元器件封装工艺

1 元器件管脚表面涂层要求（表面贴装与插装元器件的要求相同） 1.1 锡铅合金表面涂层和镀金涂层（必须有镍阻挡层）为常用的元器件引脚表面处理方式，优选。表一列举了常见的引脚涂层及厚度要求。 1.2 引脚表面涂层为银的元器件禁止选用。在必须选用的情况下，应要求供应商改变引脚表面处理方法，可以改为锡铅合金或镀金。 1.3 引脚表面为纯锡涂层的元器件为非优选器件。 1.4 涂层制作工艺主要有浸渍和电镀两种方法，两种方法都是可选的，有些电镀涂层在电镀后还要进行回流（或叫熔合），目的是把电镀形成的锡铅颗粒熔成焊料合金，提供一层致密的涂层，并消除孔隙。表二列举了各种表面涂层及其制作工艺的优缺点。 1.5 对于片式电阻器和陶瓷电阻器，由于通常采用贵金属电极以接触元器件起作用的部分，为防止焊接时贵金属扩散，在电极和焊接表面之间采用阻挡层加以保护，阻挡层通常选用镍，有时也用铜。 表一、常见的涂层要求： 涂层成分 要求厚度(单位:um) 备注 SnPb（底层为Ni) 12-30um(Ni层2-6um) Pd(底层为Ni) 0.1-0.5um(Ni层2-6um) Pd(底层为Cu) 0.1-0.5um Au(底层为Ni) 小于1um (Ni层2-6um) Ag 大于7um 不推荐使用, 如必须选用, 必须采用真空包装，要使用含银焊料。 AgPd, AgPt 大于7um 贴片电阻,电容不许选用注：元器件管脚表面可焊镀层成分必须由供应商给出。 表二、各种表面涂层的优缺点比较： 要求 优点 缺点 备注锡铅合金涂层 • 提供与焊料兼容的金相 • 接近共熔点的合金兼容性最好 焊料人工浸渍涂层 • 贮存寿命长 • 共熔合金涂敷 • 昂贵 • 难于控制表面集合几何形状 • 电镀涂层 • 较好地控制表面几何形状 • 比浸渍成本低 • 锡铅比例对电镀参数敏感 • 易受氧化 • 细颗粒电镀可焊性比粗颗粒的长 电镀涂层回流 • 锡铅合金电镀 • 气孔率降低 • 为基底金属的可焊性提供反馈 • 成本增加 • 控制表面几何形状的能力减弱 • 关于这种工艺的意见分歧较大 贵金属上的阻挡层 • 提高了浸析阻力 • 成本增加 表三、常见金属的可焊性（仅供参考） 可焊性递降的顺序 助焊剂类型 金属 A L0 金 锡/铅合金 锡 B L1 铜 银 铜+2%铁 银/钯 金/铂 2 可焊性要求 2.1 可焊性试验有很多种方法，各种试验的目的和优缺点有所不同（见表四）。如果供应商或器件资料上不能很好地说明可焊性测试过程和结果及依照的标准，可以认为该供应商不能很好地保证可焊性，或者考虑按照公司现有的规范对其样品进行可焊性测试。 2.2 不论供应商采用哪一种试验方法，最终插件的可焊性需要满足我公司《插装元器件引线可焊性检测规范》中的要求，表面贴装元器件的可焊性可以与供应商按照下面的2种方法之一做定性/定量的测试。 表四、可焊性试验的几种方法比较 试验方法 优点 缺点 备注浸渍试验 可做迅速而廉价的可焊性定性测试 有比较大的主观性 浸润平衡试验 可以给出定量测量结果 试验时间较长、成本较高 3 元器件包装及存储期限的要求。 3.1 为了保持元器件的可靠性和可焊性，避免在运输和贮存过程造成的不良影响，表五对包装的防潮性能作了要求，插装元器件与表面贴装元器件的要求相同，由焊端表面涂层和封装形式来确定应该选择的包装形式，此要求为最低要求。 3.2 元器件运输、存储时的环境条件会对可焊性造成影响，要求如表六，表面贴装与插装元器件的要求相同。 3.3 表面贴装的元器件优先选用卷带（Tape/reel）包装。考虑到贴片效率，尽量不选用托盘装和管状包装。 3.4 卷带前部无元器件部分长度至少为450mm，尾部无元器件部分长度至少为40mm，方便贴片机装料。 3.5 需要在贴片前加载软件的器件，采用托盘或管式包装。 3.6 托盘尺寸必须满足现有设备处理能力要求，最大的托盘尺寸：300mm X 200mm。 3.7 盘装零件料盘应有一切角，用以辨别装料方向。 3.8 插件元器件优先选用卷带包装。 尽量不要选用散装包装。 3.9 潮湿敏感器件的包装（卷带、托盘或管式）需要满足烘干要求：125℃，24小时或 45℃、RH≤5%条件下烘烤192小时以上。 表五、包装的防潮性能要求 器件类型 焊端表面涂层 包装要求电阻、电容、无引线芯片载体 SnPb（底层为Ni) 无特殊要求 Au(底层为Ni) 无特殊要求 AgPd, AgPt 无特殊要求 Ag 真空包装, 干燥剂防潮 LSI IC SnPb, Pd（底层为Ni)等 无特殊要求 ULSI, VLSI(塑料封装) 真空包装, 干燥剂防潮 MODULES(双工器, 功率模块, VCO等) 无特殊要求 注：表中未列的器件依照其引脚涂层类型，结合表五确定。 表六、运输存储的环境要求 相对湿度 15-70% 温度 -5℃--40℃ 二氧化硫平均含量 0.3mg/m3 硫化氢平均含量 0.1mg/m3 4 表面贴装器件的共面度要求: 共面度定义：以零件的三个最低的引脚形成的平面为基准面，其余的引脚与之比较而得到的最大偏差。 4.1 引脚间距（pitch）小于0.635mm的QFP、SOP，共面度要求小于0.10mm，其余共面度要求小于0.15mm（含SOJ、PLCC封装的器件）。 4.2 引脚间距（pitch）小于1.0mm的uBGA/CSP，共面度要求小于0.10mm，其余BGA共面度要求小于0.15mm。 4.3 引脚间距（pitch）小于0.5mm的表贴接插件，共面度要求小于0.05mm，其余表贴接插件共面度要求小于0.10mm。 4.4 LCCC封装的底面及焊端的共面度要求小于0.10mm。 5 外型尺寸及重量要求 5.1 表面贴装和插装元器件资料中要有完整准确的器件外型尺寸，所选器件的外型尺寸必须在我司设备加工能力范围之中。见附表十二的设备能力。 5.2 0.4mm 引脚中心距（PITCH）以下的（不含0.4mm）细间距表面贴装IC禁止选用。 5.3 BGA及0.8mm 引脚中心距以下的的uBGA/CSP可以选用，但是需要注意印制板的加工能力。 5.4 0.8mm PITCH以下的（不含0.8mm）的表面贴装接插件禁止选用。 5.5 封装尺寸在0402以下的（不含0402）的片式器件禁止选用。 5.6 重量及其他要求参照附表十二的设备能力。 6 潮湿敏感器件要求 6.1 器件资料中要明确指出器件的潮湿敏感等级，分类标准见表七，以便确定器件的防潮措施，一般而言，所有的塑封表面贴 装IC（如SOJ、SOIC、PLCC、PQFP、TQFP、PBGA、TQFP、TSOP等）都是潮湿敏感器件。 6.2 2级以上须采用防潮包装袋真空包装，包装袋要防静电，包装袋内必须使用干燥剂， 在包装袋上注明该器件是潮湿敏感器件和潮湿敏感等级、 警告标签和包装袋本身密封日期的标签。见表八。 6.3 器件资料和包装袋中要指明潮湿敏感器件的存储条件要求和最长存储期限。 6.4 器件资料中要指明器件受潮后的处理方法及注意事项。 表七、SMD潮湿敏感器件潮湿敏感等级分类标准： 潮湿敏感等级 MOISTURE SENSITIVITY LEVEl 拆封后存放条件及最大时间 1 无限制，≤85%RH（相对湿度） 2 一年，≤30℃/60%RH（相对湿度） 3 一周，≤30℃/60%RH（相对湿度） 4 72小时，≤30℃/60%RH（相对湿度 5 48小时，≤30℃/60%RH（相对湿度） 6 24小时，≤30℃/60%RH（相对湿度）表八、SMD潮湿敏感器件包装要求： 潮湿敏感等级 包装袋 （Bag） 干燥材料 （Desiccant） 警告标签 1 无要求 无要求 无要求 2-5 MBB要求（含HIC） 要求 要求 6 特殊MBB（含HIC） 特殊干燥材料 要求说明： MBB：Moisture Barrier Bag，即防潮包装袋。 HIC：Humidity Indicator Card，即潮湿显示卡，打开真空防潮包装袋，HIC将显示袋内潮湿程度(一般HIC上有三个圆点，分别代表相对湿度10％、20％、30％，三圆点原色为蓝色，当某圆点由蓝色变为红色时，则表明袋内已达到或超过该圆点对应的相对湿度），若潮湿度显示超过20%，表明生产前需要进行烘烤。 警告标签：Warning Label，即防潮包装袋外的含MSIL（Moisture Sensitive Identification Label）符号、芯片的潮湿敏感等级（或含密封存储条件和拆封后存放最长时间及受潮后烘烤条件）和包装袋本身密封日期的标签。 7 防静电要求 7.1 静电敏感器件的防静电要求或静电敏感等级（见表九）要明确，表十是 常见器件的静电敏感电压举例，可供参考。 7.2 所有元器件须采用防静电包装，静电敏感器件在包装上必须有防静电标识， 静电敏感器件注明该器件的静电敏感等级或静电敏感电压。 7.3 防静电要求过于严格的器件（静电门限电压在100V以下）需要考虑公司的现有防静电水平，慎选。 表九、器件静电敏感度的分级： I级 0～1999V II级 2000V～3999V III级 4000V～15999V 非敏感 16000V以上表十、器件的静电敏感度举例（仅做参考）： 器件类型 实例 静电敏感度（单位：V） MOSFET 3CO，3D0系列 100~200 J FET 3CT系列 140~1000 GaAs FET 100~300 CMOS CO00，CD4000 250~2000 HMOS 6800系列 50~500 E/D MOS Z80系列 200~1000 VMOS 30~1800 PROM 100 EPROM 100~500 SCHOTTKY DIODES 300~2500 SAW 150~500 OPAMP 190~2500 N-MOS 60~500 ECL电路 E000系列 300~2500 SCL（可控硅） 680~1000 ECL 500~2000 S-TTL 54S，74S系列 300~2500 DTL 7400，5400系列 380~7000 石英及压电晶体 ＜10 000 8 加工过程要求 8.1 元器件的组装方式必须是回流焊、波峰焊或是其中一种。如果是其他方式（如手工焊接），焊接工具、焊接温度、焊接时间、极限温度等工艺参数需要确认是否符合公司工艺能力要求。 8.2 元器件允许的焊接温度参数与我司现有的加工工艺要求一致。 8.2.1 回流焊最高温度：250℃+/-5 ℃，时间：10S。 8.2.2 表面贴装元器件过波峰焊最高温度：250 ℃+/-5 ℃，时间：10S。 8.2.3 插装元器件过波峰焊最高温度：250 ℃+/-5 ℃，时间：5秒。 8.2.4 回流焊预热温度：150℃-180℃。时间：60-90秒。 8.2.5 波峰焊预热温度： 100℃-130℃。时间：60-90秒。 8.2.6 回流焊升温与降温速率：1℃-5℃/秒 8.3 满足公司老化温度要求：45℃-55℃，时间：72小时。 8.4 满足烘干温度要求：130℃，24小时。 8.5 特殊封装的器件（如LCCC）需要指明对焊膏印刷的厚度要求。 8.6 如果选用穿孔回流焊工艺，插装元器件需要满足回流焊温度要求。 8.7 如果对焊料有特殊要求，需要指出推荐使用的焊料种类。 9 需要提供推荐的PCB焊盘设计尺寸，插装元件需要提供推荐的引脚成型尺寸或者安装方式说明。 10 表面贴装器件封装 10.1 器件资料中应说明基体材料，以便全面地了解器件的工艺性，常见的用于IC器件封装的基体材料见表十一。 表十一、用于IC器件封装的材料举例 氧化铝陶瓷 烧成温度1620 ℃~1670℃ 高温真空封接玻璃 封接温度为880 ℃~950 ℃ 低熔封接玻璃 封接温度为430 ℃~460 ℃ 热固性模塑料（塑料材料有以高分子化合物合成树脂为基体的改性环氧） 塑模固化温度约为170 ℃~190 ℃。氧化铍陶瓷 氮化铝陶瓷 碳化硅陶瓷 10.2 元器件基体材料的CTE不应与所用PCB基材的CTE相差太大。通常选用的FR-4 板材XY向的CTE是12~16PPM/℃。 10.3 器件资料中应说明引线及引线框架材料，以便全面地了解器件的工艺性。用于制作引线框架和相关零件的金属材料主要有（不限于）可伐合金、铁镍合金、铜铁合金等， 10.4 器件资料中应说明外引线涂层及涂层制作工艺。 10.5 封装遵循的标准不同，元器件的封装尺寸可能会有所不同，常用的关于封装的几个世界标准机构有EIA、JEDEC、IPC、MIL-STD（美国），IECQ（欧洲），EIAJ（日本），供应商需提供元器件封装尺寸所遵循的标准，其中EIAJ多采用公制尺寸封装，其余标准多采用英制尺寸封装，选择按EIAJ标准封装的器件需要注意正确选取相应的焊盘库。 11 清洗要求 11.1 需要说明器件是否能够清洗。 11.2 如果可以清洗，须指明可以使用的清洗方法，对清洗剂和清洗工艺的要求。 11.3 需要说明清洗后是否需要烘干和对烘干工艺的要求。 11.5 清洗剂与封装体上的丝印在化学性能上兼容。 11.4 电子装联中常用的清洗方法有：喷淋，浸洗，超声波清洗，手工清洗等。 12 返修要求 12.1 器件资料需包含器件能承受的最高焊接温度，能承受的返修次数。 13 封装一致性要求（针对一个项目编码有两个供应商的情况） 13.1 如果新器件需要与已有的器件共用一个项目编码，新器件的安装尺寸必须与原有的器件安装尺寸（如：表贴元器件的焊盘设计）完全一致，其他参数如尺寸、形状、高度、重量等需要与工艺人员共同确认。 5、参考资料： 1. 《Handbook of Surface Mounting Technology》by Stephen W. Hinch 2. 《集成电路封装试验手册》 电子封装技术丛书编委会 3. 《Surface mounting technology》by Rudolf Strauss 表十二、设备加工能力 参数╲机型 KE-2070M 旋转头 6吸嘴旋转头 PCB最小尺寸 30×50mm PCB最大尺寸 330×250mm 元件最小尺寸 激光识别 0402（英制01005）芯片 元件最大尺寸 33.5mm 方元件 卷料FEEDER型号 8，12，16，24mm 盘料FEEDER型号 √ 管装FEEDER型号 N0,N3 吸嘴配置 502,503,504,505,506,507,508 贴片精度 0.05mm