充的CSP返修工艺和未经底部填充的返修工艺很相似，主要区别在于前者元件被移除后，PCB上会留有底部填充材料，这就要求在焊盘整理过程中，不光要清理掉焊盘上的残余的焊料，还必须清理掉残留的底部填充材料。其返修工艺包括以下几个步骤：
　　·设置元件移除和重新装配温度曲线；
　　·移除失效元件；
　　·焊盘重新整理，清除残留的填充材料和焊料；
　　·添加锡膏或助焊剂；
　　·元件重新装配。
　　元件的移除和焊盘的重新整理过程不同于未做底部填充的CSP装配。在元件移除过程中，需要更高的温度，并且需要机械的扭转动作来克服填充材料对元件的黏着力，只用真空吸取不能将元件移除。焊盘重新整理变成了两个步骤，首先清除PCB上残留的填充材料，然后清除残留在焊盘上的焊料，以获得清洁平整的表面。
　　由于返修工艺只对PCB局部加热，往往会导致PCB上局部温度过高，而造成元器件、基板及附近元件受损，金属间化合物过度生长，基板因局部受热翘曲变形等。这就要求除了精心设置元件移除和贴装温度曲线，优化控制整个返修工艺外，还必须考虑返修设备的性能。
　　对返修设备的要求如下：
　　·加热系统可以精确控制，必须能够动态监控板上的温度。
　　·板底和板面加热可以单独控制，板上临近区域温度以及元件上的温度应尽可能地低，以降低损坏的可能性。
　　·加热喷嘴热效率高，热量分布均匀，可以有效降低加热系统的工作温度。同一元件上不同的焊点温度差不能超过10℃。
　　·影像视觉系统对元件对位要精确。
　　·对于大小板，都应该有全板且足够平整的支撑，基板的夹持系统不应使板在返修过程中发生翘曲变形。
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前言/序言

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