7. 过程优化和验证方法(Process optimization
and verification methods)。
• 电路板和模板的检查：使用印刷机的照相机和照明 系统，新的方法允许检查模板开孔是否堵 塞和弄脏， 电路板上的锡膏的定位和是否有桥接。该工具可优 化过程及其维护工具，如模板 底下的清洁和锡膏的 涂敷。一旦调整好，电路板与模板检查可以验证过 程是否保持受控。
流。印刷的锡膏量决定回流的锡球的高度和直
徑。
•
所以, 低成本模板印刷工艺的优点，结合
聚合模板的优点，使得在无电镀Ni/Au UBM上
通过模板锡膏印刷的晶圆植球成为具有高产量
的低成本晶圆植球工艺的推荐技术
鋼板设计
1.模板設計涉及的問題
• 开孔尺寸：长与宽/从电路板焊盘的缩减 • 模板厚度 • 使用的模板技术：化学腐蚀(chem-etch)、激光切割(laser-
幾種新鋼板介紹
植球鋼板
• 高品质、可再生产的超密间距的印刷的因素： 基本设备 - 印刷机、晶圆夹具 模板 - 开孔质量、孔壁光洁度、厚度、尺寸、
几何形状
机器设定 - 印刷速度、压力、分离速度、对准 刮刀 - 刮刀、硬度、角度 锡膏 - 颗粒大小、分布状态、粘性、触变性、
助焊剂载体、塌落特性、金属含量
鋼模板印刷技术的进步
Advancement in Stencil-printing Technology
1. 封闭的材料转移系统(Enclosed material-
transfer system)。这些是用来消除与锡膏滚 条直径有联系的过程变量，材料的干燥，以 及 与材料的补偿和浪费有联系的问题。
印刷缺陷
1. 定位对齐(registration)。这涉及模板与材料附着区域的
对准定位 - 或是焊盘(锡膏)或是焊盘之间的跨距(胶剂)。 最大允许定位误差对锡膏应用应该为焊盘长或宽度的 15%，对胶剂应用为开孔长或宽度的15%。
2. 塌落(slump)。这是与材料有关的缺陷，或是由于胶或
锡膏的粘度太低，或是由于过热暴露。塌落数量对锡 膏应该限制在焊盘长或宽度的15%，对胶剂为开孔长 或宽度的15%。
• 使用这种模板的一个例 子是，一个两排的连接
器，0.10"间距，0.045" 直径的通孔和0.035"的引 脚直径，0.048"厚度的 PCB，在0.150"的通孔开
口范围内没有其它的元
件和通路孔。一块0.085" 宽，0.170"长的开口，和 0.006"厚度的添印模板，
可以达到足够的锡膏量，
Foxconn Technology Group
SMT Technology Center
SMT 技術中心
SMT Technology Development Committee
目錄
• 幾種新鋼板介紹 • 鋼板的設計 • 印刷缺陷 • 鋼模板印刷技术的进步 • 模板的開孔設計 • 影響模板品質的因素
在侧孔壁上？当焊盘面积大于内孔壁面积的2/3 时，可达到85%或更好的锡膏释放能力。
鋼板開孔設計
开口的宽厚比/面积比 开口侧壁的几何形状 孔壁的光洁度 后两个因素由模板的 制造技术决定的，前 一个我们考虑的更多
鋼板開孔設計
宽厚比：开口宽与模板厚度的比率
宽
（W/T＞1.5）
厚 比
面积比：开口面积与孔壁横截面积的比率
幾種新鋼板介紹
用于晶圆植球的聚合模板
• 倒装芯片(flip chip)、板上倒装芯片 (FCOB, flip chip on board)、BGA(ball grid array)和CSP(chip scale packaging)将在向 下一代IC封装的转移中起主要作用。一 个预测说，倒装芯片的使用量将在今后 几年中每年增长在200-400%之间
3. 下一代的板面模板清洁器(next-generation
on-board stencil cleaner)。模板下的清洁 系统现在包括 一些特性，如提供清洁周期更 多控制的软件增强，和减少夹纸的机械改进。 在DEK horizon印刷机 上有一个另人振奋的 新系统，它可以取消纤维卷作为清洁介质。 这将减少消耗在更换清洁卷上的 时间，而只 是简单地更换卷筒。
• 当单一厚度的添印模板 不能提供适当的锡膏量
来形成一个可接受的焊
接点的时候，可使用台
阶式添印模板。台阶式
添印模板的应用是，多 引脚排的通孔元件(三或 更多)或在SMT元件和通 孔元件之间具有最小不
准入内区域的高密度组
装板。这个模板类型的
一个例子如图三所示。 K1和K2是不准入内距离。 K2是通孔开口与台阶边 缘之间的距离。
在模板上朝电路板这一面的陷凹台阶是模板中 要求台阶的另一个例子。在板上有凸起或高点 妨碍模板在印刷过程中的密封作用的时候，陷 凹台阶是所希望的。例子有条形码、测试通路 孔和增加性的踪迹线。
• 陷凹台阶的凹穴也用于两次印刷(two-print)模 板，它主要用于混合技术要求 - 或者通孔技术/ 表面贴装或者表面贴装/倒装芯片。在通孔技术 /表面贴装的情况，第一个模板用正常厚度的模 板(6-mil)印刷所有的表面贴装锡膏。第二个模 板印刷所有通孔元件的锡膏。这个模板通常是 15~25-mil 厚，为通孔元件提供足够的锡膏。 陷凹台阶(通常 10-mil 深)是在这个第二次印刷 模板的朝板面上，在第一次印刷所有表面贴装 锡膏的位置上。这个台阶防止通孔印刷期间抹 掉表面贴装锡膏。
元 件 0402 0603 0805 1206 直径(d)mm 0.29 0.36 0.55 0.8
鋼板開孔設計
细间距IC/QFP，为防止应力 集中，最好两端倒圆角
片状元件的防锡珠开法最好选择内 凹开法，这样可以避免墓碑现象
模板设计时，开口宽度应至少保证 4颗最大的锡球能顺畅通过
各種表面貼裝元件的寬深比/面積比舉例
环境 - 温度、湿度、灰尘 操作员 - 训练、感悟性
幾種新鋼板介紹
• 锡膏的发展 因为锡膏的颗粒尺寸再倒装芯片应用中是重要
的，一些供应商开发具有颗粒均匀分布和尺寸 小于25µm的材料。沉淀的焊锡量和高度决定于 使用的模板的厚度和开孔尺寸，和刮刀的材料。 在印刷之后，锡球在氮气环境下的对流炉中回
4. 网络与主机通信(Networking and host
communications)：使印刷机入网的新选项 有两种基本形式： 1)GEM/SECS主机通信允许终端用户完全遥 感访问和控制印刷机的各种功能。典型的使 用：控 制整条线，跟踪制造周期内的产品， 如果有必要，停机、对设备的特定部分发送 信息等。 2)文件重新定向允许从中央位置控 制印刷机的文件，使得备份程序和连续参数 的维护简单得多。
5. 设备应用程序(equipment-utilization
program)。保证机器得到优化和维护，按照 制造要求运行。 一些印刷机现在可以通过查 看自身元件的输出来实现自我检验。
6. 双轨能力(Dual-lane capability)。当装备有
封闭材料转移系统和有两套开孔的模板时， 可以使一台 单一模板的印刷机支持其后的双 轨制造系统。
3. 厚度(thickness)。最后的印刷厚度不应该变化超出所希
望印刷厚度的±20%。材料少可能产生焊锡不足或开 路，在胶剂情况会丢失元件。材料多可能造成锡点太 饱满或锡桥，对胶剂情况会污染锡点或开路。
4. 挖空(scoop)。这是刮刀压力过大、刮刀刀片太 软或开孔太大的结果。这个缺陷可能引起锡 点的锡量不足，或胶点的胶量不足，无法将 元件固定。挖空的量应该限制在最大变化不 超过从最高到最低的20%。
• 4.结论 当设计模板开孔时，在长度大于宽度的五倍时考 虑宽深比，对所有其它情况考虑面积比。随着这 些比率的减少并分别接近1.5或0.66，对模板孔壁 的光洁度就要求更严厉，以保证良好的锡膏释放。 在选择提供光滑孔壁的模板技术时应该小心。作 为一般规则，将模板开孔尺寸比焊盘尺寸减少 1~2-mil，特别是如果焊盘开口是阻焊层界定的。 当焊盘是铜箔界定时，与多数微型BGA一样，将 模板开孔做得比焊盘大 1~2-mil 可能是所希望的。 这个方法将增加面积比，有助于微型BGA的锡膏 释放。
• 对于可接受的锡膏释放的一般接受的设计指引
是，宽深比大于1.5、面积比大于0.66。宽深比 是开孔的宽度除以模板的厚度(W/T)，是面积 比的一维简化。面积比是焊盘面积除以开孔侧 壁面积。当长度远大于宽度时，面积比与宽深
比相同。当模板从电路板分离时，锡膏释放遭
遇一个竞争过程：锡膏将转移到焊盘或者粘附
面
（W.L/2T(W+L)＞0.66）
积
比
若L＞5W，则考虑 宽厚比；否则考虑
面积比
鋼板開孔設計
对模板进行开口设计时，不能一味地追求宽厚
比/面积比而忽略了其它工艺问题，如：连锡、
防
锡珠等
锡 珠
各类防锡珠开法
开
法
鋼板開孔設計
印 胶 鋼 板
长条形的宽度W应为：0.3≤
以形成在PCB的两面有 焊接圆角的焊接点。
• 3. 台阶与陷凹台阶(relief step)的模板设计 在一些情况中，模板可能要求台阶。一种情况 是对密间距(fine-pitch)元件的向下台阶区域。 有一个例子是，对所有元件为 8-mil 厚度的模 板，20-mil 间距的除外，它要求 6-mil 的厚度。
cut)、混合式(hybrid)、电铸(electroformed) • 台阶/释放(step/release)模板设计 • 胶的模板开孔设计 • 混合技术：通孔/表面贴装模板设计 • 片状元件的免洗开孔设计 • 塑料球栅阵列(PBGA)的模板设计 • 陶瓷球栅阵列(CBGA)的模板设计 • 微型BGA/芯片级包装(CSP)的模板设计 • 混合技术：表面贴装/倒装芯片(flip chip)的模板设计 • 锡膏释放与锡砖的理论体积(长 X 宽 X 厚)的比例