3D器件工艺技术研究

2015-10-31陆政邢方园朱英

中国科技纵横 2015年22期

关键词：网板焊膏焊锡

陆政邢方园朱英

（上海航天电子技术研究所，上海 201109）

3D器件工艺技术研究

陆政邢方园朱英

（上海航天电子技术研究所，上海 201109）

本文针对电装生产中的“3D器件的焊接”存在的问题进行工艺研究，探讨印制板组件回流焊接过程中可能影响焊接质量的因素，如3D器件搪锡工艺，3D器件网板开口尺寸，使用的焊膏，焊接时的回流焊接曲线。并对影响质量的因素进行进行分析，对比分析得到3D器件最佳焊接工艺方法。

3D plus器件模板（网板）回流焊回流焊接曲线

1　概述

随着电子行业的飞速发展，电子产品正在向小型化、高密度、高性能方向发展，而大量表面贴装芯片应用于产品型号中。3D plus器件（以下简称3D器件）封装为特殊SOP封装，器件外表面为裸露线路，引线间距小（引线宽0.2mm，间距0.5mm），引线从底部弯曲后向外引出。3D器件内部为层叠封装结构，各层电路板之间使用焊锡连接。

由于3D器件各层电路板之间使用焊锡连接，由此在回流焊接时器件表面、侧面温度必须低于215℃，且器件焊接时引脚温度高于183℃的时间在45s～60s内，温度过高或焊接时间过长都会导致芯片内部焊锡融化析出，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器件数量少且器件间间隔大时，手工焊接3D器件基本能够满足的焊点质量要求，但两排器件间的间距小、器件高度高，引线根部1.14mm区域为视觉盲区（其他更高的3D器件或间距更小的布局将产生更大的盲区），手工焊接时烙铁头受空间限制，焊锡无法爬升到引脚根部，影响焊接质量。曾经发生过手工焊接后，36片存储芯片有11片芯片存在桥连等焊接质量缺陷，缺陷率高达31%。

2　研究方案及研究过程

2.1研究方案

印制板组件回流焊接过程中可能影响焊接质量的因素有：（1）3D器件搪锡工艺；（2）3D器件网板开孔尺寸［1］；（3）使用的焊膏；（4）焊接时的回流焊接曲线。

2.2研究过程

2.2.1搪锡工艺

3D器件引脚镀层电镀镍金，需要对镀金引脚进行去金处理。使用设备进行搪锡时易产生粘连，用电烙铁手工修整引脚上的粘连，保证其引脚共面度小于0.1mm。

2.2.2网板开孔尺寸

图1　1号网板的焊接情况

图2　2号网板的焊接情况

图3　引脚根部焊接情况

我所目前采用的是美国Speedline集团MPM公司的全自动2000印刷机。设定印膏时的刮刀压力在3kg-8kg，印刷速度在20mm/s -40mm/s。印膏后焊膏必须均匀的涂敷在PCB上，焊膏图形清晰，相邻的图形之间无粘连，无明显塌落，边缘整齐，错位小于0.1mm，根据国家军用标准GJB3243-98《电子元器件表面安装要求》，规定焊膏覆盖在每个焊盘上的面积大于焊盘面积的75%。

本次先后加工了2块网板，分别编号为1号和2号。

1号网板的引脚开口宽0.23mm，长3.56mm。宽度上两边各内缩0.01mm，长度上开口内部内缩0.2mm，为防止焊膏过量而导致焊锡桥连，在网板开口中部设置架桥。在此后的焊接中引脚上锡量较少且引脚根部没有焊锡爬升。

于是对网板的开口尺寸进行改进，加工了2号网板，引脚开口宽0.23mm，长3.76mm。宽度上两边各内缩0.01mm，长度上开口内部内缩0.1mm，外部外扩0.1mm。焊接后器件引脚上锡量较多，焊锡在引脚根部有爬升，达到了焊点质量要求。

2.2.3使用的焊膏

选择品牌日本TAMURA的RMA-010-FP210焊膏。合金成分为Sn63/Pb37。熔点为183℃。

2.2.4焊接时的回流曲线

使用KIC测温仪进行测温，设置温度曲线应首先了解回流焊机的温度与加热时间、功率、元器件应用情况及印制板的质量、尺寸及元器件和印制板吸热系数等，再加上所选用的焊膏来决定温度曲线的设置。设置温度采集点，应在印制板上选取能反映出表面组装板上高（热点）、中、低（冷点）有代表性的几个温度测试点，重点测试3D芯片顶面、芯片侧面、芯片引脚，在多次试验后得到了可同时焊接3D芯片和其他器件的回流曲线。最终芯片顶面及侧面温度均没有超过215℃，芯片引脚温度高于183℃的时间为50.3s，符合45s～60s的要求。使用1号网板和2号网板焊接情况见图1、图2。

用ERSA光学检测系统进行引脚焊接质量的检验，由图3可见，经回流焊接的3D器件引脚根部上锡情况良好，焊锡润湿角［2］明显，根据IPC-A-610D《电子组件的可焊性》满足表贴器件焊接质量的要求。