只要關(guān)注一下如今在各地舉辦的形形色色的專(zhuān)業(yè)會(huì )議的主題，我們就不難了解電子產(chǎn)品中采用了哪些新技術(shù)。CSP、0201無(wú)源元件、無(wú)鉛焊接和光電子，可以說(shuō)是近來(lái)許多公司在PCB上實(shí)踐和積極評價(jià)的熱門(mén)先進(jìn)技術(shù)。

比如說(shuō)，如何處理在CSP和0201組裝中常見(jiàn)的超小開(kāi)孔(250um)問(wèn)題，就是焊膏印刷以前從未有過(guò)的基本物理問(wèn)題。板級光電子組裝，作為通信和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)中發(fā)展起來(lái)的一大領(lǐng)域，其工藝非常精細。典型封裝昂貴而易損壞，特別是在器件引線(xiàn)成形之后。

這些復雜技術(shù)的設計指導原則也與普通smt工藝有很大差異，因為在確保組裝生產(chǎn)率和產(chǎn)品可靠性方面，板設計扮演著(zhù)更為重要的角色;例如，對CSP焊接互連來(lái)說(shuō)，僅僅通過(guò)改變板鍵合盤(pán)尺寸，就能明顯提高可靠性。

CSP應用

如今人們常見(jiàn)的一種關(guān)鍵技術(shù)是CSP(圖1)。CSP技術(shù)的魅力在于它具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如減小封裝尺寸、增加針數、功能∕性能增強以及封裝的可返工性等。CSP的高效優(yōu)點(diǎn)體現在：用于板級組裝時(shí)，能夠跨出細間距(細至0.075mm)周邊封裝的界限，進(jìn)入較大間距(1，0.8，0.75，0.5，0.4mm)區域陣列結構。

 

已有許多CSP器件在消費類(lèi)電信領(lǐng)域應用多年了，人們普遍認為它們是SRAM與DRAM、中等針數ASIC、快閃存儲器和微處理器領(lǐng)域的低成本解決方案。CSP可以有四種基本特征形式：即剛性基、柔性基、引線(xiàn)框架基和晶片級規模。CSP技術(shù)可以取代SOIC和QFP器件而成為主流組件技術(shù)。

CSP組裝工藝有一個(gè)問(wèn)題，就是焊接互連的鍵合盤(pán)很小。通常0.5mm間距CSP的鍵合盤(pán)尺寸為0.250～0.275mm。如此小的尺寸，通過(guò)面積比為0.6甚至更低的開(kāi)口印刷焊膏是很困難的。不過(guò)，采用精心設計的工藝，可成功地進(jìn)行印刷。而故障的發(fā)生通常是因為模板開(kāi)口堵塞引起的焊料不足。板級可靠性主要取決于封裝類(lèi)型，而CSP器件平均能經(jīng)受-40～125℃的熱周期800～1200次，可以無(wú)需下填充。然而，如果采用下填充材料，大多數CSP的熱可靠性能增加300%。CSP器件故障一般與焊料疲勞開(kāi)裂有關(guān)。

無(wú)源元件的進(jìn)步

另一大新興領(lǐng)域是0201無(wú)源元件技術(shù)，由于減小板尺寸的市場(chǎng)需要，人們對0201元件十分關(guān)注。自從1999年中期0201元件推出，蜂窩電話(huà)制造商就把它們與CSP一起組裝到電話(huà)中，印板尺寸由此至少減小一半。處理這類(lèi)封裝相當麻煩，要減少工藝后缺陷(如橋接和直立)的出現，焊盤(pán)尺寸優(yōu)化和元件間距是關(guān)鍵。只要設計合理，這些封裝可以緊貼著(zhù)放置，間距可小至150?m。

另外，0201器件能貼放到BGA和較大的CSP下方。圖2是在有0.8mm間距的14mm　CSP組件下面的0201的橫截面圖。由于這些小型分立元件的尺寸很小，組裝設備廠(chǎng)家已計劃開(kāi)發(fā)更新的系統與0201相兼容。

通孔組裝仍有生命力

光電子封裝正廣泛應用于高速數據傳送盛行的電信和網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域。普通板級光電子器件是“蝴蝶形”模塊。這些器件的典型引線(xiàn)從封裝四邊伸出并水平擴展。其組裝方法與通孔元器件相同，通常采用手工工藝—-引線(xiàn)經(jīng)引線(xiàn)成型壓力工具處理并插入印板通路孔貫穿基板。

處理這類(lèi)器件的主要問(wèn)題是，在引線(xiàn)成型工藝期間可能發(fā)生的引線(xiàn)損壞。由于這類(lèi)封裝都很昂貴，必須小心處理，以免引線(xiàn)被成型操作損壞或引線(xiàn)-器件體連接口處模塊封裝斷裂。歸根結底，把光電子元器件結合到標準smt產(chǎn)品中的佳解決方案是采用自動(dòng)設備，這樣從盤(pán)中取出元器件，放在引線(xiàn)成型工具上，之后再把帶引線(xiàn)的器件從成型機上取出，后把模塊放在印板上。鑒于這種選擇要求相當大資本的設備投資，大多數公司還會(huì )繼續選擇手工組裝工藝。

大尺寸印板(20×24″)在許多制造領(lǐng)域也很普遍(圖3)。諸如機頂盒和路由/開(kāi)關(guān)印板一類(lèi)的產(chǎn)品都相當復雜，包含了本文討論的各種技術(shù)的混合，舉例來(lái)說(shuō)，在這一類(lèi)印板上，常?？梢砸?jiàn)到大至40mm2的大型陶瓷柵陣列(CCGA)和BGA器件。

這類(lèi)器件的兩個(gè)主要問(wèn)題是大型散熱和熱引起的翹曲效應。這些元器件能起大散熱片的作用，引起封裝表面下非均勻的加熱，由于爐子的熱控制和加熱曲線(xiàn)控制，可能導致器件中心附近不潤濕的焊接連接。在處理期間由熱引起的器件和印板的翹曲，會(huì )導致如部件與施加到印板上的焊膏分離這樣的“不潤濕現象”。因此，當測繪這些印板的加熱曲線(xiàn)時(shí)必須小心，以確保BGA/CCGA的表面和整個(gè)印板的表面得到均勻的加熱。

印板翹曲因素

為避免印板過(guò)度下彎，在再流爐里適當地支撐印板是很重要的。印板翹曲是電路組裝中必須注意觀(guān)察的要素，并應嚴格進(jìn)行特微描述。再流周期中由熱引起的BGA或基板的翹曲會(huì )導致焊料空穴，并把大量殘留應力留在焊料連接上，造成早期故障。采用莫爾條紋投影影像系統很容易描述這類(lèi)翹曲，該系統可以在線(xiàn)或脫機操作，用于描述預處理封裝和印板翹曲的特微。脫機系統通過(guò)爐內設置的為器件和印板繪制的基于時(shí)間/溫度座標的翹曲圖形，也能模擬再流環(huán)境。

無(wú)鉛焊接

無(wú)鉛焊接是另一項新技術(shù)，許多公司已經(jīng)開(kāi)始采用。這項技術(shù)始于歐盟和日本工業(yè)界，起初是為了在進(jìn)行PCB組裝時(shí)從焊料中取消鉛成份。實(shí)現這一技術(shù)的日期一直在變化，起初提出在2004年實(shí)現，近提出的日期是在2006年實(shí)現。不過(guò)，許多公司現正爭取在2004年擁有這項技術(shù)，有些公司現在已經(jīng)提供了無(wú)鉛產(chǎn)品。

現在市場(chǎng)上已有許多無(wú)鉛焊料合金，而美和歐洲通用的一種合金成份是95.6Sn∕3.7Ag∕0.7Cu。處理這些焊料合金與處理標準Sn/Pb焊料相比較并無(wú)多大差別。其中的印刷和貼裝工藝是相同的，主要差別在于再流工藝，也就是說(shuō)，對于大多數無(wú)鉛焊料必須采用較高的液相溫度。Sn∕Ag∕Cu合金一般要求峰值溫度比Sn/Pb焊料高大約30℃。另外，初步研究已經(jīng)表明，其再流工藝窗口比標準Sn/Pb合金要嚴格得多。

對于小型無(wú)源元件來(lái)說(shuō)，減少表面能同樣也可以減少直立和橋接缺陷的數量，特別是對于0402和0201尺寸的封裝?？傊?，無(wú)鉛組裝的可靠性說(shuō)明，它完全比得上Sn/Pb焊料，不過(guò)高溫環(huán)境除外，例如在汽車(chē)應用中操作溫度可能會(huì )超過(guò)150℃。

倒裝片

當把當前先進(jìn)技術(shù)集成到標準smt組件中時(shí)，技術(shù)遇到的困難大。在一級封裝組件應用中，倒裝片廣泛用于BGA和CSP，盡管BGA和CSP已經(jīng)采用了引線(xiàn)-框架技術(shù)。在板級組裝中，采用倒裝片可以帶來(lái)許多優(yōu)點(diǎn)，包括組件尺寸減小、性能提高和成本下降。

令人遺憾的是，采用倒裝片技術(shù)要求制造商增加投資，以使機器升級,增加專(zhuān)用設備用于倒裝片工藝。這些設備包括能夠滿(mǎn)足倒裝片的較高精度要求的貼裝系統和下填充滴涂系統。此外還包括X射線(xiàn)和聲像系統，用于進(jìn)行再流焊后焊接檢測和下填充后空穴分析。

焊盤(pán)設計，包括形狀、大小和掩膜限定，對于可制造性和可測試性(DFM/T)以及滿(mǎn)足成本方面的要求都是至關(guān)重要的。

板上倒裝片(FCOB)主要用于以小型化為關(guān)鍵的產(chǎn)品中，如藍牙模塊組件或醫療器械應用。圖4所展示的就是一個(gè)藍牙模塊印板，其中以與0201無(wú)源元件同樣的封裝集成了倒裝片技術(shù)。組裝了倒裝片和0201器件的同樣的高速貼裝和處理也可圍繞封裝的四周放置焊料球。這可以說(shuō)是在標準smt組裝線(xiàn)上與實(shí)施先進(jìn)技術(shù)的一個(gè)上佳例子。