Ⅲ集成電路球柵陣列封裝（BGA）焊點(diǎn)空洞工藝缺陷的形成原因及應(yīng)對(duì)措施研究摘要：隨著芯片集成電路封裝技術(shù)的不斷進(jìn)步和芯片集成電路以及相應(yīng)集成設(shè)備的不斷更新改良,大規(guī)模的芯片集成電路、較多中小規(guī)模的芯片集成電路以及超大中小規(guī)模的硅集成電路的相繼應(yīng)用出現(xiàn),硅的集成單芯片封裝集成電路程度不斷地逐步得到極大提高,這對(duì)于硅集成電路芯片封裝的相關(guān)技術(shù)性能要求更加嚴(yán)苛,i/o引腳的設(shè)計(jì)參考操作次數(shù)急劇地不斷增加,功耗也因此不斷增大。為充分考慮滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)不斷發(fā)展的不同需求,在面板封裝的一樣品種的兩個(gè)基礎(chǔ)上,又增加了一個(gè)新的種類-球柵陣列封裝,簡(jiǎn)稱為BGA(BallGridArrayPackage)。BGA芯片封裝的每個(gè)i/o端子以一個(gè)橢圓形或者相等直徑的一個(gè)圓形來(lái)將焊點(diǎn)按照?qǐng)A形矩陣列的各種形式均勻地安排分布在芯片封裝下面,BGA封閉組裝焊接技術(shù)的最大主要優(yōu)點(diǎn)之處之一就是它的i/o引腳的連接個(gè)數(shù)雖然比傳統(tǒng)封裝技術(shù)增加了,但是引腳的連接間距并沒(méi)有明顯地有所減小反而可說(shuō)是功耗增加了,從而大大提高了小型封裝芯片組裝的生產(chǎn)成品率;雖然其降低功耗的機(jī)會(huì)并沒(méi)有所謂的增加,但是在BGA卻還是只能用可控式和塌陷式的芯片法則來(lái)進(jìn)行圓形焊接,從而也就使得它不僅可以大大小幅度地利用改善其中的電熱優(yōu)化特性;厚度、重量和以前的封裝技術(shù)進(jìn)行比較有所減少;寄生參數(shù)(當(dāng)電流發(fā)生大幅度的變化時(shí),會(huì)引起輸出電壓的擾動(dòng))減小,信號(hào)傳輸?shù)难舆t變小,使用頻率則會(huì)大幅度提高;組裝可以用共面的焊接,可靠性比較高。BGA焊點(diǎn)的空洞是在BGA組裝的過(guò)程中常見(jiàn)的一種工藝缺陷,這種工藝缺陷形成的原因與主要影響因素是什么,研究BGA焊點(diǎn)空洞的可接受標(biāo)準(zhǔn)并提出減少空洞缺陷的主要措施。關(guān)鍵詞：集成電路封裝；BGA；焊點(diǎn)空洞；可靠性。 目錄第一章緒論 11.1導(dǎo)言 11.2BGA封裝技術(shù) 11.2.1BGA封裝技術(shù)概況 11.2.2BGA焊點(diǎn)空洞的影響 1第二章BGA作業(yè)涉及的設(shè)備 第一章緒論1.1導(dǎo)言如今,隨著我國(guó)集成電路和芯片封裝技術(shù)飛速發(fā)展,對(duì)芯片封裝技術(shù)的需求已經(jīng)變得越來(lái)越苛刻。這主要原因是，由于封裝技術(shù)會(huì)直接影響到了產(chǎn)品的使用功能好壞,假如一個(gè)IC的工作頻率超過(guò)了100mhz,這時(shí)候傳統(tǒng)的封裝方式就很有可能會(huì)產(chǎn)生一種稱為"crosstalk"的現(xiàn)象,并且在一些情況下，一個(gè)IC的信號(hào)管腳總數(shù)都大于208pin時(shí),傳統(tǒng)的封裝方式就會(huì)具有一定的困難。所以,除了使用QFP封裝外,如今大多數(shù)高引腳數(shù)的芯片(如圖形芯片與芯片組等)都開(kāi)始使用BGA(BallGridArrayPackage)封裝技術(shù)。BGA的出現(xiàn)，成為了CPU、主板上的南/北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。BGA焊點(diǎn)的典型缺陷包括:開(kāi)路、連錫、焊球丟失、空洞、焊料球和焊點(diǎn)邊緣不清晰。而B(niǎo)GA焊點(diǎn)空洞則被認(rèn)為是BGA常見(jiàn)并且是不可避免的一種工藝性空洞缺陷,不同公司和不同產(chǎn)品對(duì)于焊點(diǎn)空洞的具體可以接受標(biāo)準(zhǔn)也不一樣,因此,研究BGA焊點(diǎn)空洞的產(chǎn)生和形成原因及其主要的影響因素,討論BGA焊點(diǎn)空洞的具體可以接受標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)其提出一些有效的消除和減少其空洞工藝性缺陷的方法和措施有著十分重要的指導(dǎo)意義。1.2BGA封裝技術(shù)1.2.1BGA封裝技術(shù)概況20世紀(jì)90年代隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,芯片的集成程度不斷得到提高,i/o引腳的參數(shù)急劇上升,功耗也相應(yīng)地增大,對(duì)集成電路中信號(hào)封裝的控制要求也越來(lái)越嚴(yán)格。為了適應(yīng)發(fā)展趨勢(shì),BGA封裝已經(jīng)開(kāi)始在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。(BGA是英文ballgridarraypackage的一個(gè)簡(jiǎn)單縮寫,即球柵的陣列封裝)1.2.2BGA焊點(diǎn)空洞的影響焊點(diǎn)的空洞位置問(wèn)題可能是直接造成影響對(duì)于BGA兩個(gè)焊點(diǎn)的工作質(zhì)量與可靠度的重要一個(gè)影響考量因素。基于三維焊點(diǎn)電磁場(chǎng)的空洞仿真建模設(shè)計(jì)圖本軟件利用hfss對(duì)單一兩個(gè)焊點(diǎn)鉆孔進(jìn)行空洞的仿真建模,分別去分析和研究了，在BGA的兩個(gè)焊點(diǎn)中，不同的鉆孔位置、尺寸和鉆孔數(shù)量等焊點(diǎn)空洞對(duì)單一焊點(diǎn)的電磁傳輸傳動(dòng)性能的直接影響。研究分析結(jié)果顯示,焊點(diǎn)內(nèi)部的兩個(gè)空洞較其他焊點(diǎn)表面較小部位的兩個(gè)空洞對(duì)于焊點(diǎn)信號(hào)快速傳遞系統(tǒng)性能的損耗影響較大;在整個(gè)焊點(diǎn)外部表面上的空洞,位于整個(gè)焊點(diǎn)中部的兩個(gè)空洞較小而接近上下焊盤的兩個(gè)空洞對(duì)于焊點(diǎn)信號(hào)快遞傳送系統(tǒng)性能的損耗影響較大;隨著整個(gè)焊點(diǎn)工作過(guò)程中空洞的擴(kuò)大體積不斷擴(kuò)大或者空洞撞擊次數(shù)的不斷增多,使得對(duì)于焊點(diǎn)內(nèi)部回波器的損耗也隨之不斷增大。[2]除此之外,空洞還可能會(huì)直接嚴(yán)重影響涉及到該企業(yè)產(chǎn)品的內(nèi)部供電系統(tǒng)性能、熱交換性能和內(nèi)部機(jī)械傳動(dòng)性能,甚至還可能會(huì)直接影響導(dǎo)致該企業(yè)產(chǎn)品的性能失效。bga存在焊點(diǎn)內(nèi)的材料孔隙將增大會(huì)直接嚴(yán)重影響其整體機(jī)械性和動(dòng)力學(xué)上的性能,使焊點(diǎn)強(qiáng)度、韌性、蠕變和疲壽命降低,還會(huì)使焊點(diǎn)過(guò)熱,降低可靠性。[3]第二章BGA作業(yè)涉及的設(shè)備2.1錫膏印刷機(jī)2.1.1錫膏印刷機(jī)的作用及工作原理錫膏和線路板印刷機(jī)主要是一種利用SMT的生產(chǎn)工藝中將錫膏和線路板印刷成相應(yīng)焊盤上的一種生產(chǎn)裝置,主要起到作用的對(duì)象之一就是印刷錫膏和線路板,把印刷錫膏和線路板上的兩個(gè)焊盤經(jīng)由錫膏和印刷機(jī)的相互作用而使他們相結(jié)合在一起,然后經(jīng)由貼片機(jī)將這些焊盤通過(guò)錫膏和印刷機(jī)將這些錫膏和線路板印刷成相應(yīng)的焊盤上貼裝上一個(gè)帶有貼片的元件經(jīng)回流焊接后可以使線路板成為半導(dǎo)體和成品電子產(chǎn)品。錫膏印刷機(jī)有半自動(dòng)錫膏印刷機(jī)和全自動(dòng)錫膏印刷機(jī)，因?yàn)楝F(xiàn)在很多電子元件非常小，如果不使用專業(yè)的錫膏印刷設(shè)備，無(wú)法達(dá)到理想的印刷效果。錫膏印刷機(jī)的主要使用工作臺(tái)和原理一般就是先將所有主板需要錫膏印刷的貼片電路板用一個(gè)刮刀直接固定到需要印刷的主板定位臺(tái)上,然后由錫膏印刷機(jī)主板左右各各用一個(gè)刮刀將所有錫膏或者其他紅膠直接通過(guò)一個(gè)鋼網(wǎng)直接漏印在一臺(tái)相應(yīng)的印刷焊盤上,對(duì)鋼網(wǎng)漏印處理均勻后再用PCB通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸控制臺(tái)將所有PCB數(shù)據(jù)輸入傳送到一臺(tái)相應(yīng)的印刷貼片機(jī)中,從而可以進(jìn)行一種自動(dòng)化的印刷貼片。焊膏和用于印刷器的焊膏貼片都被廣泛認(rèn)為焊膏是一種可觸發(fā)應(yīng)變物,具有良好的摩擦黏性,當(dāng)普通人的錫膏通過(guò)印刷器以一定的速度旋轉(zhuǎn)運(yùn)行速度和運(yùn)動(dòng)角度沿著一個(gè)特定方向連續(xù)向前上下運(yùn)動(dòng)時(shí),對(duì)應(yīng)的焊膏也可能會(huì)使其產(chǎn)生一定的摩擦壓力,推動(dòng)其他人的焊膏在注入刮板前向上滾動(dòng),產(chǎn)生將其他人的焊膏直接溶液注入刮板到焊膏網(wǎng)孔或者直接滲入到漏洞中所可能需要的一定壓力。焊膏的邊緣黏性力和摩擦力減弱可以直接使得錫與焊膏在吸入錫上的灰塵中使印刷器中的刮板與印刷網(wǎng)板的邊緣交接部分不會(huì)產(chǎn)生邊緣剪切的改變,這種的剪切變力可以導(dǎo)致錫與焊膏間的黏性摩擦減弱,有利于印刷使焊膏順利地從印刷網(wǎng)板中擠出注入一直到印刷模板的末端開(kāi)口小孔或網(wǎng)板滲漏。刮刀的摩擦速度、刮刀的摩擦壓力、刮刀與兩個(gè)模板相互之間的摩擦角度,以及與模板焊膏之間的材料粘合均勻程度之間也都必然存在著一定的測(cè)量限制和不可約束性的關(guān)系,因此只有正確性的控制好這些測(cè)量參數(shù),才一定可以有效保證模板焊膏的正常打磨工作質(zhì)量。2.2回流爐2.2.1回流爐的作用及工作原理當(dāng)PCB進(jìn)入預(yù)熱區(qū)時(shí),焊膏中的水份、氣體蒸發(fā),助焊劑濕潤(rùn)元件引腳和焊盤,焊膏開(kāi)始軟化并覆蓋焊盤,使元件引腳和焊盤與氧氣隔離;PCB進(jìn)入回流區(qū)時(shí),溫度迅速上升,焊膏達(dá)到熔化狀態(tài),對(duì)PCB上的元件引腳和焊盤濕潤(rùn)、擴(kuò)散、回流、之后冷卻形成錫焊接頭,從而完成了回流焊。強(qiáng)迫性的快速對(duì)流焊接熱風(fēng)快速回流焊接法就是通過(guò)一種對(duì)熱氣流的快速循環(huán),在焊接元件上下兩個(gè)物體表面,以相對(duì)較低的工作溫度而直接產(chǎn)生高度有效率的熱傳導(dǎo),同時(shí)可以促進(jìn)小型化的元件受熱可以直接避免使用電弧焊過(guò)程中的元件過(guò)熱,避免因?yàn)槭褂脝蚊姘宓碾娀『付苯右鹪CB的受熱變形,PCB上大量帶有電弧紋的焊點(diǎn)也可以能直接得到相對(duì)均勻的熱在電弧焊焊接點(diǎn)上的受熱,從而可以達(dá)到熱風(fēng)回流式的電弧焊接。第三章BGA焊點(diǎn)空洞的因素分析與可靠性影響3.1焊點(diǎn)空洞的位置及成因在BGA的焊點(diǎn)檢查中在什么位置能發(fā)現(xiàn)空洞呢?BGA的焊球可以分為三個(gè)層,一個(gè)是元件層(靠近BGA的基板),一個(gè)是焊盤層(靠近PCB的基板),再有一個(gè)就是焊球的中間層。根據(jù)不同的情況,空洞可以發(fā)生在這三個(gè)層中的任何一個(gè)層。根據(jù)不同的情況,空洞可以發(fā)生在這三個(gè)層中的任何一個(gè)層?？斩词鞘裁磿r(shí)候出現(xiàn)的呢?BGA焊球中可能本身在焊接前就帶有空洞,這樣在再流焊接過(guò)程完成后就形成了空洞。這可能是由于焊球制作工藝中就引入了空洞,或是PCB表面涂覆的焊膏材料的問(wèn)題導(dǎo)致的。[8]另外電路板的設(shè)計(jì)也是形成空洞的一個(gè)主要原因。例如,把過(guò)孔設(shè)計(jì)在焊盤的下面,在焊接的過(guò)程中,外界的空氣通過(guò)過(guò)孔進(jìn)入熔融狀態(tài)的焊球,焊接完成冷卻后焊球中就會(huì)留下空洞。焊盤層中發(fā)生的空洞可能是由于焊盤上面印刷的焊膏中的助焊劑在再流焊接過(guò)程中揮發(fā),氣體從熔融的焊料中逸出,冷卻后就形成了空洞。焊盤的鍍層不好或焊盤表面有污染都可能是由于焊盤層出現(xiàn)空洞的原因。通常發(fā)現(xiàn)空洞機(jī)率最多的位置是在元件層,也就是焊球的中央到BGA基板之間的部分。這有可能是因?yàn)镻CB上面BGA的焊盤在再流焊接的過(guò)程中,存在有空氣氣泡和揮發(fā)的助焊劑氣體,當(dāng)BGA的共晶焊球與所施加的焊膏在再流焊過(guò)程中熔為一體時(shí)形成空洞。如果再流溫度曲線在再流區(qū)時(shí)間不夠長(zhǎng),空氣氣泡和助焊劑中揮發(fā)的氣體來(lái)不及逸出,熔融的焊料已經(jīng)進(jìn)入冷卻區(qū)變?yōu)楣虘B(tài),便形成了空洞。所以,再流溫度曲線是形成空洞的一種原因。共晶焊料63Sn/37Pb的BGA最易出現(xiàn)空洞,而成分為10Sn/90Pb的非共晶高熔點(diǎn)焊球的BGA,熔點(diǎn)為302℃,一般基本上沒(méi)有空洞,這是因?yàn)樵诤父嗳刍脑倭骱附舆^(guò)程中BGA上的焊球不熔化。3.2爐溫曲線設(shè)置不當(dāng)1、表現(xiàn)為在升溫段,溫度上的梯度值設(shè)置得太高,造成迅速逸出的放射性氣體把BGA掀離焊盤;2、升溫段的加熱氣體溫度持續(xù)時(shí)間并沒(méi)有完全達(dá)到足以完全提高繼續(xù)升高段溫度的技術(shù)目標(biāo),因?yàn)楫?dāng)繼續(xù)升高的氣體溫度達(dá)到終止時(shí),本原來(lái)應(yīng)該繼續(xù)揮發(fā)釋放出來(lái)的高溫氣體尚未完全停止逸出,這部分高溫氣體可能會(huì)隨著經(jīng)過(guò)回流期后再次繼續(xù)逸出,影響了氣體助焊加熱系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)回流期后的持續(xù)作用。助熔與焊膏中有毒溶劑的使用搭配不當(dāng)主要原因表現(xiàn)在以為:(1)在膏體高溫加熱階段,快速揮發(fā)逸出的一些放射性有毒氣體可能會(huì)把焊盤bga上的支架充分撐起,造成了溶劑錯(cuò)位與膏體阻斷間的隔閡;(2)在膏體回流高溫階段,仍然可能會(huì)使含有一定程度數(shù)量的快速揮發(fā)性放射氣體從含有助焊膏的油膏結(jié)構(gòu)體系中迅速揮發(fā)逸出,但是由于受限于膏體BGA與整個(gè)焊盤之間的窄間隙空間,這些被人們稱為快速揮發(fā)性的放射氣體就根本無(wú)法順暢地從整個(gè)焊盤中快速逸出,致使它們被快速擠壓而不能形成快速熔融的一條接頭和多個(gè)焊點(diǎn)。3、助劑和焊膏對(duì)于液體潤(rùn)濕劑和焊盤的保護(hù)作用散熱能力差。由于使用助熔時(shí)焊盤上油漆膏的保溫潤(rùn)濕隔熱性能不夠,無(wú)法把附在焊盤上的一些氧化層全部進(jìn)行去除,或者也就是這層去除后的助焊效果并不理想,而直接地就造成了焊盤虛焊。助焊膏對(duì)應(yīng)于BGA整個(gè)焊球的焊盤潤(rùn)濕控制能力嚴(yán)重缺乏:與其他幾種助塑膠焊膏對(duì)整個(gè)焊盤的焊球潤(rùn)濕控制能力嚴(yán)重缺乏相似,只不過(guò),因由于焊球的固體氧化物和金屬合金各種類型不同,BGA上的焊球氧化物和電動(dòng)勢(shì)也就各不相同,這樣就可能需要整個(gè)助焊膏必須同時(shí)具備一種能夠適應(yīng)于焊球去除不同的金屬合金各種類型焊球氧化物的電動(dòng)勢(shì)和潤(rùn)濕能力,若不完全完成匹配,則很有可能會(huì)直接造成對(duì)應(yīng)于BGA整個(gè)焊球的焊盤潤(rùn)濕控制能力嚴(yán)重缺乏,導(dǎo)致整個(gè)焊盤鋼球內(nèi)部處于空洞。[9]3.3焊點(diǎn)空洞產(chǎn)生機(jī)理空洞的形成和機(jī)理是復(fù)雜的，但大量的揮發(fā)物是空洞的來(lái)源和基本要求，包括以下幾個(gè)方面：（1）它是由Kirkendall效應(yīng)直接引起的，（Kirkendall效應(yīng)一般是指兩種擴(kuò)散輻射速率不同的金屬元素在不同的輻射擴(kuò)散過(guò)程中會(huì)形成帶有缺陷的小現(xiàn)象）。這種微腔一般比較容易接近兩種不同金屬間的擴(kuò)散邊界，是由不同的金屬元素以不同的擴(kuò)散輻射速率擴(kuò)散到邊界上不同合金材料層中而形成的一種微腔。由于X射線不能直接檢測(cè)到，因此有必要采用線掃描顯微電子顯微鏡的方法對(duì)其進(jìn)行清晰的觀察。(2)對(duì)于一些已經(jīng)采用碳素鍍水金屬焊工藝的底部焊盤,由于底部焊料Ni/Au碳素鍍膜涂層的空氣Au和底部空氣碳素膜膜鍍層上中間有一個(gè)碳素針孔,造成底部焊料Ni和空氣Au的膜層與底部空氣相互發(fā)生接觸而被碳素吸收和空氣氧化,回流后在焊接時(shí)被底部Au和空氣碳素膜層包裹后所覆蓋的焊料Ni在底部Au被空氣吸收并完全溶入空氣到底部焊料中后,與頂端Sn和底部Sn焊料發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生如SnI3Sn4等的鋁合金盲料因埋孔所在而引起的空洞形成膜膜鍍層,而被碳素吸收和空氣氧化的焊料Ni絕大部分則一定是不能被空氣吸收。所有的潤(rùn)濕氣體會(huì)與之發(fā)生相互作用,故在一個(gè)方形焊盤和一個(gè)圓形焊球之間的兩個(gè)邊界上就可能會(huì)同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)相同數(shù)量若干的細(xì)小空洞。[10]第四章針對(duì)BGA焊點(diǎn)空洞的實(shí)驗(yàn)分析與優(yōu)化4.1錫膏回溫次數(shù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)錫膏是對(duì)于BGA印刷不可或缺的，關(guān)鍵性的。錫膏是由錫粉和助焊劑攪拌混合而成。一般來(lái)說(shuō)，一瓶錫膏可作用于產(chǎn)品2-3次，對(duì)于重要的產(chǎn)品或者可靠性驗(yàn)證來(lái)說(shuō)，最好是拿一次回溫的錫膏進(jìn)行作業(yè)。錫膏從冰箱里拿出來(lái)需要進(jìn)行4小時(shí)的回溫，但實(shí)際上只需2小時(shí)左右，整瓶錫膏即的溫度即可回歸到室溫溫度。二次回溫指的是，錫膏在經(jīng)歷第一次作業(yè)后，將鋼網(wǎng)上與刮刀上的錫膏進(jìn)行回收后再放回冰箱保存，再拿出來(lái)進(jìn)行第二次回溫。以此類推，三次四次回溫也是如此。因此，不同回溫次數(shù)的錫膏，也是一個(gè)對(duì)BGA焊點(diǎn)空洞的影響因子，故進(jìn)行錫膏回溫次數(shù)對(duì)BGA焊點(diǎn)空洞的影響。以下為實(shí)驗(yàn)結(jié)果：表4-1為3片相同的wafer在3種不同回溫次數(shù)的空洞掃描結(jié)果圖4-1：一次回溫X-RAY圖4-2：二次回溫X-RAY圖4-3：三次回溫X-RAY通過(guò)控制變量的方法，我們可以從結(jié)果得出結(jié)論：一次回溫的錫膏對(duì)焊點(diǎn)空洞造成的影響最小，二次回溫與三次回溫相比一次回溫的結(jié)果來(lái)看，略差，但并未對(duì)焊點(diǎn)空洞造成很大影響，接下來(lái)我們準(zhǔn)備第二輪驗(yàn)證。4.2前處理Plasma、烘烤條件與爐溫驗(yàn)證Plasma就是來(lái)料wafer未進(jìn)行作業(yè)前，利用等離子體處理wafer表面臟污。烘烤也是在wafer未進(jìn)行作業(yè)前，對(duì)wafer整體進(jìn)行去水汽?；亓鲃t是在wafer進(jìn)行BGA作業(yè)后，放入回流爐，使其錫膏中所混合的助焊劑成分揮發(fā)，并且讓其中的錫粉成分與wafer表面焊盤進(jìn)行焊接。爐溫溫區(qū)停留的時(shí)間也可能對(duì)焊點(diǎn)空洞造成影響。我們將對(duì)這三項(xiàng)可能會(huì)對(duì)焊點(diǎn)空洞造成影響的因子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，即第二輪驗(yàn)證。表4-2為第二輪驗(yàn)證結(jié)果從該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析：1、當(dāng)烘烤條件相同、爐溫設(shè)置相同時(shí)，如1#DC和2#DC。2#DC在前處理上做了優(yōu)化，plasma強(qiáng)度變更為3倍強(qiáng)度，結(jié)果是平均空洞占比略比未進(jìn)行前處理優(yōu)化的1#DC大，而空洞面積占比大于10%的則是一樣；2、當(dāng)前處理?xiàng)l件相同、爐溫設(shè)置相同時(shí)，如1#DC和4#DC。3#DC在烘烤上做了優(yōu)化，相比于1#DC，烘烤時(shí)間增加了30分鐘。結(jié)果是平均空洞占比未進(jìn)行烘烤優(yōu)化的1#DC大，空洞面積占比大于10%的則增大了2-3倍；3、當(dāng)前處理?xiàng)l件相同、烘烤條件相同時(shí)，如4#DC和3#DC。3#DC在爐溫曲線上做了優(yōu)化，結(jié)果是平均空洞占比低于未進(jìn)行爐溫設(shè)置優(yōu)化的4#DC，但空洞面積占比大于10%的是一樣的；4、當(dāng)烘烤和前處理同時(shí)優(yōu)化后，對(duì)比1#DC和5#DC，平均空洞占比為經(jīng)過(guò)雙優(yōu)化后的更好點(diǎn)，其中空洞面積占比大于10%的為0；5、當(dāng)烘烤和爐溫曲線同時(shí)優(yōu)化后，對(duì)比1#DC和3#DC，平均空洞占比為經(jīng)過(guò)雙優(yōu)化后的更好點(diǎn)，但空洞面積占比大于10%的卻增加了2-3倍；小結(jié)：增強(qiáng)plasma強(qiáng)度、增加烘烤時(shí)間與爐溫溫區(qū)停留時(shí)間對(duì)空洞無(wú)明顯改善。4.3多次回溫驗(yàn)證與爐溫曲線優(yōu)化驗(yàn)證4.3.1多次回溫驗(yàn)證我們選取了同一批wafer在進(jìn)行印刷回流后，通過(guò)X-RAY掃描，wafer的9個(gè)區(qū)域36個(gè)點(diǎn)，空洞面積占比大于10%的有1個(gè)和0個(gè)進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)。一次回流后：圖4-4：1#DC與5#DC空洞mapping圖(空洞面積≥10%的分別為1個(gè)和0個(gè)，單個(gè)點(diǎn)空洞面積占比在0-5%時(shí)為綠色，5-10%時(shí)為紅色)多次回流后：圖4-5：1#DC與5#DC空洞mapping圖小結(jié)：1#DC3次回流后空洞≥10%8個(gè)，5#DC3次回流后空洞≥10%28個(gè),多次回流后，空洞體積膨脹增大，超過(guò)10%占比1#DC：2.8%→22.2%；5#DC：0%→77.8%。焊點(diǎn)空洞會(huì)隨著回流次數(shù)的增加而惡化。4.3.2爐溫曲線優(yōu)化驗(yàn)證爐溫曲線是回流爐的一個(gè)重要工藝參數(shù)。回流爐一般是有5個(gè)加熱溫區(qū)和一個(gè)冷卻區(qū)，這5個(gè)加熱溫區(qū)的溫度都不一樣。當(dāng)wafer經(jīng)過(guò)印刷后，通過(guò)這五個(gè)溫區(qū)實(shí)現(xiàn)將錫膏和wafer表面焊盤焊接，這五個(gè)溫區(qū)對(duì)wafer進(jìn)行作用時(shí)，錫膏中的助焊劑蒸發(fā)，其中的錫粉顆粒會(huì)漸漸與焊盤焊接。爐溫曲線的設(shè)置對(duì)于焊接起到了關(guān)鍵性的作用。以下是設(shè)置爐溫曲線優(yōu)化組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表4-3為實(shí)驗(yàn)結(jié)果小結(jié)：對(duì)比3#DC和4#DC的結(jié)果，無(wú)論是首次掃描還是重復(fù)掃描，結(jié)果都是經(jīng)過(guò)爐溫曲線優(yōu)化的結(jié)果更優(yōu)。最優(yōu)條件組客戶批次重復(fù)性驗(yàn)證后，空洞較DC組更為嚴(yán)重，工藝能力較為不穩(wěn)定。4.4改變焊盤結(jié)構(gòu)4.4.1銅和錫銀結(jié)構(gòu)更改焊盤結(jié)構(gòu)為Cu和SnAg結(jié)構(gòu)后，驗(yàn)證空洞結(jié)果為：圖4-6電鍍銅＋錫銀組空洞均值4.17最大值19.5＞10%占比3.5%4.4.2銅和化鍍鎳金結(jié)構(gòu)更改焊盤結(jié)構(gòu)為Cu和化鍍鎳金結(jié)構(gòu)后，驗(yàn)證空洞結(jié)果為：圖4-7化鍍鎳金組空洞均值5.99最大值19.2＞10%占比8.3%4.4.3銅和鎳、錫銀結(jié)構(gòu)更改焊盤結(jié)構(gòu)為Cu和Ni、SnAg結(jié)構(gòu)后，驗(yàn)證空洞結(jié)果為：圖4-8電鍍銅&鎳&錫銀組空洞均值0.2最大值6.8＞10%占比0%小結(jié)：經(jīng)過(guò)三種不同的焊盤結(jié)構(gòu)更改，發(fā)現(xiàn)銅鎳錫銀結(jié)構(gòu)的焊盤對(duì)空洞有明顯改善，故將對(duì)銅鎳錫銀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步驗(yàn)證。4.5重復(fù)性驗(yàn)證與優(yōu)化策略DC片廠內(nèi)baseline作業(yè)，1#DC和2#DC進(jìn)行五次回流：表4-4為實(shí)驗(yàn)結(jié)果小結(jié)：2pcs廠內(nèi)DC首次、二次、五次回流后大部分點(diǎn)位空洞面積為0%，僅五次回流后一點(diǎn)為10.8%（共檢查1600個(gè)錫球，發(fā)現(xiàn)1個(gè)錫球空洞超10%，異常占比約625ppm，異常比例較低）?？蛻鬌C廠內(nèi)baseline作業(yè)，11#DC和12#DC進(jìn)行五次回流：表4-5為實(shí)驗(yàn)結(jié)果小結(jié)：2pcs客戶DC首次、二次、五次回流后大部分點(diǎn)位空洞面積為0%，僅二次回流后一點(diǎn)位空洞面積為11.9%。（共檢查1600個(gè)錫球，發(fā)現(xiàn)1個(gè)空洞超10%，異常占比約625ppm，異常比例較低）。總結(jié)：1、更改焊盤結(jié)構(gòu)：電鍍銅+鎳+錫銀，對(duì)孔洞有明顯改善，優(yōu)化后可達(dá)到首次回流整面大部分錫球無(wú)空洞，無(wú)超10%空洞；2、廠內(nèi)DC&客戶DC多次回流后整面Wafer大部分錫球無(wú)空洞，僅存在個(gè)別空洞面積超10%；3、廠內(nèi)DC&客戶DC：首次回流無(wú)空洞的錫球，多次回流后空洞無(wú)惡化；首次回流存在空洞的錫球；多次回流后空洞惡化。對(duì)策：經(jīng)過(guò)對(duì)錫膏回溫次數(shù)的驗(yàn)證、前處理Plasma、烘烤條件與爐溫驗(yàn)證、多次回溫驗(yàn)證與爐溫曲線優(yōu)化驗(yàn)證、爐溫曲線優(yōu)化驗(yàn)證、改變焊盤結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證，提出了適合當(dāng)前改變的工藝調(diào)整：將焊盤結(jié)構(gòu)改變?yōu)殄冦~鎳錫銀結(jié)構(gòu)。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)將對(duì)空洞影響特別小的因素排除后，將焊盤結(jié)構(gòu)改成鍍銅鎳錫銀結(jié)構(gòu)后對(duì)焊點(diǎn)空洞有很明顯的改良。并且通過(guò)五次回流的惡化實(shí)驗(yàn)，焊點(diǎn)空洞的均值也依舊可觀。由于精力和條件有限，BGA焊點(diǎn)空洞的分析到這里先告一段落了。第五章總結(jié)與展望本文是對(duì)BGA焊點(diǎn)空洞的研究，重點(diǎn)是對(duì)于BGA焊點(diǎn)空洞成因與優(yōu)化方案的探索。首先通過(guò)對(duì)BGA封裝進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)BGA焊點(diǎn)空洞的影響、BGA作業(yè)的