CCGA引脚去氧化及共面度修整工艺技术研究

苏永胜　金蓓蓓　江荣康　马晓萌　刘兰波

摘 要：针对CCGA封装后引脚阵列末端共面度差及存在氧化层的问题，对CCGA引腳的打磨抛光进行了相关试验，针对打磨的参数进行了研究，给出了操作简便、可靠有效的工艺方法。

关键词：CCGA引脚；去氧化；共面度修整

中图分类号：TN305.96 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）16-0060-01

CCGA能够进行高密度、高可靠、大尺寸封装及组装，该种封装形式被广泛用于航天航空领域[1]。CCGA引脚（即焊柱）端面的共面度和氧化程度，直接影响焊料润湿和焊点质量，也直接影响到焊点热疲劳寿命，从而影响到CCGA后续使用寿命及可靠性[2]，本文对影响CCGA焊接质量的焊柱修整方法进行了研究。

1 CCGA封装焊柱概述

CCGA封装的焊柱在器件底部，为高熔点的高铅材料。常见的高铅焊柱通常有两种，一种焊柱材料是90Pb10Sn（IBM公司专利），另一种焊柱材料是80Pb20Sn，并在焊柱外螺旋包裹了一层铜箔（Six-Sigma公司专利）。高铅焊柱在回流焊过程中不熔化，仅两端的共晶焊料融化。当采用63Sn37Pb共晶焊料将焊柱焊接在陶瓷基板上，由于高铅焊柱中铅的含量很高，其质地柔软受力后极易变形而且在空气中极易发生氧化。焊接面氧化后影响焊料润湿，易造成在印制板上焊接时发生虚焊，从而发生接头热疲劳和接头热循环失效[3]。

CCGA封装的陶瓷基板表面是不平的，且焊柱长短有一定的公差范围，导致焊柱焊接后焊柱末端端面的共面度较差。而且铜带加强型Pb80/Sn20焊柱表面涂覆Sn63/Pb37焊料，在铜带和焊柱之间会蓄积一定量的焊料，在植柱过程中，焊柱末端会形成焊料凸起，如图1所示。同时高铅焊柱在空气中极易氧化，焊柱自由端被氧化层覆盖。因此，对封装后的CCGA引脚进行去氧化及共面度修整就非常有必要。

2 CCGA引脚保护装置

目前对于CCGA封装后的焊柱末端氧化和弯曲变形现象，一般是采用砂纸手工打磨去除引脚端面氧化层，用拨片对弯曲歪斜的焊柱进行手工校正变形[4]。但仍然存在如下问题：手工打磨焊柱虽然能有效去除氧化层，但手工打磨时拿持器件需要保持稳定和均匀用力，难度较高，很难保证焊柱末端的整体平面度，打磨过程对操作人员经验要求很高，否则极易造成焊柱歪斜。焊柱歪斜后虽然可以用拨片进行校正，但是极易损伤焊柱，焊柱多次弯曲和校正后极易发生断裂。因此本文提出一种CCGA焊柱保护装置，如图2所示，该装置上有和CCGA引脚一一对应的孔便于保护焊柱在打磨时不会歪斜，同时该装置可以使CCGA焊柱伸出装置打磨平面（平面度很高的黄铜板）一定的打磨余量，打磨余量可调，调节好打磨余量后将CCGA封装锁紧固定在装置内就可以对CCGA引脚进行打磨，打磨后CCGA引脚整体平面度将和CCGA保护装置的黄铜板平面度一致。

3 CCGA引脚去氧化及共面度修整工艺

将锁紧固定有CCGA封装的保护装置放在抛光机上，如图3所示，调节好CCGA焊柱打磨余量，使焊柱突出黄铜板平面的一面朝下，在放置有240目碳化硅砂纸的抛光机上对焊柱进行打磨。砂纸目数低，磨粒太粗糙，打磨速度快，不便于观察，且容易缩短CCGA保护装置使用寿命，同时磨屑也粗糙，易进入保护装置的通孔内对焊柱造成二次损伤；砂纸目数高，打磨时间长，降低了打磨效率。打磨时需要加水降温以免焊柱烧蚀，同时冲走打磨的磨屑，避免在焊柱末端生成打磨毛刺影响打磨效果。由于焊柱打磨余量很少，通常为0.1mm左右，所以抛光机转速不能过快，通常控制在150转/分以下，这样可以延长打磨时间便于及时对打磨焊柱平面进行观察。打磨时不可对CCGA焊柱保护装置施加太大压力，避免焊柱受力后遭受应力损伤甚至变形弯曲。同时打磨时为保持打磨的均匀性及焊柱的平面度，需要一边打磨一边旋转焊柱保护装置，使焊柱端面能够均匀的被打磨。

按照上述方法对CCGA焊柱进行打磨，几分钟后所有焊柱都被磨平，焊柱末端氧化层全部被磨掉，露出焊柱基材，焊柱末端的整体平面度与焊柱保护装置的黄铜板平面度一致，优于0.02mm。为便于得到良好的焊柱末端表面，还需在焊柱磨平后在抛光机上用1000目的金相砂纸对焊柱末端表面进行抛光，抛光时可不时对焊柱端面进行观察抛光效果，观察时可以用焊柱保护装置的黄铜板作为抛光效果的参考对象。抛光后焊柱末端的表面粗糙度优于1.6μm。打磨抛光后的CCGA焊柱端面及放大图如图4所示。

从图中可以看到CCGA引脚经过打磨后整体平面度达到了很好的效果，焊柱打磨平面经过局部放大后可以明显看到焊柱基材的整体一致性好，焊柱基材断面清晰，无氧化层、毛刺等，取得了良好的打磨效果。

4 结语

本文通过对CCGA引脚去氧化及共面度修整工艺技术进行了研究，提出了一种CCGA焊柱保护装置，采用合理的打磨工艺方法对CCGA焊柱端面打磨，从而有效的对焊柱末端进行了修整，解决了焊柱长度变化、基板厚度变化、焊料凸起所导致焊柱端面共面度的问题，同时也去除了CCGA植柱过程中焊柱末端生成的氧化层，形成了与印制板焊接时可靠的焊接表面，提高了CCGA的使用寿命及可靠性。

参考文献

[1]李守委，毛冲冲，严丹丹.CCGA用焊柱发展现状及面临的挑战[J].电子与封装，2016，16（10）：6-10，18.

[2]黄春跃，周德俭，吴兆华.CCGA焊点热疲劳寿命统计分析与评价优化[J].桂林电子工业学院学报，2002，22（3）：31-35.

[3]张成敬，王春青.陶瓷阵列封装的两种形式及其接头可靠性[J].电子工业专用设备，2006：10-17.

[4]吕强，尤明懿，陈贺贤，张朝晖，唐飞.CCGA封装特性及其在航天产品中的应用[J].电子工艺技术，2014，35（4）：222-226.endprint