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1 ISSN CN /TN CODEN DGJIEE 工 业 与 信 息 化 部 精 品 期 刊 山 西 省 一 级 期 刊 主 办 : 中 国 电 子 科 技 集 团 公 司 第 二 研 究 所 中 国 电 子 学 会 关 注 您 的 制 程

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3 国 内 一 流 的 制 程 服 务 提 供 商 关 注 您 的 制 程 香 港 凯 意 : 地 址 : 香 港 九 龙 观 塘 成 业 街 号, 成 运 工 业 大 厦 12 楼 31 室 Tel: Fax: 深 圳 凯 意 : 深 圳 南 山 区 高 新 北 区 朗 山 路 7 号 中 航 工 业 南 航 大 厦 一 楼 Tel: (86) Fax: (86) 苏 州 凯 意 : 苏 州 市 相 城 区 相 城 大 道 666 号 中 翔 创 世 纪 大 厦 10 楼 室 Tel: (86) Fax: (86) 成 都 凯 意 : 成 都 市 高 新 南 区 府 城 大 道 399 号 天 府 新 谷 Tel:(86) Fax: (86) 售 后 服 务 产 品 应 用 支 持 技 术 支 持 投 诉 深 圳 技 术 部 主 管 : 卓 利 华 直 线 : ; 苏 州 技 术 部 主 管 : 彭 广 祥 直 线 :

4 Association Connecting Electronics Industries 倾 情 赞 助 西 南 华 中 赛 区, 热 力 呈 现 咱 们 工 人 有 技 术 才 是 有 力 量 烽 火 再 燃, 一 展 技 能, 一 争 高 下 10 月 20 日 - 21 日 成 都 ;11 月 2 日 - 3 日 武 汉 欲 知 详 情 请 联 系 沈 懿 俊 先 生 电 话 :(8621) 邮 箱 :BillyShen@ipc.org

5 Association Connecting Electronics Industries 倾 情 赞 助 咱 们 工 人 有 技 术 才 是 有 力 量 烽 火 再 燃, 一 展 技 能, 一 争 高 下 IPC 2011 年 热 魔 杯 全 国 手 工 焊 接 竞 赛 招 募 工 作 正 式 启 动! 本 次 大 赛 得 到 THERMALTRONICS 倾 情 赞 助! 2011 年 本 项 赛 事 由 4 个 分 赛 区 和 1 个 总 决 赛 组 成, 分 别 是 : 华 东 赛 区 华 北 赛 区 西 南 赛 区 华 南 赛 区 以 及 深 圳 总 决 赛! 所 有 赛 区 前 三 名 将 获 得 奖 金 及 奖 状, 百 名 选 手 将 争 夺 12 张 年 度 总 决 赛 入 场 券, 年 度 总 冠 军 选 手 将 授 予 总 决 赛 最 高 荣 誉 奖 杯 及 奖 金! 还 等 什 么 现 在 就 来 报 名 吧!!! 招 募 对 象 : 中 国 地 区 电 子 行 业 手 工 焊 接 技 术 人 员 招 募 时 间 : 西 南 赛 区 : 报 名 截 止 日 期 2011 年 10 月 15 日 华 中 赛 区 : 报 名 截 止 日 期 2011 年 10 月 30 日 华 南 赛 区 : 报 名 截 止 日 期 2011 年 11 月 15 日 华 东 赛 区 已 完 赛 华 北 赛 区 已 完 赛 欲 知 详 情 请 联 系 沈 懿 俊 先 生, 电 话 :(8621) 邮 箱 :BillyShen@ipc.org

6 IPC WorksAsia 将于10月24日至28日在广东省惠州市举行 活动的主题为 创新驱动/转型发展/前沿电子组装技术 此次系列活动将包括 主题研讨会 EMS项目经理培训 CID培训 ESD讲座 1752讲座 纳米材料和工艺的电子封装应用 IPC高峰论坛会议 如果您有兴趣在IPC WorksAsia2011上作演讲或者独立组织一个讲座 请将论文摘 要或讲座介绍 个人简介和完整的联系信息 发送给IPC China市场部 联系方式 姚文磊 Tel *604 Fax IPC WorksAsia 10月 广东省惠州市 敬请期待 主题研讨会的论文征集火热进行中 活动地址 广东省惠州市大亚湾响水河工业区龙山六路板障岭南 惠州市金百泽电路科技有限公司

7 先 进 电 子 制 造 智 能 化 解 决 方 案 IPC-810 回 流 焊 先 进 的 焊 接 工 艺 控 制 系 统 温 度 控 制 精 度 :±1 PCB 横 向 温 差 :±1 设 备 重 复 精 度 :±1 SM421 多 功 能 贴 片 机 G310 锡 膏 印 刷 机 印 刷 精 度 :±0.025mm 重 复 精 度 :±0.01mm 高 速 度 高 精 度 贴 装 速 度 : Chip 0.07 秒 s/ /Chip 贴 装 精 度 :Chip ±50μm(Cpk 1.0), C IC ±30μm(Cpk 1.0) C

8 谁 与 争 锋 IPC 2011 年 热 魔 杯 手 工 焊 接 竞 赛 苏 州 赛 区 北 京 赛 区 分 别 已 出 前 三! 谁 将 是 下 一 个 晋 级 选 手? 苏 州 赛 区 :2011 年 5 月 11 日 至 12 日, 已 完 赛 北 京 赛 区 :2011 年 7 月, 已 完 赛 成 都 地 区 :2011 年 10 月, 报 名 截 止 :2011 年 10 月 15 日 武 汉 赛 区 :2011 年 11 月, 报 名 截 止 :2011 年 10 月 30 日 深 圳 赛 区 :2011 年 11 月 30 日 至 12 月 1 日, 报 名 截 止 :2011 年 11 月 15 日 年 度 总 决 赛 :2011 年 12 月 2 日, 进 入 年 度 总 决 赛 的 15 名 选 手 丰 厚 奖 金 及 IPAD2 有 实 力 就 等 你 来 拿!!! 四 大 赛 区 就 等 你 来 报 名! 报 名 热 线 : 转 615,billyshen@ipc.org

9 直 击 目 标! 中 国 电 子 制 造 行 业 规 模 最 大 及 历 史 最 悠 久 的 贸 易 和 采 购 平 台 之 一 NEPCON China 2012 电 子 制 造 行 业 扩 大 市 场 份 额 及 获 取 贸 易 商 机 的 领 先 合 作 伙 伴! 2012 年 4 月 25~27 日 上 海 世 博 展 览 馆 主 办 单 位 第 二 十 二 届 中 国 国 际 电 子 生 产 设 备 暨 微 电 子 工 业 展 参 展 事 宜, 请 联 络 李 萍 pam_lee@163.com 参 观 事 宜, 请 联 络 崔 磊 cl_ccpit@163.com

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12 IPC 2011 年 9 月 年 10 月 认 证 课 程 公 开 班 日 程 安 排 Schedule of IPC Certification Programs for open class from Sep to Oct S/N Training Date 培 训 日 期 Name of Certification Program 认 证 课 程 名 称 Venue 培 训 地 点 Class Size (Student) 班 级 规 模 ( 学 员 数 ) Language 授 课 语 言 CIT Price CIS Price (RMB/Student) (RMB/Student) CIT 价 格 ( 元 / 人 ) CIS 价 格 ( 元 / 人 ) IPC MIT Liaison IPC 讲 师 Non Non 联 系 人 Member Member Member Member 会 员 会 员 非 会 员 非 会 员 1 9 月 5 日 -9 日 J-STD-001E CIT/CIS 公 开 班 上 海 3~12 人 中 文 待 定 Candy 2 9 月 14 日 -16 日 IPC-A-600H CIT/CIS 公 开 班 上 海 4~15 人 中 文 待 定 Candy 3 9 月 20 日 -23 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公 开 班 上 海 4~15 人 中 文 待 定 Candy 4 9 月 26 日 -30 日 IPC-7711/21 CIT/CIS 公 开 班 上 海 3~12 人 中 文 待 定 Candy 5 10 月 11 日 -14 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公 开 班 上 海 4~15 人 中 文 待 定 Candy 6 10 月 18 日 -21 日 IPC-A-620A CIT/CIS 公 开 班 上 海 4~15 人 中 文 待 定 Candy 7 10 月 24 日 -28 日 J-STD-001E CIT/CIS 公 开 班 上 海 3~12 人 中 文 待 定 Candy 8 9 月 6 日 -8 日 IPC-A-600H CIT/CIS 公 开 班 深 圳 4~15 人 中 文 待 定 张 严 方 9 9 月 13 日 -16 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公 开 班 深 圳 4~15 人 中 文 待 定 张 严 方 10 9 月 19 日 -23 日 J-STD-001E CIT/CIS 公 开 班 深 圳 3~12 人 中 文 待 定 张 严 方 11 9 月 26 日 -30 日 IPC-7711/21 CIT/CIS 公 开 班 深 圳 3~12 人 中 文 待 定 张 严 方 月 11 日 -14 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公 开 班 深 圳 4~15 人 英 文 待 定 张 严 方 月 19 日 -21 日 IPC-A-600H CIT/CIS 公 开 班 深 圳 4~15 人 中 文 待 定 张 严 方 月 24 日 -28 日 IPC-7711/21 CIT/CIS 公 开 班 深 圳 3~12 人 中 文 待 定 张 严 方 15 9 月 13 日 -16 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公 开 班 北 京 4~15 人 中 文 待 定 Tyler 16 9 月 19 日 -23 日 IPC-7711/21B CIT/CIS 公 开 班 北 京 3~12 人 中 文 待 定 Tyler 月 18 日 -21 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公 开 班 北 京 4~15 人 中 文 待 定 Tyler 月 24 日 -28 日 J-STD-001E CIT/CIS 公 开 班 北 京 3~12 人 中 文 待 定 Tyler 19 9 月 13 日 -16 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公 开 班 武 汉 4~15 人 中 文 待 定 凌 凯 20 9 月 26 日 -30 日 IPC-7711/21 CIT/CIS 公 开 班 武 汉 3~12 人 中 文 待 定 凌 凯 月 18 日 -21 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公 开 班 武 汉 4~15 人 中 文 待 定 凌 凯 月 24 日 -28 日 J-STD-001E CIT/CIS 公 开 班 武 汉 3~12 人 中 文 待 定 凌 凯 注 : 1. 以 上 安 排 以 IPC 最 后 通 知 为 准 2. 各 课 程 CIS/CIT 内 训 : 根 据 客 户 需 求 议 定 3. 请 向 联 系 人 索 取 课 程 简 介 培 训 资 料 和 课 程 大 纲 4. 请 直 接 回 复 邮 件 索 取 报 名 表 5. 付 款 方 式 : 预 付 6. 培 训 地 址 : 深 圳 : 深 圳 市 南 山 区 高 新 科 技 园 区 科 技 南 12 路, 方 大 大 厦 1807 室 上 海 : 上 海 市 谈 家 渡 路 28 号 盛 泉 大 厦 16AB 北 京 : 北 京 市 经 济 技 术 开 发 区 宏 达 北 路 18 号, 大 地 国 际 大 厦 407A 7. 联 系 方 式 : 张 严 方 :zhangyf@ipc.org Tel: Mobile: Candy:CandyLUO@ipc.org Tel: Mobile: Tyler:tylerwang@ipc.org Tel: Mobile: 凌 凯 :KaneLing@ipc.org Mobile:

13 低 温 真 空 焊 接 设 备 该 设 备 主 要 用 于 低 温 状 态 下 的 真 空 ( 气 氛 保 护 ) 焊 接 广 泛 应 用 于 各 种 电 子 元 器 件 芯 片 组 装 及 封 装 工 艺 中, 如 MCM 技 术 中 的 LTCC 基 板 芯 片 与 衬 底 的 真 空 ( 气 体 保 护 ) 钎 焊 ( 烧 结 ) 该 设 备 可 以 进 行 手 工 焊 接 和 自 动 焊 接 真 空 焙 烘 封 装 焊 接 设 备 真 空 焙 烘 封 装 焊 接 设 备 是 真 空 焙 烘 和 真 空 充 氮 气 保 护 焊 接 的 成 套 设 备, 具 有 焙 烘 性 能 高 焊 接 质 量 稳 定 可 靠 和 自 动 化 程 度 高 等 优 点 该 设 备 主 要 用 于 多 品 种 和 小 批 量 军 用 器 件 气 密 性 封 装, 以 及 微 电 子 器 件 和 光 电 器 件 等 封 装, 同 时 也 可 用 于 其 它 行 业 的 封 装 等 离 子 清 洗 机 等 离 子 体 清 洗 设 备 作 为 一 种 精 密 干 法 清 洗 设 备, 应 用 于 半 导 体 厚 膜 电 路 PCB 制 程 元 器 件 封 装 前 COG 前 真 空 电 子 连 接 器 和 继 电 器 等 的 精 密 清 洗, 塑 料 橡 胶 金 属 和 陶 瓷 等 表 面 的 活 化 以 及 生 命 科 学 实 验 等 真 空 充 氩 焊 接 箱 该 型 设 备 的 优 点 有 :(1) 能 为 工 件 整 体 提 供 氩 气 环 境, 避 免 了 由 于 保 护 不 善 而 可 能 带 来 的 焊 接 风 险 ; (2) 针 对 氧 气 和 其 它 气 体 敏 感 的 材 质 可 获 得 高 质 量 的 焊 缝 ;(3) 刚 性 结 构 本 体 和 可 靠 限 位, 避 免 了 由 于 工 件 碰 撞 焊 接 高 温 或 操 作 不 当 造 成 的 损 坏 真 空 试 验 箱 该 设 备 是 一 小 型 高 精 度 的 机 电 一 体 化 设 备, 结 构 紧 凑, 性 能 稳 定, 自 动 化 程 度 高, 对 环 境 无 污 染, 低 噪 音, 低 耗 能 设 备 可 达 到 高 的 真 空 度, 同 时 可 对 真 空 度 进 行 精 确 调 节 地 址 : 太 原 市 和 平 南 路 115 号 邮 编 : 电 话 : 传 真 : 网 站 : 联 系 人 : 张 世 伟

14 工 业 与 信 息 化 部 精 品 期 刊 山 西 省 一 级 期 刊 中 文 核 心 期 刊 中 国 科 技 论 文 统 计 源 期 刊 中 国 学 术 期 刊 综 合 评 价 数 据 库 来 源 期 刊 中 国 期 刊 网 中 国 学 术 期 刊 ( 光 盘 版 ) 期 刊 1980 年 创 刊 双 月 刊 国 内 外 发 行 第 32 卷 第 5 期 ( 总 第 229 期 ) 主 管 : 中 华 人 民 共 和 国 工 业 与 信 息 化 部 主 办 : 中 国 电 子 科 技 集 团 公 司 第 二 研 究 所 目 次 编 辑 出 版 : 电 子 工 艺 技 术 编 辑 部 支 持 单 位 : IPC- 国 际 电 子 工 业 联 接 协 会 国 内 发 行 : 山 西 省 邮 政 报 刊 发 行 局 主 编 : 景 璀 副 主 编 : 彭 丽 霞 通 信 地 址 : 太 原 市 115 信 箱 (030024) 上 海 市 谈 家 渡 路 28 号 盛 泉 大 厦 16AB (200063) 电 话 : 传 真 : 电 子 信 箱 :bjb3813@126.com JasonYao@ipc.org 网 址 : technology_magazines.asp 执 行 主 编 : 吕 淑 珍 广 告 编 辑 : 姚 文 磊 美 术 编 辑 : 季 伟 健 综 述 预 成 型 焊 片 润 湿 性 动 态 测 试 方 法 模 切 法 RFID 天 线 制 造 技 术 微 组 装 SMT PCB 结 构 分 析 (CA) 在 电 子 组 装 领 域 的 应 用 Sn-9Zn/Cu 焊 点 剪 切 强 度 及 断 口 形 貌 分 析 基 于 DSP 的 贴 片 机 运 动 控 制 设 计 导 电 胶 研 究 现 状 及 其 在 LED 产 业 中 的 应 用 Parylene 高 频 电 路 防 护 工 艺 研 究 进 展 光 清 洗 技 术 在 雷 达 微 组 装 方 面 的 应 用 星 用 固 态 放 大 器 I/O 装 联 技 术 研 究 导 线 无 铅 与 有 铅 搭 接 焊 点 抗 拉 脱 力 对 比 实 验 研 究 MCM-C/D 微 波 基 板 工 艺 技 术 研 究 机 箱 内 电 缆 组 件 可 制 造 性 分 析 新 工 艺 新 技 术 片 式 薄 膜 电 容 切 片 工 艺 及 设 备 研 究 刘 嘉, 陈 卫 民, 周 龙 早, 等 (251) 蒋 青 青, 安 兵, 张 加 波, 等 (255) 刘 平, 许 百 胜 (258) 孙 静, 孟 工 戈, 陈 永 生 (262) 彭 志 聪, 易 思 伟, 龙 绪 明 (265) 万 超, 王 宏 芹, 王 玲, 等 (268) 仝 晓 刚 (272) 林 伟 成 (277) 陈 以 钢, 张 华, 周 明, 等 (280) 孙 守 红, 张 玉 娟, 衣 伟 (285) 胡 骏, 柳 龙 华 (288) 吴 红, 王 杰 (291) 朱 跃 红, 魏 海 滨, 辛 伟 (294) 国 际 标 准 连 续 出 版 号 :ISSN 中 国 标 准 连 续 出 版 号 :CN /TN Cu 镀 Au 腔 体 气 密 性 封 装 工 艺 研 究 高 压 变 压 器 环 氧 灌 封 工 艺 技 术 分 析 刘 远 志, 卢 肖 (297) 马 源 (300) 国 际 刊 名 代 码 :CODEN DGJIEE 国 内 邮 发 代 号 :22-52 国 外 发 行 代 号 :BM 4439 国 内 期 定 价 :12.00 元 出 版 日 期 :2011 年 9 月 18 日 印 刷 : 山 西 新 华 印 业 有 限 公 司 商 标 注 册 证 : 第 号 广 告 经 营 许 可 证 : 电 机 驱 动 器 装 配 工 艺 技 术 SMT 论 坛 无 铅 化 PCB 表 面 材 料 及 工 艺 特 点 行 业 信 息 其 他 IPC 国 际 电 子 工 业 联 接 协 会 活 动 信 息 IPC-T-50H 电 子 电 路 互 连 与 封 装 术 语 及 定 义 ( 连 载 ) 广 告 索 引 表 衣 伟, 毛 书 勤 (303) 史 建 卫 (306) (A1) (A6) [ 期 刊 基 本 参 数 ] CN /TN*1980*b*A4*64*Zh*P 12.00*8000*17* 国 内 总 发 行 : 太 原 市 邮 政 局 订 阅 零 售 : 全 国 各 地 邮 局 国 外 总 发 行 : 中 国 国 际 图 书 贸 易 总 公 司 ( 北 京 339 信 箱 )

15 Competent Authorities: Ministry of Industry and Information Technology of the People's Republic of China Sponsored by: China electroniacs technology group corporation the second research institute ELECTRONICS PROCESS TECHNOLOGY Initial Issue 1980 Bimonthly Vol.32 No.5 (Published September 2011) Total No.229 Edited and Published by: Editorial Office of Electronics Process Technology Editor in-chief : JING Cui Associate Editor in-chief: Peng Li-xia Executive Editor: Lü Shu-zhen Address: P.O.Box 115, Taiyuan China Suite 16AB, #28 Tan Jiadu Rd., Shanghai ( ) Tel: Fax: bjb3813@126.com JasonYao@ipc.org Number of Series: ISSN CN /TN Oversea Post Code: Bm 4439 International Circulation: China International Book Trading Corporation Address: P.O.Box 399,Beijing China. Post Code: CONTENTS Technical Review A Dynamic Test Method of Solder Preform Wettability LIU Jia, CHEN Wei-ming, ZHOU Long-zao, et al(251) RFID Antenna Manufacturing Technology by Die-Cutting JIANG Qing-qing, AN Bing, ZHANG Jia-bo, et al(255) Micro-assembly Technology SMT PCB Application of Component Constructional Analysis (CA) on Electronic Assemblies LIU Ping, XU Bai-sheng(258) Sn-9Zn/Cu Solder Joints Shear Strength and Fracture Morphology Analysis SUN Jing, MENG Gong-ge, CHEN Yong-sheng(262) Motion Control Design of Pick-and-place Machine Based on DSP PENG Zhi-cong, YI Si-wei, LONG Xu-ming(265) Recent Research of Electrically Conductive Adhesives and Application in LED Industry WAN Chao1, WANG Hong-qin1, WANG Ling, et al(268) The Development for Parylene Applied in High Frequency Circuit as A Passivation Layer TONG Xiao-gang(272) Application of UV Cleaning Technology In Radar Microelectronic Assembly LIN Wei-cheng(277) Research on Assembly of Solid-State Amplifier I/O for Satelliters CHEN Yi-gang, ZHANG Hua, ZHOU Ming, et al(280) Experimental Study of De-deforce of Tensile of Lap Bonding Solder Joint with Lead-free and lead Materials SUN Shou-hong, ZHANG Yu-juan, Yi Wei(285) Technology of MCM-C/D in Microwave Circuit Substrate Analyse of DFM of Electric Cable Module Inside chassis New Technology & Techniques Technology analysis and research of epoxy potting pulse transformer Assembly Technology of DC Motor Power Driver Electronics Assembly Technology Forum HU Jun, LIU Long-hua(288) WU Hong, WANG Jie(291) Technology and Equipment of Precise Cutting of Surface Mounted Film Capacitor ZHU Yue-hong, WEI Hai-bing, XIN Wei(294) Technology of Gold-Plated Cupreous Shell Encapsulation LIU Yuan-zhi, LU Xiao(297) MA Yuan(300) YI Wei, MAO Shu-qin(303) Material and Technology Characters of Lead-free PCB Finish Industry Information Other Industry News IPC-T-50H(published in installments Advertisment SHI Jian-wei (306) (A1) (A6) 国 内 总 发 行 : 太 原 市 邮 政 局 订 阅 零 售 : 全 国 各 地 邮 局 国 外 总 发 行 : 中 国 国 际 图 书 贸 易 总 公 司 ( 北 京 339 信 箱 )

16 电 子 工 艺 技 术 2011 年 9 月 第 32 卷 第 5 期 Electronics Process Technology 251 综 述 预 成 型 焊 片 润 湿 性 动 态 测 试 方 法 刘 嘉 1, 陈 卫 民 2, 周 龙 早 1, 安 兵 1 1, 吴 懿 平 (1. 华 中 科 技 大 学 武 汉 光 电 国 家 实 验 室 ( 筹 ), 湖 北 武 汉 ; 2. 广 州 先 艺 电 子 科 技 有 限 公 司, 广 东 广 州 ) 摘 要 : 预 成 型 焊 片 的 润 湿 性 直 接 关 系 到 光 电 子 封 装 的 可 靠 性 常 用 的 焊 料 润 湿 性 评 价 方 法 对 于 评 价 预 成 型 焊 片 润 湿 性 具 有 很 大 局 限 性 提 出 了 一 种 动 态 测 试 焊 料 润 湿 性 的 方 法, 并 设 计 了 一 套 测 试 系 统 通 过 铺 展 面 积 与 时 间 的 关 系 曲 线 得 出 最 大 铺 展 面 积 润 湿 时 间 平 均 润 湿 速 度 和 瞬 时 润 湿 速 度 等 特 征 参 数, 对 预 成 型 焊 片 的 润 湿 性 进 行 评 价 实 验 表 明, 该 润 湿 性 动 态 测 试 系 统 能 够 方 便 地 获 得 铺 展 面 积 与 时 间 的 关 系 曲 线, 从 中 可 得 出 不 同 预 成 型 焊 片 在 特 定 环 境 下 润 湿 性 的 变 化 规 律, 也 说 明 了 该 动 态 测 试 方 法 的 可 行 性 关 键 词 : 预 成 型 焊 片 ; 润 湿 性 ; 动 态 测 试 中 图 分 类 号 :TN606 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : (2011) A Dynamic Test Method of Solder Preform Wettability LIU Jia 1, CHEN Wei-ming 2, ZHOU Long-zao 1, AN Bing 1, WU Yi-ping 1 (1. Huazhong University of Science and Technology,Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Wuhan , China; 2. Guangzhou Xianyi Electronics Technology Co. LTD, Guangzhou , China) Abstract: The wettability of solder preforms will have a direct relationship with the reliability of optoelectronic packages. The current evaluation of the solder wettability has significant limitation to apply in the solder performs. Put forward an innovative dynamic wetting test method, and design a testing system. The spreading area-time curve can be obtained by the method. Some characteristic parameters such as maximum spreading area, wetting time, average spreading speed and instantaneous spreading speed can be reached to evaluate the wettability of solder preforms through the curve. Experiments show that the dynamic wetting testing system can easily get the spreading area with the time curve and the variation of wettability of different solder preforms in a particular environment can be known, and the feasibility of the dynamic test method has also been proved. Key words: Solder preform; Wettability; Dynamic testing Document Code: A Article ID: (2011) 润 湿 性 是 材 料 表 面 与 界 面 的 重 要 指 标 之 一, 焊 料 合 金 的 设 计 必 须 考 虑 合 金 与 基 体 的 润 湿 性 流 动 性 和 可 焊 性, 从 而 保 证 可 靠 的 焊 接 性 能 和 产 品 质 量 目 前 对 焊 料 润 湿 性 常 用 的 检 测 方 法 包 括 铺 展 面 积 法 展 宽 法 接 触 角 法 滴 球 法 浸 渍 法 和 润 湿 平 衡 法 [1] 预 成 型 焊 片 是 当 前 焊 料 的 一 种 常 见 使 用 形 式, 它 具 有 精 确 定 位 定 量 使 用 焊 料 的 特 点, 通 常 用 于 对 焊 料 的 形 状 和 质 量 有 要 求 的 场 合 它 一 般 尺 寸 小 (mm 级 ), 质 量 轻 (mg 级 ), 其 润 湿 性 测 试 是 当 前 的 一 个 难 题 上 述 几 种 焊 料 润 湿 性 测 试 方 法 对 于 预 成 型 焊 片 具 有 很 大 的 局 限 性 主 要 表 现 在 操 作 不 方 便, 无 法 得 到 较 有 价 值 的 评 价 参 数, 也 不 能 直 观 反 映 焊 片 熔 化 时 可 能 具 有 的 特 征 变 化, 可 重 复 性 也 比 较 差 [2] 传 统 铺 展 面 积 法 需 要 焊 料 的 质 量 为 0.5 g~1.0 g, 而 且 焊 料 质 量 越 大, 该 方 法 得 出 的 结 论 就 越 有 参 考 价 值 [3] 另 外 传 统 的 铺 展 面 积 法 获 取 的 只 是 最 后 的 铺 展 面 积, 该 参 数 是 一 个 静 态 参 数, 而 预 成 型 焊 片 从 开 始 熔 化 到 平 衡 过 程 中 的 细 节, 包 括 其 变 化 特 征 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( 项 目 编 号 : 和 ) 作 者 简 介 : 刘 嘉 (1986- ), 男, 硕 士, 主 要 从 事 电 子 封 装 与 预 成 型 焊 片 的 研 究 工 作

17 电 子 工 艺 技 术 252 Electronics Process Technology 2011 年 9 月 第 32 卷 第 5 期 铺 展 速 率 和 润 湿 时 间 等 都 无 法 得 到 预 成 型 焊 片 的 厚 度 很 小 (10 μm ~50 μm), 所 以 展 宽 法 根 本 无 法 使 用, 而 且 展 宽 法 一 般 要 求 焊 料 的 形 状 为 球 形 接 触 角 法 要 求 焊 料 的 形 状 和 试 样 都 为 线 状 [4] 滴 球 法 通 常 用 来 测 试 元 件 引 脚 的 润 湿 性 浸 渍 法 和 润 湿 平 衡 法 都 需 要 一 个 专 门 的 焊 料 熔 池, 这 样 焊 料 的 使 用 量 就 很 大, 甚 至 达 到 1 kg 左 右 [5-8] 预 成 型 焊 片 的 质 量 特 别 小, 所 以 采 用 润 湿 平 衡 法 测 试 润 湿 力 的 变 化 也 是 不 可 能 的 迄 今 为 止, 还 没 有 一 种 针 对 预 成 型 焊 片 润 湿 性 评 价 的 可 靠 仪 器 和 方 法 鉴 于 预 成 型 焊 片 的 广 泛 应 用, 本 文 提 出 一 种 专 门 针 对 预 成 型 焊 片 润 湿 性 的 检 测 方 法, 该 方 法 利 用 摄 像 技 术, 具 有 动 态 性 和 直 观 性, 可 以 实 时 观 察 预 成 型 焊 片 熔 化 时 的 轮 廓 变 化, 记 录 熔 化 过 程 的 细 节, 比 较 润 湿 的 快 慢, 发 现 焊 片 表 面 及 其 与 基 板 接 触 面 的 缺 陷, 动 态 采 集 铺 展 过 程, 经 过 后 续 数 据 图 像 处 理, 获 得 最 大 铺 展 面 积 润 湿 时 间 平 均 润 湿 速 度 和 瞬 时 润 湿 速 度 等 参 数, 然 后 通 过 这 些 参 数 的 具 体 数 值 或 者 符 号 得 出 预 成 型 焊 片 的 润 湿 性 能, 为 预 成 型 焊 片 的 产 品 质 量 检 测 提 供 一 套 方 法 和 评 价 参 考 而 且 预 成 型 焊 片 本 身 具 有 一 定 的 形 状, 熔 化 时 能 否 最 大 限 度 地 保 持 原 始 形 状 也 是 其 重 要 指 标, 该 方 法 就 是 在 保 留 预 成 型 焊 片 原 始 形 状 的 前 提 下 测 试 其 润 湿 性 的 该 方 法 已 经 申 请 了 中 国 发 明 专 利 1 润 湿 性 动 态 测 试 方 法 本 文 采 用 图 像 采 集 和 视 频 摄 制 的 方 法 动 态 记 录 预 成 型 焊 片 从 开 始 熔 化 到 达 到 平 衡 的 整 个 过 程, 通 过 数 据 处 理 获 得 整 个 过 程 中 预 成 型 焊 片 的 铺 展 面 积 随 着 时 间 的 连 续 变 化 曲 线, 最 后 根 据 曲 线 和 录 像 以 及 从 中 得 到 的 特 征 参 数 来 分 析 预 成 型 焊 片 的 润 湿 性 1.1 铺 展 面 积 S 与 时 间 t 曲 线 图 1 是 铺 展 面 积 S 与 时 间 t 的 关 系 曲 线, 假 设 采 集 的 时 间 间 隔 Δt 0, 则 可 以 把 该 曲 线 看 成 一 个 连 续 的 曲 线, 则 铺 展 面 积 S 可 以 表 示 为 :S=S(t) 只 要 知 道 S(t) 的 数 学 表 达 式, 那 么 任 何 时 刻 的 铺 展 面 积 都 可 通 过 计 算 得 出 S/μm2 积 面 展 铺 O 时 间 t/s 图 1 铺 展 面 积 S 与 时 间 t 的 关 系 从 图 中 可 以 看 出, 铺 展 面 积 一 般 随 时 间 增 大 而 增 加, 但 是 到 了 一 定 的 时 间 后 保 持 不 变, 这 是 由 于 预 成 型 焊 片 熔 化 后 达 到 三 相 平 衡 图 1 的 结 果 非 常 直 观, 只 要 根 据 数 据 采 集 结 果 绘 制 出 该 函 数 关 系 即 可 该 曲 线 不 仅 可 以 读 出 预 成 型 焊 片 从 熔 化 到 平 衡 的 润 湿 时 间, 而 且 在 不 同 时 刻 的 瞬 时 速 度 也 可 以 通 过 微 分 求 得 因 此, 获 得 回 流 热 过 程 下 的 预 成 型 焊 片 的 铺 展 面 积 随 时 间 的 变 化 关 系, 是 本 动 态 测 试 方 法 的 研 究 基 础 1.2 特 征 参 数 根 据 S-t 曲 线 可 得 图 2 所 示 几 个 特 征 参 数, 包 括 最 大 铺 展 面 积 润 湿 时 间 平 均 润 湿 速 度 和 瞬 时 润 湿 速 度 O 铺 展 面 积 S/μm2 瞬 时 润 湿 速 度 润 湿 时 间 时 间 t/s 最 大 铺 展 面 积 图 2 润 湿 性 动 态 测 试 方 法 评 价 参 数 最 大 铺 展 面 积 最 大 铺 展 面 积 是 一 个 静 态 润 湿 性 评 价 参 数, 也 是 传 统 铺 展 面 积 法 的 常 用 参 数, 其 定 义 为 预 成 型 焊 片 熔 化 达 到 平 衡 时 的 铺 展 面 积 预 成 型 焊 片 在 加 热 熔 化 后 会 在 基 板 上 铺 展, 其 物 理 本 质 是 三 个 表 面 张 力 的 平 衡 与 传 统 的 铺 展 面 积 法 一 致, 本 方 法 中 相 同 条 件 下 预 成 型 焊 片 的 最 大 铺 展 面 积 越 大, 可 以 说 明 其 润 湿 性 越 好 最 大 铺 展 面 积 可 以 直 接 从 S -t 曲 线 上 读 取 润 湿 时 间 润 湿 时 间 定 义 为 预 成 型 焊 片 从 熔 化 到 平 衡 所 需 的 时 间 该 参 数 类 似 于 润 湿 平 衡 法 定 义 的 润 湿 时 间 对 于 相 同 的 焊 料, 润 湿 时 间 越 短, 则 可 以 说 明 平 均 铺 展 速 度 越 快, 润 湿 性 越 好 润 湿 时 间 参 数 的 获 取 很 简 单, 读 取 录 像 过 程, 记 下 开 始 熔 化 的 时 间 点 和 熔 化 达 到 平 衡 的 初 始 时 间 点, 两 者 之 差 即 为 润 湿 时 间 平 均 润 湿 速 度 平 均 润 湿 速 度 定 义 为 预 成 型 焊 片 熔 化 前 后 面 积 的 变 化 与 润 湿 时 间 的 比 值 该 参 数 的 定 义 主 要 是 针 对 有 些 预 成 型 焊 片 在 熔 化 前 后 面 积 会 发 生 极 大 的 变 化 ( 比 如 Sn63Pb37 焊 料 在 铜 基 板 上, 添 加 松 香 助 焊 剂, 其 面 积 增 加 了 10 倍 以 上 ), 而 一 些 流 动 性 不 是 很 好 的 焊 料 其 面 积 只 不 过 增 加 了 10% 左 右 平 均 润 湿 速 度 与 润 湿 时 间 其 实 是 相 关 联 的, 润 湿 时 间 长, 平 均 润 湿 速 度 就 小

18 第 32 卷 第 5 期 刘 嘉, 等 : 预 成 型 焊 片 润 湿 性 动 态 测 试 方 法 瞬 时 润 湿 速 度 瞬 时 润 湿 速 度 v 是 S(t) 曲 线 的 斜 率 瞬 时 速 度 ν 可 以 表 示 为 : d S(t) v(t)= (1) d t 式 中 :v 为 瞬 时 润 湿 速 度 ;S 为 铺 展 面 积 ;t 为 时 间 ν 的 符 号 可 以 判 断 预 成 型 焊 片 的 润 湿 性, 而 ν 的 大 小 则 表 示 铺 展 面 积 随 时 间 变 化 的 快 慢 ν>0, 表 明 预 成 型 焊 片 正 常 铺 展, 面 积 变 大, 通 常 情 况 下 S(t) 曲 线 的 导 数 都 是 大 于 零 的 ; 而 当 ν<0 时, 则 说 明 预 成 型 焊 片 在 收 缩, 发 生 不 润 湿 行 为 1.3 预 成 型 焊 片 的 评 价 标 准 研 究 表 明, 可 以 采 用 铺 展 率 指 标 来 评 价 预 成 型 焊 片 的 润 湿 性 即 以 焊 片 熔 化 后 面 积 的 变 化 量 与 原 始 面 积 的 比 值, 来 对 预 成 型 焊 片 的 润 湿 性 进 行 评 价 可 分 为 如 下 几 个 等 级 : 铺 展 率 小 于 10%( 包 括 收 缩 ) 的 为 差, 在 10%~30% 之 间 的 为 一 般,30%~50 % 之 间 为 较 好,50%~100% 之 间 为 良 好, 大 于 100% 的 为 极 好 而 上 述 其 他 特 征 参 数 起 辅 助 作 用, 可 在 焊 片 润 湿 性 处 于 同 一 等 级 时 用 以 从 速 度 方 面 加 以 比 较 2 应 用 2.1 装 置 为 验 证 该 动 态 检 测 方 法 的 可 行 性, 本 文 开 发 了 一 套 预 成 型 焊 片 润 湿 性 测 试 仪 该 装 置 整 体 结 构 示 意 图 如 图 3 所 示, 实 物 图 如 图 4 所 示, 将 装 置 与 外 部 计 算 机 和 温 控 装 置 连 接, 即 可 配 合 相 应 软 件 动 态 观 测 并 记 录 预 成 型 焊 片 熔 化 的 轮 廓 变 化 并 进 行 即 时 精 确 测 量, 实 现 润 湿 性 的 动 态 测 试 (a) t 1 =0 (180X) (b) t 2 >t 1 (180X) (c) t 3 >t 2 (180X) (d) 平 衡 时 刻 (180X) 图 5 Au80Sn20 不 同 时 刻 的 轮 廓 变 化 从 图 中 可 以 看 出,Au80Sn20 预 成 型 焊 片 的 铺 展 行 为 有 其 特 殊 之 处, 当 达 到 熔 点 后, 它 不 是 沿 着 四 个 边 长 方 向 铺 展, 而 是 迅 速 地 收 缩, 然 后 再 慢 慢 铺 展 开 来 该 现 象 也 只 能 利 用 本 动 态 测 试 方 法 才 能 观 察 到 发 现 焊 片 表 面 氧 化 和 基 板 表 面 缺 陷 图 6 和 7 为 233 下 在 空 气 中 加 热 镀 金 Cu 基 板 和 Sn63Pb37 预 成 型 焊 片 所 得 图 片, 图 6 不 加 助 焊 剂, 焊 片 熔 化 后 色 暗 无 光, 还 有 收 缩 现 象, 可 知 焊 片 被 氧 化, 润 湿 性 不 良 图 7 为 加 入 松 香 助 焊 剂 后 效 果, 焊 片 铺 满 整 个 基 板, 润 湿 性 好 图 3 装 置 整 体 结 构 示 意 图 图 4 装 置 实 物 图 2.2 实 验 观 察 轮 廓 变 化 特 征 所 用 实 验 材 料 为 Au80Sn20 预 成 型 焊 片, 方 形, 尺 寸 为 0.8 mm 0.8 mm 0.3 mm, 基 板 为 普 通 Cu 基 板 镀 镍 金, 实 验 环 境 为 320, 氮 气, 加 松 香 助 焊 剂 轮 廓 变 化 如 图 5 所 示 图 6 无 助 焊 剂 图 7 有 助 焊 剂 图 8 为 空 气 中 测 试 233 下 Sn63Pb37 预 成 型 焊 片 (1.00 mm 1.00 mm 0.03 mm) 与 镀 银 Cu 基 板 的 润 湿 性, 使 用 松 香 助 焊 剂 可 看 出 焊 片 左 上 角 并 不 像 其 他 部 分 沿 边 长 方 向 铺 展, 可 能 是 该 位 置 基 板 表 面 粗 糙 或 有 污 染 所 致 图 9 将 基 板 处 理 干 净 后 可 见 焊 片 沿 原 始 形 状 向 外 铺 展, 润 湿 性 良 好 图 8 基 板 有 缺 陷 图 9 基 板 良 好

19 254 电 子 工 艺 技 术 Electronics Process Technology 2011 年 9 月 获 得 曲 线 和 参 数 下 面 利 用 该 装 置 获 得 SAC305 预 成 型 焊 片 的 润 湿 参 数 和 曲 线 焊 片 直 径 为 2.5 mm, 基 板 为 镀 金 普 通 Cu 基 板, 实 验 环 境 为 267 氮 气 加 松 香 助 焊 剂 在 焊 片 受 热 熔 化 铺 展 过 程 中, 通 过 控 制 计 算 机 相 应 软 件 对 整 个 过 程 进 行 拍 照 和 录 制, 图 10~ 图 12 是 不 同 时 刻 的 铺 展 图 片, 可 以 看 出,SAC305 预 成 型 焊 片 在 加 热 熔 化 后, 其 原 始 形 状 保 持 的 比 较 好, 沿 直 径 方 向 均 匀 铺 展, 在 助 焊 剂 的 作 用 下 润 湿 良 好 若 不 加 助 焊 剂, 焊 片 将 会 收 缩 成 球, 如 图 13 所 示 熔 化 结 束 后 测 量 焊 片 熔 化 后 的 面 积, 从 而 得 出 其 铺 展 率 通 过 所 录 制 的 视 频 可 得 到 焊 片 从 开 始 熔 化 到 熔 化 结 束 这 段 过 程 的 时 间, 即 为 其 润 湿 时 间 对 图 像 和 视 频 进 行 提 取, 可 得 到 267 下 该 SAC305 预 成 型 焊 片 在 镀 金 Cu 基 板 上 的 铺 展 面 积 与 时 间 的 对 应 数 据, 如 表 1 所 示 利 用 该 表 获 得 其 铺 展 面 积 S 随 时 间 t 的 变 化 曲 线 如 图 14 所 示, 从 该 曲 线 可 得 出 其 润 湿 性 的 变 化 规 律 以 及 相 应 的 评 价 参 数 铺 展 面 积 S/μm 图 10 t 1 =0 (60X) 图 11 t 2 >t 1 (60X) 时 间 t/s 图 12 平 衡 时 刻 (60X) 图 13 焊 片 收 缩 图 14 铺 展 面 积 S 与 时 间 t 关 系 曲 线 进 一 步 地, 利 用 该 装 置 分 别 对 Sn63Pb37 SAC305 和 Au80Sn20 三 种 预 成 型 焊 片 在 不 同 温 度 下 的 润 湿 性 进 行 研 究, 所 得 S-t 曲 线 如 图 15~ 图 17 所 示 表 1 铺 展 面 积 与 时 间 的 对 应 数 据 时 间 t/s 面 积 S/( 100 μm 2 ) 面 积 S/μm 面 积 S/μm 时 间 t/s 图 15 不 同 温 度 下 Sn63Pb37 预 成 型 焊 片 熔 化 面 积 与 时 间 的 关 系 曲 线 面 积 S/μm 时 间 t/s 图 16 不 同 温 度 下 SAC305 预 成 型 焊 片 铺 展 面 积 与 时 间 的 关 系 曲 线 时 间 t/s 图 17 不 同 温 度 下 Au80Sn20 预 成 型 焊 片 铺 展 面 积 与 时 间 的 关 系 曲 线 结 果 表 明,Sn63Pb37 和 SAC305 预 成 型 焊 片 的 铺 展 面 积 最 终 较 大, 为 初 始 面 积 的 10 倍 ~20 倍, 润 湿 性 能 好 而 Au80Sn20 预 成 型 焊 片 的 最 大 铺 展 面 积 只 比 初 始 面 积 增 加 了 10% 左 右 温 度 对 铺 展 面 积 的 影 响 是 明 显 的, 温 度 越 高, 铺 展 面 积 越 大 Sn63Pb37 和 SAC305 预 成 型 焊 片 铺 展 面 积 的 变 化 趋 势 是 随 着 时 间 逐 渐 变 大, 润 湿 时 间 也 比 较 长 ; 而 Au80Sn20 预 成 型 焊 片 在 熔 化 初 期 出 现 短 暂 收 缩 现 象, 然 后 再 慢 慢 铺 展 开 来, 该 细 节 也 体 现 出 本 动 态 测 试 方 法 的 优 势 ( 下 转 第 261 页 )

20 电 子 工 艺 技 术 2011 年 9 月 第 32 卷 第 5 期 Electronics Process Technology 255 模 切 法 RFID 天 线 制 造 技 术 蒋 青 青, 安 兵, 张 加 波, 吴 懿 平 ( 武 汉 光 电 国 家 实 验 室, 湖 北 武 汉 ; 华 中 科 技 大 学 材 料 学 院 连 接 与 电 子 封 装 中 心, 湖 北 武 汉 ) 摘 要 : 现 有 被 动 式 RFID 标 签 天 线 制 造 技 术 存 在 着 不 足 : 主 流 的 蚀 刻 法 工 艺 繁 琐, 产 出 速 度 慢, 对 环 境 有 污 染 ; 印 刷 法 使 用 的 导 电 银 油 墨 的 成 本 居 高 不 下, 而 且 天 线 可 靠 性 也 存 在 问 题 ; 电 镀 法 在 大 批 量 生 产 时 才 有 成 本 优 势 为 此, 提 出 了 一 种 基 于 模 切 技 术 的 天 线 制 造 方 法 : 针 对 一 款 图 案 精 细 的 超 高 频 RFID 天 线, 用 两 次 模 切 排 废 的 方 法, 得 到 了 天 线 图 形 天 线 与 RFID 芯 片 之 间 的 连 接 依 靠 芯 片 模 组 完 成 关 键 词 :RFID; 天 线 制 造 ; 模 切 中 图 分 类 号 :TN605 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : (2011) RFID Antenna Manufacturing Technology by Die-Cutting JIANG Qing-qing, AN Bing, ZHANG Jia-bo, WU Yi-ping (Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Wuhan , China) Huazhong University of Science and Technology, Wuhan , China) Abstract: The main technologies on manufacturing the passive RFID tag antenna have some shortages: The etching process is cumbersome, low productive and environmentally unfriendly; by using the silver conductive ink, the printing method is of high cost, and the printed antenna has some reliability problems; the electroplating process is cost feasible in the high-volume production. To this end, propose a novel technique based on die cutting to manufacture the RFID antenna. A kind of UHF RFID antenna with fine pattern is fabricated by twice die-cutting and exhaust. The die module was employed to connect antenna to form a RFID tag. Keywords: RFID; antenna fabrication; die-cutting Document Code: A Article ID: (2011) RFID(Radio Frequency Identification, 射 频 识 别 ) 是 一 种 透 过 无 线 电 波 实 现 非 接 触 的 资 料 存 取 的 技 术 它 一 般 由 阅 读 器 和 标 签 ( 应 答 器 ) 组 成 RFID 系 统 的 工 作 原 理 是 :(1) 阅 读 器 通 过 发 射 天 线 发 送 一 定 频 率 的 射 频 信 号 ;(2) 当 标 签 进 入 阅 读 器 的 作 用 区 域 时, 标 签 中 的 天 线 产 生 感 应 电 流, 从 而 使 标 签 中 的 芯 片 获 得 能 量 而 被 激 活 ;(3) 芯 片 通 过 改 变 标 签 内 的 天 线 的 RCS ( 雷 达 截 面 积 ) 将 自 身 编 码 的 信 息 反 射 发 送 出 去 ;(4) 阅 读 器 接 收 天 线 可 接 收 到 从 标 签 反 射 来 的 信 号, 进 而 阅 读 器 对 接 收 的 信 号 进 行 解 调 和 解 码, 得 到 物 体 的 相 关 信 息 RFID 通 信 原 理 图 如 图 1 所 示 发 射 器 射 频 源 接 收 器 阅 读 器 循 环 器 天 线 发 射 波 散 射 波 标 签 天 线 芯 片 图 1 RFID 通 信 原 理 图 与 条 形 码 相 比 较,RFID 通 信 优 势 在 于 : 由 于 是 无 接 触 非 光 学 读 取, 所 以 不 怕 表 面 粘 污 ; 可 以 远 距 离 读 取,UHF 频 段 读 取 距 离 一 般 在 几 米 ; 一 次 可 以 读 Z Z 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( 项 目 编 号 : 和 ) 作 者 简 介 : 蒋 青 青 (1987- ), 男, 硕 士, 主 要 研 究 方 向 为 RFID UHF 天 线 设 计 安 兵 (1969- ), 男, 博 士, 副 教 授, 毕 业 于 华 中 科 技 大 学, 主 要 研 究 方 向 为 LED 封 装 RFID 制 造 工 艺 开 发

21 256 电 子 工 艺 技 术 Electronics Process Technology 2011 年 9 月 取 多 个 物 体, 所 以 识 别 和 读 取 的 时 间 更 短, 可 以 节 约 人 工 ; 同 时 RFID 的 存 储 量 更 大, 不 仅 可 以 识 别 到 单 件 物 体, 而 且 可 以 存 储 物 体 相 关 的 信 息 ; 因 此 被 认 为 将 逐 渐 取 代 现 在 广 泛 流 行 的 条 形 码 系 统 但 是 现 在 阻 碍 它 大 规 模 应 用 的 一 个 主 要 原 因 就 是 成 本 比 较 高, 现 在 一 个 普 通 的 UHF 频 段 的 RFID 标 签 的 价 格 在 1 元 钱 左 右, 而 条 形 码 是 几 分 钱 RFID 标 签 的 成 本 基 本 上 是 芯 片 天 线 制 造 芯 片 互 连 与 层 合 各 占 三 分 之 一 随 着 RFID 芯 片 的 产 量 增 大 及 尺 寸 减 小, 其 成 本 将 持 续 下 降 ; 对 于 芯 片 互 连, 业 界 的 主 流 是 高 产 量 高 可 靠 性 和 低 成 本 的 各 向 异 性 导 电 胶 (ACA) 互 连 方 式 [1] ; 对 于 天 线 制 造, 蚀 刻 技 术 由 于 其 性 能 可 靠 和 工 艺 成 熟 成 为 主 流 工 艺, 但 它 存 在 工 艺 繁 琐 成 本 高 生 产 速 度 慢 和 环 境 污 染 的 缺 点 本 文 提 出 一 种 新 的 模 切 天 线 制 造 技 术, 希 望 能 够 提 供 一 种 成 本 低 廉 海 量 生 产 和 环 保 的 天 线 制 造 技 术 1 天 线 制 造 技 术 目 前 主 流 的 天 线 制 造 技 术 主 要 有 蚀 刻 法 电 镀 法 和 印 刷 法 三 种 主 流 技 术 1.1 蚀 刻 法 一 般 由 于 精 度 和 成 本 不 同 而 分 为 印 刷 蚀 刻 法 和 光 刻 蚀 刻 法 印 刷 蚀 刻 法 工 艺 是 : 先 在 塑 料 薄 膜 片 材 上 覆 金 属 ( 如 铜 和 铝 等 ) 箔, 然 后 在 金 属 箔 上 印 刷 抗 蚀 油 墨 ( 抗 蚀 油 墨 印 在 需 要 保 留 铜 箔 即 天 线 图 案 的 部 分, 用 以 保 护 线 路 图 形 在 蚀 刻 中 不 被 溶 蚀 掉 ), 最 后 显 影, 得 到 天 线 图 案 印 刷 法 的 成 本 较 低, 但 精 度 不 太 高, 适 用 于 加 工 制 作 线 宽 0.2 mm 以 上 的 导 电 图 形 光 刻 法 是 在 覆 铜 薄 膜 表 面 预 先 涂 布 光 敏 抗 蚀 膜, 并 用 相 应 的 掩 膜 曝 光, 经 过 显 影 腐 蚀, 除 去 板 上 残 留 抗 蚀 膜, 得 到 天 线 图 形 光 刻 法 的 成 本 较 高, 但 能 加 工 0.2 mm 以 下 线 宽 的 精 细 图 形 [2] 蚀 刻 法 天 线 制 造 流 程 如 图 2 所 示 铜 箔 或 铝 箔 PET 基 材 印 刷 抗 蚀 层 合 蚀 刻 天 线 成 品 油 墨 1.2 印 刷 法 用 导 电 油 墨 将 天 线 图 案 直 接 印 刷 在 基 材 上, 再 经 烘 烤 或 紫 外 固 化, 形 成 天 线, 如 图 3 [3] 所 示 该 法 优 点 是 : 生 产 速 度 极 快, 适 于 海 量 生 产 缺 点 是 : (1) 导 电 油 墨 的 导 电 性 比 不 上 铜 和 铝 ( 大 概 为 其 1/20), 导 致 天 线 性 能 不 如 蚀 刻 天 线 ;(2) 导 电 油 墨 是 利 用 导 电 粉 体 片 与 片 之 间 的 物 理 接 触 或 隧 道 效 应 导 电, 一 来 使 得 每 片 天 线 之 间 的 导 电 性 有 偏 差, 使 读 距 有 偏 差, 二 来 揉 折 可 破 坏 粉 体 连 接, 使 导 电 特 性 可 能 发 生 变 异 ;(3) 银 导 电 油 墨 仍 是 最 好 的 印 刷 天 线 油 墨 材 料, 而 最 近 银 价 大 涨, 导 致 原 材 料 成 本 昂 贵 天 线 基 材 图 3 印 刷 天 线 制 造 流 程 1.3 电 镀 法 首 先 用 导 电 油 墨 ( 厚 度 薄 于 印 刷 法 ) 将 天 线 图 案 直 接 印 刷 在 基 材 上, 固 化 成 导 电 膜, 然 后 电 镀 铜 箔 加 厚, 如 图 4 所 示 该 法 优 点 是 : 结 合 了 蚀 刻 法 与 印 刷 法 的 优 点, 生 产 速 度 快, 天 线 性 能 好, 可 靠 性 高 缺 点 是 : 小 量 生 产 成 本 比 较 贵, 需 要 大 批 量 生 产, 设 备 投 资 大 天 线 基 材 印 刷 导 电 油 墨 印 刷 导 电 油 墨 固 化 油 墨 固 化 油 墨 图 4 电 镀 天 线 流 程 图 电 镀 加 厚 天 线 成 品 天 线 成 品 2 模 切 工 艺 由 于 主 流 的 蚀 刻 法 工 艺 繁 琐, 产 出 速 度 慢, 对 环 境 有 污 染, 而 印 刷 法 用 的 导 电 银 油 墨 成 本 也 不 低, 天 线 可 靠 性 也 存 在 问 题, 所 以 开 发 一 种 新 的 低 成 本 和 高 可 靠 性 的 天 线 制 造 方 法 非 常 有 必 要 于 是, 我 们 提 出 了 基 于 模 切 技 术 的 RFID 天 线 制 造 方 法 模 切 技 术 是 印 刷 品 后 期 加 工 的 一 种 裁 切 工 艺, 通 过 刀 模 对 印 刷 品 进 行 裁 切, 直 接 得 到 所 需 要 的 图 形, 如 图 5 所 示 我 们 将 这 种 模 切 加 工 技 术 移 植 用 来 加 工 RFID 标 签 天 线 图 案, 开 发 以 纸 为 基 材 模 切 金 属 箔 为 天 线 性 能 优 越 的 UHF 频 带 标 签 在 RFID 芯 片 和 天 线 的 粘 接 上, 通 过 贴 装 芯 片 模 组 的 方 式 完 成 图 2 蚀 刻 法 天 线 制 造 流 程 蚀 刻 法 优 点 是 : 制 造 良 率 较 高, 天 线 性 能 优 异 且 稳 定 缺 点 是 : 制 程 繁 琐, 生 产 速 度 较 慢, 且 大 部 分 金 属 箔 均 被 蚀 刻 剥 离 而 浪 费 掉, 所 以 成 本 昂 贵 ; 此 外 生 产 过 程 中 需 要 用 到 化 学 药 品, 会 造 成 环 境 污 染 胶 粘 层 铝 箔 高 型 纸 或 PET 图 5 模 切 原 理 图 模 切 刀 增 强 层 硅 油 层

22 第 32 卷 第 5 期 蒋 青 青, 等 : 模 切 法 RFID 天 线 制 造 技 术 模 切 材 料 模 切 所 用 的 材 料 有 三 层 结 构 : 带 硅 油 的 离 型 纸 ( 约 100 μm), 粘 胶 层 ( 约 20 μm), 带 增 强 层 的 铝 箔 ( 约 35 μm), 如 图 6 所 示 其 中 硅 油 主 要 是 为 了 离 型, 增 强 层 主 要 是 为 了 加 强 铝 箔 的 强 度 铝 箔 胶 粘 层 高 型 纸 或 PET 增 强 层 硅 油 层 图 6 模 切 材 料 结 构 图 2.2 模 切 工 艺 模 切 天 线 的 制 造 方 法 是 : 先 根 据 天 线 的 图 案 制 好 相 应 的 模 切 刀 模, 然 后 用 它 对 模 切 材 料 进 行 模 切, 最 后 排 除 不 需 要 的 部 分 ( 排 废 ) 得 到 天 线 图 案 由 于 天 线 的 图 案 比 较 精 细, 直 接 排 废 存 在 较 大 的 问 题, 所 以 设 计 了 两 次 排 废 的 方 案 以 NXP 提 供 的 天 线 图 案 为 例, 如 图 7 所 示, 把 天 线 图 案 分 为 易 于 排 废 的 外 框 ( 黑 色 部 分 ) 和 复 杂 精 细 的 内 部 ( 蓝 色 部 分 ), 如 图 8 所 示 对 于 内 部 区 域, 使 用 微 粘 胶 辅 助 排 废 : 首 先 把 微 粘 胶 带 覆 在 天 线 图 案 相 应 处, 然 后 拉 起 微 粘 胶 带, 由 于 此 时 外 框 还 没 切 除, 里 面 的 废 料 是 一 个 个 小 的 孤 立 部 分, 在 粘 力 的 作 用 下 附 在 微 粘 胶 带 上, 从 而 实 现 天 线 内 部 的 排 废 天 线 外 框 由 于 其 形 状 简 单 可 以 直 接 排 废 具 体 排 废 方 案 如 图 9 所 示 图 10 分 别 是 两 次 模 切 用 的 倒 模, 图 11 是 排 废 后 得 到 的 铝 箔 天 线 样 品 图 7 NXP 提 供 的 UHF 天 线 图 案 图 8 基 于 两 次 排 废 的 天 线 图 案 图 10 两 次 模 切 用 的 刀 模 图 11 模 切 排 废 后 得 到 的 成 品 3 模 切 工 艺 特 点 3.1 生 产 速 度 模 切 机 每 秒 可 以 切 3 次, 假 设 一 个 刀 模 上 有 3 个 天 线 图 案, 一 天 工 作 12 h, 那 么 每 天 可 以 出 图 案 40 万 张, 远 远 高 于 蚀 刻 法 的 速 度 3.2 天 线 性 能 由 于 模 切 原 材 料 与 蚀 刻 原 材 料 基 本 是 一 样 的, 所 以 模 切 天 线 与 蚀 刻 天 线 性 能 一 致, 优 于 印 刷 天 线 ; 此 外, 由 于 是 刀 模 切 除, 天 线 边 缘 整 齐, 好 于 蚀 刻 天 线 和 印 刷 天 线, 这 可 以 降 低 边 缘 效 应, 增 加 其 电 导 性, 导 致 天 线 电 阻 损 耗 减 少, 天 线 增 益 增 加, 从 而 使 得 天 线 性 能 得 到 提 升 3.3 成 本 原 材 料 价 格 与 蚀 刻 法 相 当, 但 模 切 法 需 要 模 具, 一 副 模 具 大 概 在 元 左 右, 而 蚀 刻 法 需 要 掩 膜 和 光 刻 总 的 来 说, 一 万 张 以 下 蚀 刻 法 比 模 切 法 便 宜 一 些 ; 一 万 张 以 上, 模 切 法 成 本 低 于 蚀 刻 法, 因 此 更 适 合 于 大 规 模 生 产 天 线 3.4 图 案 精 细 度 蚀 刻 法 可 蚀 刻 的 缝 隙 可 至 0.2 mm 以 下, 芯 片 可 以 直 接 贴 装 于 天 线 上 ; 模 切 法 可 切 除 的 最 细 缝 隙 约 在 0.5 mm, 芯 片 不 能 直 接 倒 装 在 天 线 上, 必 须 通 过 芯 片 模 组 转 移 的 方 式 来 完 成 天 线 与 芯 片 互 连 图 9 两 次 模 切 排 废 方 案 ( 下 转 第 271 页 )

23 电 子 工 艺 技 术 258 Electronics Process Technology 2011 年 9 月 第 32 卷 第 5 期 微 组 装 SMT PCB 结 构 分 析 (CA) 在 电 子 组 装 领 域 的 应 用 刘 平 1,2 1,2, 许 百 胜 (1. 浙 江 省 冶 金 研 究 院 有 限 公 司, 浙 江 杭 州,310011; 2. 浙 江 省 钎 焊 材 料 与 技 术 重 点 实 验 室, 浙 江 杭 州,310011) 摘 要 : 结 构 分 析 (CA) 方 法 在 电 子 组 装 领 域 的 日 益 应 用, 为 提 高 产 品 的 质 量 和 可 靠 性 发 挥 着 越 来 越 重 要 的 作 用 介 绍 了 结 构 分 析 的 常 用 试 验 方 法, 并 列 举 了 在 日 常 结 构 分 析 中 的 应 用 实 例 以 及 元 器 件 设 计 和 生 产 工 艺 中 的 关 注 点 结 构 分 析 方 法 的 广 泛 应 用 必 将 对 提 高 我 国 民 用 和 军 工 电 子 产 品 的 质 量 和 生 产 效 率 发 挥 前 瞻 性 的 意 义, 使 电 子 产 品 的 质 量 保 证 真 正 做 到 由 事 后 分 析 转 为 事 前 预 防 关 键 词 : 结 构 分 析 ; 电 子 元 器 件 ; 可 靠 性 中 图 分 类 号 :TN606 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : (2011) Application of Component Constructional Analysis (CA) on Electronic Assemblies LIU Ping 1,2, XU Bai-sheng 1,2 (Zhejiang Province Key Laboratory of soldering & Brazing Materials and Technology, Hangzhou , China; Zhejiang Metallurgical Research Institute, Hangzhou , China) Abstract: Component constructional analysis (CA) becomes more and more important in the electric and electronic industry. CA offered the advantages of improving product quality and reliability. The common analytical methods were summarized combined with illustrated images. Finally, some cases were presented to reveal the poor quality and workmanship. In addition, some concerns on component s design and manufacture were referred. Key words: Constructional analysis; Component; Reliability Document Code: A Article ID: (2011) 结 构 分 析 (CA: constructional analysis) 是 随 着 航 空 航 天 技 术 的 发 展, 国 际 宇 航 界 于 20 世 纪 90 年 代 提 出 的 除 失 效 分 析 和 破 坏 性 物 理 分 析 之 外 的, 又 一 种 重 要 的 元 器 件 可 靠 性 评 估 分 析 方 法 [1] CA 可 通 过 分 析 元 器 件 的 内 部 结 构 和 构 造 来 确 定 元 器 件 中 是 否 存 在 潜 在 的 能 引 起 致 命 性 失 效 和 可 靠 性 问 题 的 缺 陷 通 过 CA 可 以 评 估 制 造 商 的 设 计 能 力 和 工 艺 水 平, 也 可 确 定 元 器 件 的 结 构 是 否 能 够 满 足 特 定 的 应 用 环 境 要 求 [2] 现 如 今, 结 构 分 析 不 仅 应 用 于 高 可 靠 性 领 域 元 器 件 的 质 量 保 证, 而 且 在 消 费 电 子 领 域 也 逐 渐 普 遍 化 结 构 分 析 可 前 瞻 性 地 避 免 元 器 件 在 使 用 过 程 中 给 生 活 和 生 产 造 成 重 大 损 失, 真 正 做 到 事 前 预 防 在 电 子 组 装 领 域, 经 常 需 要 做 结 构 分 析 的 器 件 有 : 印 刷 线 路 板 COTS(Commercial off-the-shelf) 器 件 [3] SAW(surface acoustic wave) 滤 波 器 射 频 腔 体 滤 波 器 振 荡 器 集 成 芯 片 高 功 率 射 频 晶 体 管 GaAs 射 频 器 件 晶 振 和 电 源 模 块 等 本 文 将 介 绍 结 构 分 析 中 常 用 的 试 验 方 法 和 一 些 典 型 案 例, 提 供 给 实 验 室 分 析 人 员 作 为 参 考, 并 期 待 各 类 电 子 元 件 的 结 构 分 析 研 究 能 够 广 泛 深 入 地 进 行, 在 质 量 保 证 中 发 挥 重 大 的 作 用 1 结 构 分 析 常 用 的 试 验 方 法 为 了 深 入 细 致 地 分 析 元 器 件 内 部 结 构 及 其 潜 在 的 失 效 机 制, 经 常 要 用 到 一 些 非 破 坏 和 破 坏 性 的 分 析 方 法, 这 些 方 法 必 须 结 合 平 时 在 应 用 类 似 器 件 过 基 金 项 目 : 浙 江 省 科 技 计 划 项 目 ( 项 目 编 号 :2010F20002) 作 者 简 介 : 刘 平 (1976- ), 男, 博 士, 高 级 工 程 师, 主 要 从 事 电 子 材 料 及 电 子 产 品 物 理 失 效 分 析 的 研 究 工 作

24 第 32 卷 第 5 期 刘 平, 等 : 结 构 分 析 (CA) 在 电 子 组 装 领 域 的 应 用 259 程 中 遇 见 的 一 些 常 见 问 题 来 进 行, 这 就 要 求 结 构 分 析 工 程 师 不 仅 具 有 丰 富 的 仪 器 使 用 经 验, 还 需 要 具 有 丰 富 的 元 器 件 失 效 分 析 基 础 作 为 判 断 潜 在 的 失 效 机 制, 分 析 人 员 也 应 熟 悉 国 际 国 内 通 用 的 行 业 判 断 标 准, 见 表 1 表 1 常 用 行 业 标 准 和 适 用 领 域 标 准 适 用 领 域 IPC-A-600L 印 制 电 路 板 IPC-A-610D 组 件 MIL-PRF 晶 体 振 荡 器 MIL-STD 202 电 气 测 试 MIL-STD-810 振 动 MIL-STD-883 视 觉 检 测 NASA-STD-5300 可 焊 性 MIL-STD-750 半 导 体 1.1 显 微 镜 观 察 法 显 微 镜 可 非 破 坏 地 用 来 检 查 器 件 外 部 和 内 部 形 貌 结 构 分 布 和 布 局, 直 观 地 表 达 元 器 件 的 工 艺 水 平 ( 如 异 物 焊 锡 球 和 对 中 问 题 ), 并 可 对 关 注 的 任 何 信 息 进 行 照 相 记 录 需 要 注 意 的 是 由 于 光 的 反 射 作 用, 有 时 看 到 的 可 能 是 假 象, 尤 其 是 一 些 细 小 裂 纹, 平 时 要 通 过 其 他 的 分 析 手 段 多 加 以 甄 别 电 容 侧 壁 裂 纹 假 象 如 图 1 所 示 图 1 电 容 侧 壁 裂 纹 假 象 图 2 连 焊 的 X 射 线 照 片 1.2 X 射 线 检 测 法 X 射 线 检 测 也 是 一 种 非 破 坏 性 方 法, 可 确 定 元 器 件 的 内 部 状 态, 检 查 内 部 元 件 的 焊 接 情 况, 查 看 焊 点 内 部 缺 陷 等 非 常 有 效, 比 如 BGA(Ball Grid Array) 焊 点 桥 接 焊 锡 量 不 足 和 空 洞 等 连 焊 的 X 射 线 照 片 如 图 2 所 示 但 是 当 元 器 件 结 构 复 杂 时, 需 要 调 整 X 光 管 的 角 度 电 压 以 及 图 像 合 适 的 对 比 度 和 亮 度, 获 取 有 效 信 息 1.3 红 墨 水 试 验 红 墨 水 试 验 又 称 染 色 试 验, 是 一 种 破 坏 性 试 验, 它 利 用 特 殊 红 墨 水 的 毛 细 作 用 和 染 色 作 用, 能 够 真 实 和 可 靠 地 给 出 焊 点 裂 缝 的 三 维 分 布 情 况, 如 图 3 所 示 的 冷 焊 弹 坑 界 面 断 裂 和 焊 点 疲 劳 破 坏 等, 为 电 子 组 装 焊 接 尤 其 是 不 可 见 BGA 焊 点 质 量 的 检 验 提 供 有 效 的 分 析 手 段 1.4 金 相 切 片 方 法 金 相 切 片 方 法 可 对 样 品 的 纵 向 结 构 和 界 面 特 征 进 行 评 估, 是 一 种 破 坏 性 试 验, 需 要 对 样 品 进 行 切 割 包 埋 切 削 和 磨 抛 等 处 理 通 常 切 片 样 品 要 结 合 光 学 显 微 镜 和 扫 描 电 子 显 微 镜 具 体 分 析 (a) (b) (c) (a) 冷 焊 (b) 弹 坑 缺 陷 (c) 界 面 开 裂 图 3 红 墨 水 试 验 测 试 焊 点 缺 陷 1.5 扫 描 电 子 显 微 镜 和 能 谱 分 析 扫 描 电 子 显 微 镜 相 对 光 学 显 微 镜 来 说, 具 有 更 大 的 放 大 倍 数 和 更 深 的 景 深, 可 用 于 观 察 样 品 细 微 的 结 构 和 鉴 别 表 面 污 染 能 谱 仪 与 扫 描 电 镜 配 合 应 用, 可 对 感 兴 趣 的 区 域 定 性 和 定 量 分 析, 如 图 4 所 示 黑 色 区 域 为 电 阻 镀 层 上 的 有 机 污 染 物,SEM/EDX 在 电 子 元 器 件 分 析 领 域 变 得 越 来 越 必 不 可 少 [4] C O AI 1.00 Si Pb Ag Sn Sn 图 4 SEM/EDX 分 析 镀 层 异 物 成 分 1.6 芯 片 开 封 和 扫 描 超 声 显 微 镜 方 法 开 封, 即 开 盖 / 开 帽, 指 去 除 IC 封 胶, 同 时 保 持 芯 片 功 能 的 完 整 无 损, 保 持 芯 片 绑 定 焊 盘 键 合 线 乃 至 引 线 框 架 不 受 损 伤, 为 检 测 内 部 结 构 做 准 备 一 般 金 引 线 焊 接 不 良 引 线 框 架 氧 化 芯 片 ESD (Electro-Static Discharge) 和 EOS(Electrical Over Stress) 等 都 能 通 过 此 方 法 鉴 定 芯 片 EOS 现 象 和 内 部 分 层 缺 陷 如 图 5 所 示 (a) 计 数 率 /( 10 3 CPS) 0.0 (a) 芯 片 EOS 现 象 (b) 芯 片 内 部 分 层 缺 陷 图 5 芯 片 EOS 现 象 和 内 部 分 层 缺 陷 Pb 能 量 E/keV (b) PI

25 260 电 子 工 艺 技 术 Electronics Process Technology 2011 年 9 月 扫 描 超 声 显 微 镜 (SAM) 分 析 主 要 是 针 对 半 导 体 器 件, 无 损 检 测 芯 片 内 部 的 缺 陷 : 材 料 内 部 的 夹 杂 物 沉 淀 物 内 部 裂 纹 分 层 空 洞 气 泡 和 空 隙 等 2 应 用 实 例 为 了 更 好 地 理 解 结 构 分 析 在 生 产 实 际 过 程 中 的 重 要 性, 以 下 列 举 作 者 平 时 在 器 件 结 构 分 析 中 遇 到 的 潜 在 缺 陷 虽 然 这 些 器 件 在 做 结 构 分 析 之 前 均 通 过 了 电 性 能 和 功 能 测 试, 但 作 为 影 响 可 靠 性 的 潜 在 问 题 仍 不 容 忽 视 2.1 器 件 腔 体 内 部 异 物 滤 波 器 内 部 异 物 的 移 动 通 常 会 引 起 信 号 的 失 真, 在 某 些 有 运 动 或 振 动 应 用 的 场 合, 如 果 异 物 为 金 属 物 质, 还 会 造 成 短 路 等 重 大 事 故 发 生 如 图 6 所 示, 经 能 谱 分 析, 这 些 散 落 的 金 属 碎 屑 来 自 于 腔 体 外 壳 材 料, 另 外, 技 术 工 人 在 螺 钉 的 紧 固 过 程 中 也 要 严 格 按 照 操 作 要 求, 尽 量 避 免 异 物 进 入 腔 体 内 部 (a) (b) 2.3 连 接 点 缺 陷 在 小 型 SAW 滤 波 器 中, 芯 片 与 基 体 的 电 信 号 连 接 通 常 是 以 倒 装 焊 点 和 金 引 线 来 实 现 的, 因 为 对 设 备 的 平 整 度 和 精 确 度 要 求 非 常 高, 这 种 工 艺 难 以 控 制, 容 易 出 现 制 造 缺 陷, 如 图 8 (a) (b) (a) 倒 装 芯 片 焊 点 虚 焊 (b) 引 线 断 裂 图 8 SAW 滤 波 器 制 造 缺 陷 2.4 片 状 元 件 基 体 开 裂 一 旦 PCB 被 螺 钉 紧 固 在 金 属 或 塑 料 框 架 上 后, 或 多 或 少 会 在 PCB 上 产 生 局 部 弯 曲 变 形, 如 果 片 状 元 件 离 螺 钉 孔 太 近, 由 紧 固 螺 钉 产 生 的 应 力 就 会 传 导 到 片 状 元 件 或 焊 点 上, 超 过 元 件 承 受 极 限 ( 一 般 供 应 商 规 定 为 600 μm), 则 容 易 发 生 陶 瓷 基 体 开 裂 螺 钉 孔 距 离 电 容 太 近 引 起 电 容 基 体 开 裂 如 图 9 所 示 (a) (b) L (a) 射 频 腔 体 滤 波 器 全 貌 (b) 腔 体 内 部 的 异 物 图 6 射 频 腔 体 滤 波 器 全 貌 和 内 部 的 异 物 2.2 PCB 通 孔 缺 陷 印 刷 电 路 板 内 层 缺 陷 最 多 的 是 通 孔 不 良, 如 图 7 所 示, 包 括 孔 壁 镀 层 问 题 空 洞 导 电 阳 极 丝 微 裂 纹 和 孔 壁 突 起 等 [5,6], 判 断 的 标 准 可 参 见 IPC-600 这 涉 及 PCB 生 产 过 程 中 的 材 料 工 艺 和 生 产 流 程 的 各 个 环 节 如 基 材 电 镀 异 物 和 钻 孔 等, 需 要 有 针 对 性 地 解 决 (a) (b) 裂 纹 图 9 螺 钉 孔 距 离 电 容 太 近 引 起 电 容 基 体 开 裂 2.5 电 缆 连 接 器 的 缺 陷 电 缆 连 接 器 的 结 构 简 单, 制 造 基 本 上 也 都 是 手 工 工 艺, 因 此 缺 陷 经 常 与 生 产 人 员 熟 练 程 度 班 次 和 批 次 等 有 关 很 多 缺 陷 只 是 需 要 生 产 商 改 进 工 艺 培 训 专 业 人 员 制 定 质 量 合 格 标 准 以 及 加 强 检 [7, 验 等 来 提 高 产 品 质 量 8] 手 焊 残 留 在 PCB 上 的 异 物 和 簧 片 未 对 中 几 乎 与 侧 壁 连 接, 如 图 10 所 示 (a) (b) (a) 分 层 (b) 分 层 (c) (d) (a) 异 物 (b) 簧 片 不 对 中 图 10 技 术 工 艺 引 起 的 不 良 (c) 导 电 阳 极 丝 (d) 孔 壁 裂 纹 图 7 PCB 通 孔 的 各 种 缺 陷 3 结 论 本 文 总 结 了 在 结 构 分 析 中 常 用 的 试 验 方 法, 并 结 合 在 电 子 组 装 领 域 遇 到 的 一 些 典 型 案 例, 为 实 验 室 相 关 人 员 提 供 重 要 的 分 析 指 导 随 着 电 子 元 件 和 组 装 结

26 第 32 卷 第 5 期 刘 平, 等 : 结 构 分 析 (CA) 在 电 子 组 装 领 域 的 应 用 261 构 的 复 杂 化,CA 将 成 为 供 应 商 和 用 户 重 要 的 评 估 手 段, 也 必 将 在 工 程 实 际 中 发 挥 重 大 的 作 用, 把 结 构 性 问 题 消 灭 在 萌 芽 之 中, 提 高 生 产 质 量 和 效 率 参 考 文 献 : [1] 龚 欣. 航 天 用 DC/DC 电 源 模 块 结 构 分 析 研 究 [J]. 电 子 元 器 件 与 可 靠 性,2010,28(5): [2] 张 延 伟, 江 理 东, 陈 志 强. 一 种 新 的 元 器 件 可 靠 性 评 估 方 法 - 结 构 分 析 (CA)[J]. 可 靠 性 物 理 与 失 效 分 析 技 术,2003,(5): 1-3. [3] Sue Brown, Jeff Campbell, Sherri Griffin, et al. Failure Mechanisms Detected in Memory Chips during Routine Construction Analysis[C]. Memory Technology, Design and Testing. Records of the 1999 IEEE International Workshop on, San Jose, CA, USA, 1999: [4] 刘 平, 刘 建 勇, 姚 琲. SEM/EDX 和 FTIR 在 手 机 电 触 点 失 效 分 析 方 面 的 应 用 [J]. 失 效 分 析 与 预 防,2010,5(2): [5] 林 金 堵, 吴 梅 珠. PCB 镀 通 孔 发 生 空 洞 的 根 本 原 因 和 对 策 [J]. 印 制 电 路 信 息,2010,(4): [6] 宋 长 发. 电 子 组 装 钎 焊 缺 陷 研 究 [J]. 电 子 工 艺 技 术,2010,31 (5): [7] 张 玲 芸. 手 工 焊 接 的 质 量 控 制 [J]. 电 子 工 艺 技 术,2010,31 (4): [8] 陈 增 生. SMC/SMD 的 手 工 焊 接 工 艺 技 术 [J]. 电 子 工 艺 技 术, 2009,30(5): 收 稿 日 期 : 方 法 的 局 限 性, 创 新 性 地 提 出 了 一 种 润 湿 性 动 态 测 试 方 法 进 一 步, 为 了 验 证 该 方 法 的 可 行 性, 本 文 自 行 设 计 了 一 套 简 单 的 动 态 测 试 系 统, 并 对 Sn63Pb37 SAC305 和 Au80Sn20 三 种 预 成 型 焊 片 的 润 湿 性 能 进 行 测 试, 所 得 结 论 如 下 :(1) 该 润 湿 性 动 态 测 试 方 法 切 实 可 行, 能 对 焊 料 润 湿 性 进 行 分 级 评 判 ;(2) 该 润 湿 性 动 态 测 试 方 法 直 观 性 好, 可 得 到 焊 料 熔 化 过 程 的 细 节 ; (3) 该 润 湿 性 动 态 测 试 方 法 简 单 方 便, 其 动 态 参 数 可 以 为 研 究 某 一 个 时 刻 的 预 成 型 焊 片 的 润 湿 性 能 作 参 考 ; (4) 该 润 湿 性 动 态 测 试 方 法 的 适 用 对 象 并 不 局 限 与 预 成 型 焊 片, 对 其 他 形 状 的 焊 料 也 可 以 使 用, 特 别 是 针 对 厚 度 小 和 尺 寸 小 的 焊 料 参 考 文 献 : [1] 吴 懿 平, 鲜 飞. 电 子 组 装 技 术 [M]. 武 汉 : 华 中 科 技 大 学 出 版 社,2007. [2] Reed J. NCMS PWB Surface Finishes Team Project Summary [C]. IPC Fall Meeting, San Diego, 1990: [3] 中 华 人 民 共 和 国 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 / 中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会. GB/T 钎 料 润 湿 性 试 验 方 法 [S]. [4] 金 德 宣. 微 电 子 焊 接 技 术 [M]. 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社 ;1990. [5] USA Department of Defense. MIL-STD Test Method Standard Microcircuit[S]. [6] 国 家 科 学 技 术 工 业 委 员 会. GJB360A 1996 电 子 与 电 气 元 件 试 验 方 法 [S]. ( 上 接 第 254 页 ) 列 各 种 常 用 类 型 和 尺 寸 的 预 成 型 焊 片 的 润 湿 性 评 价 标 准, 实 际 生 产 中 只 要 对 比 抽 样 的 实 验 数 据 和 标 准, 按 照 前 述 评 价 方 法, 就 能 在 短 时 间 内 确 定 该 批 次 预 成 型 焊 片 是 否 符 合 要 求 比 如 1.00 mm 1.00 mm 0.03 mm 的 Sn63Pb37 预 成 型 焊 片, 在 空 气 中 与 表 面 镀 镍 金 的 Cu 基 板 加 热 到 233, 在 助 焊 剂 作 用 下, 焊 片 几 乎 铺 满 整 个 基 板, 铺 展 率 大 大 超 过 100%, 如 图 18 所 示, 则 Sn63Pb37 焊 片 在 表 面 镀 镍 金 的 Cu 基 板 上 的 润 湿 性 级 别 可 定 义 为 极 好 若 某 批 次 产 品 抽 检 结 果 出 现 了 异 常 情 况, 则 说 明 该 批 次 产 品 存 在 问 题 图 18 Sn63Pb37 焊 片 铺 展 现 象 3 结 论 本 文 根 据 预 成 型 焊 片 的 特 点 和 其 他 润 湿 性 测 试 [7] USA Department of Defense. MIL-STD Test Method Standard Electronic and Electronical Component Parts[S]. [8] 史 建 卫, 许 愿, 柴 勇. 电 子 组 装 材 料 润 湿 性 评 价 方 法 - 润 湿 平 衡 测 试 法 [J]. 技 术 交 流,2009,(1):1-7. 收 稿 日 期 : IPC 计 划 2012 年 3 月 举 办 学 术 论 文 竞 赛 IPC 诚 邀 业 内 所 有 专 注 于 中 国 电 子 行 业 发 展 的 各 位 中 国 工 程 师 和 中 国 各 大 专 院 校 师 生 为 首 届 IPC 学 术 论 文 竞 赛 积 极 投 稿 由 全 球 著 名 的 业 界 专 家 评 审 团, 将 根 据 作 者 提 交 的 论 文 摘 要 对 投 稿 进 行 初 选 初 选 范 围 包 括 IPC 在 中 国 举 办 的 历 次 研 讨 会 演 讲 内 容 以 及 从 2010 年 第 4 期 开 始 刊 登 在 电 子 工 艺 技 术 杂 志 上 的 文 章 评 比 将 从 以 下 几 个 方 面 进 行 : 内 容 的 原 创 性 和 先 进 性, 文 字 流 畅 性 和 结 构 严 谨 性 初 选 入 围 的 作 者 将 于 2011 年 11 月 初 收 到 评 审 团 的 初 评 意 见, 之 后 进 入 论 文 准 备 阶 段 论 文 全 文 提 交 截 止 日 期 为 2011 年 12 月 31 日

27 电 子 工 艺 技 术 262 Electronics Process Technology 2011 年 9 月 第 32 卷 第 5 期 Sn-9Zn/Cu 焊 点 剪 切 强 度 及 断 口 形 貌 分 析 孙 静, 孟 工 戈, 陈 永 生 ( 哈 尔 滨 理 工 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院, 黑 龙 江 哈 尔 滨,150040) 摘 要 : 研 究 了 BGA 直 径 分 别 为 750 μm μm μm 的 Sn-9Zn/Cu 焊 点 剪 切 强 度 及 其 变 化 规 律 采 用 SEM 和 EDX 对 剪 切 断 口 进 行 观 察 和 元 素 成 分 分 析 试 验 结 果 表 明, 随 着 焊 球 直 径 的 增 大, 焊 点 剪 切 强 度 先 减 小 后 增 大 剪 切 断 裂 位 置 大 部 分 位 于 钎 料 内 部, 局 部 位 于 界 面 化 合 物 Cu5Zn8 处 在 相 同 的 剪 切 高 度 与 剪 切 速 率 下, 随 着 焊 点 直 径 的 增 加, 断 裂 形 式 依 次 为 韧 性 断 裂 脆 性 断 裂 韧 脆 混 合 断 裂 和 抛 物 线 型 韧 窝 变 浅 关 键 词 :Sn-9Zn; 剪 切 强 度 ;IMC; 剪 切 断 口 中 图 分 类 号 :TN604 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : (2011) Sn-9Zn/Cu Solder Joints Shear Strength and Fracture Morphology Analysis SUN Jing, MENG Gong-ge, CHEN Yong-sheng (Harbin University of Science and Technology, Harbin , China ) Abstract: The shear strength and changing regularity of Sn-9Zn BGA solder joints are studied, BGA diameters are 750 μm, 1 000μm, 1300μm. SEM and EDX are used to observe the shear fractures and element component. The results show that, Sn- 9Zn/Cu solder joints shear strength first decreases and then increased with the increase of solder ball diameter. The fracture positions of Solder joints are most located in solders, and partially in the interface compounds Cu5Zn8 after welding. In the same shear height and shear rate, with the increase of the diameter of solder joint, the fracture mode is in order as ductile fracture, brittle fracture and ductile-brittle mixed fracture; The parabolic dimples become shallow. Key words: Sn-9Zn; Shear strength; Intermetallic compound; Shear fracture Document Code: A Article ID: (2011) 由 于 含 铅 物 质 对 人 体 和 环 境 造 成 危 害, 新 型 无 铅 电 子 焊 料 的 研 究 和 开 发 成 为 电 子 和 材 料 界 近 年 来 的 热 点 之 一 目 前 应 用 最 为 广 泛 的 是 Sn-Ag-Cu 系 合 金 无 铅 焊 料, 但 其 价 格 较 高 因 此 成 本 低 廉 熔 点 较 低 和 力 学 性 能 良 好 的 共 晶 Sn-Zn 系 合 金 受 到 许 多 研 究 者 的 关 注 [1-4] [5] 文 献 报 道 Sn-Zn 钎 料 /Cu 接 头 形 成 了 不 同 于 其 他 钎 料 /Cu 接 头 的 反 应 扩 散 层, 即 Cu-Zn 化 合 物 层, 但 是 确 定 反 应 层 中 形 成 的 化 合 物 类 型 以 及 接 头 强 度 与 界 面 反 应 层 生 长 之 间 的 关 系 还 需 要 进 一 步 的 研 究 与 探 讨 球 栅 阵 列 (Ball Grid Array,BGA) 封 装 是 适 应 目 前 电 子 封 装 技 术 朝 高 密 度 化 小 型 化 和 集 成 化 等 多 功 能 方 向 发 展 的 一 种 新 型 技 术 而 BGA 封 装 元 器 件 的 焊 点 常 由 于 热 失 配 和 器 件 装 配 外 力 等 原 因 发 生 剪 切 破 坏, 因 此 BGA 封 装 中 芯 片 与 印 制 电 路 板 (Printed Circuit Board, PCB) 之 间 良 好 的 剪 切 性 能 是 器 件 高 可 靠 性 的 保 证 [6] 近 年 来, 已 有 部 分 关 于 添 加 合 金 元 素 对 Sn-Zn 共 晶 合 金 力 学 性 能 及 界 面 区 组 织 的 研 究, 但 这 些 研 究 主 要 集 中 在 Sn-Zn 合 金 与 两 Cu 片 搭 接 形 式 上 [7,8], 对 于 其 在 PCB 焊 点 的 研 究 甚 少 本 文 主 要 研 究 Sn-9Zn/Cu 焊 点 剪 切 强 度 与 剪 切 断 裂 位 置 断 口 形 貌 之 间 的 关 系 以 及 断 裂 机 理 分 析 1 试 验 材 料 及 方 法 1.1 钎 料 制 备 作 者 简 介 : 孙 静 (1986- ), 女, 硕 士, 主 要 从 事 微 电 子 封 装 技 术 研 究 工 作

28 第 32 卷 第 5 期 孙 静, 等 :Sn-9Zn/Cu 焊 点 剪 切 强 度 及 断 口 形 貌 分 析 263 用 电 子 天 平 将 质 量 分 数 为 99. 9% 的 锡 粒 和 99. 9% 的 锌 粒 按 照 质 量 比 Sn Zn=91 9 准 确 称 量 后, 放 进 石 英 管 中, 在 高 频 感 应 加 热 机 上 熔 炼 Sn-9Zn 钎 料 为 防 止 钎 料 被 氧 化, 在 熔 炼 前 先 向 石 英 管 中 通 入 氩 气 排 除 石 英 管 中 的 空 气 将 Zn 粒 Sn 粒 混 合, 熔 体 在 电 磁 力 的 作 用 下 旋 转, 保 证 合 金 在 氩 气 保 护 下 稳 定 冷 却, 即 可 得 到 Sn-9Zn 共 晶 合 金 钎 料 1.2 BGA 焊 球 制 备 制 备 BGA 焊 球 时, 先 把 钎 料 切 成 细 小 的 块 状, 均 匀 地 放 在 已 铺 有 一 层 焊 膏 的 铝 板 上, 然 后 将 其 放 入 回 流 焊 炉 中 进 行 熔 球 待 铝 板 冷 却 后, 将 熔 好 的 BGA 焊 球 从 铝 板 上 取 下 放 入 无 水 乙 醇 中, 用 超 声 波 清 洗 制 得 BGA 球 直 径 尺 寸 分 别 为 750 μm μm 和 μm 1.3 剪 切 试 验 样 品 制 备 自 行 设 计 PCB, 板 厚 2 mm; 铜 焊 盘 表 面 镀 有 机 保 焊 膜 (Organic Solderability Preservatives,OSP), 焊 盘 间 距 4 mm, 焊 球 直 径 是 焊 盘 直 径 尺 寸 的 1.1 倍 ~1.2 倍 将 试 样 放 入 回 流 焊 机 内 进 行 焊 接 回 流 焊 实 际 温 度 曲 线 如 图 1 所 示 温 度 θ/ 时 间 t/s 图 1 回 流 焊 实 际 温 度 曲 线 2 实 验 结 果 分 析 2.1 焊 点 剪 切 强 度 及 断 裂 位 置 分 析 焊 点 的 剪 切 强 度 和 抗 拉 强 度 是 焊 料 最 为 重 要 的 2 个 力 学 性 能 指 标 在 大 部 分 情 况 下, 焊 料 主 要 承 受 剪 应 力, 而 且 焊 点 的 剪 切 强 度 往 往 小 于 抗 拉 强 度, 所 以 这 里 只 对 焊 点 的 剪 切 强 度 进 行 测 试 焊 点 的 剪 切 实 验 采 用 图 2 所 示 的 PTR-1100 型 接 合 强 度 测 试 仪, 剪 切 速 度 0.03 mm/s, 劈 刀 高 度 30 μm 图 3 为 剪 切 过 程 示 意 图 劈 刀 剪 切 高 度 剪 切 速 度 Cu 焊 盘 每 种 尺 寸 焊 球 测 试 10 个 试 样, 测 得 剪 切 载 荷, 再 利 用 公 式 (1) 计 算 得 到 焊 点 的 平 均 剪 切 强 度 如 表 1: τ= P/S (1) 式 中 :τ 为 焊 点 剪 切 强 度,MPa;P 为 焊 点 破 坏 载 荷,N;S 为 焊 点 断 口 的 实 际 面 积,mm 2 表 1 剪 切 试 验 结 果 焊 球 直 径 D/μm 剪 切 强 度 P/MPa 由 实 验 数 据 可 知 : 随 焊 球 直 径 的 增 大, 焊 点 剪 切 强 度 呈 V 字 形 变 化, 即 先 减 小 后 增 大 利 用 origin7.5 软 件 将 所 得 剪 切 强 度 数 据 作 图, 三 种 不 同 直 径 尺 寸 焊 点 剪 切 强 度 如 图 4 所 示 剪 切 强 度 P/MPa 焊 点 直 径 D/μm 图 4 三 种 直 径 尺 寸 焊 点 剪 切 强 度 为 了 进 一 步 探 究 焊 球 的 剪 切 强 度 的 微 观 机 理, 采 用 带 有 能 量 散 射 X 射 线 能 谱 仪 (EDX) 的 扫 描 电 镜 (SEM) 观 察 剪 切 断 口 的 断 裂 位 置, 从 而 分 析 断 裂 位 置 对 焊 球 剪 切 强 度 的 影 响 图 5 是 剪 切 断 口 韧 窝 EDX 面 成 分 分 析 图 由 该 图 可 知, 区 域 B 处 含 有 大 量 的 Sn( 质 量 分 数 86.10%), 只 有 少 量 的 Cu( 质 量 分 数 5.11%) 和 Zn( 质 量 分 数 8.79%) 说 明 该 处 为 钎 料 合 金, 即 剪 切 断 裂 位 置 位 于 体 钎 料 内 (a) 剪 切 断 口 (500 倍 ) (b) A 区 放 大 至 倍 计 数 率 /( 10 3 CPS) A 0.4 Zn Sn Cu Sn Zn Cu 能 量 E/keV B 图 2 PTR-1100 型 接 合 强 度 测 试 仪 图 3 剪 切 试 验 过 程 示 意 图 (c)b 区 EDX 分 析 图 图 5 BGA 焊 球 直 径 μm 韧 窝 EDX 面 成 分 分 析 图

29 264 电 子 工 艺 技 术 Electronics Process Technology 2011 年 9 月 图 6 是 BGA 焊 球 直 径 μm 韧 窝 EDX 面 成 分 分 析 图, 从 该 图 中 可 以 看 出,C 区 形 貌 明 显 不 同, 并 且 占 断 口 面 积 很 少 一 部 分 对 C 区 放 大 至 倍 进 一 步 观 察 图 6(b) 对 D 区 域 进 行 EDX 面 成 分 分 析 如 图 6 (c) 所 示, 该 区 域 Cu 和 Zn 元 素 的 质 量 比 约 为 ( 此 时 原 子 比 约 为 5 8), 可 知 该 区 域 Sn-9Zn 钎 料 与 铜 基 板 钎 焊 后 形 成 的 金 属 间 化 合 物 层 (IMC) 主 要 是 Cu 5 Zn 8 Zn 元 素 的 性 质 比 Sn 活 泼, 在 钎 焊 过 程 中 液 态 钎 料 中 的 Zn 先 于 Sn 与 母 材 Cu 反 应 生 成 Zn-Cu 化 合 物 层, 阻 碍 Sn 向 Cu 的 扩 散, 限 制 了 Cu-Sn 化 合 物 的 形 成 IMC 是 脆 性 材 料, 容 易 在 大 应 力 下 产 生 脆 性 断 裂, 从 而 造 成 焊 接 界 面 机 械 强 度 下 降 [9] c d F (c)1 000μm 剪 切 断 口 (80 倍 ) (d)f 区 放 大 至 倍 e f G (a) 剪 切 断 口 (80 倍 ) 计 数 率 /( 10 3 CPS) C Sn Zn 2.00 Sn (b) C 区 放 大 至 倍 Zn Cu 能 量 E/keV (c)d 区 EDX 分 析 图 图 6 BGA 焊 球 直 径 μm 韧 窝 EDX 面 成 分 分 析 图 由 上 述 可 知, 剪 切 断 口 大 部 分 位 于 体 钎 料 内, 只 有 局 部 断 裂 在 焊 点 界 面 Cu 5 Zn 8 处 2.2 焊 点 剪 切 断 口 形 貌 及 断 裂 机 理 分 析 为 考 察 焊 接 界 面 上 焊 料 微 观 结 构 对 无 铅 焊 球 剪 切 强 度 的 影 响, 对 试 样 焊 接 界 面 进 行 了 微 区 观 察 利 用 SEM 对 焊 球 经 剪 切 强 度 测 试 后 的 断 裂 面 进 行 形 貌 结 构 观 察 及 分 析 图 7 为 Sn-9Zn/Cu 焊 点 靠 近 Cu 侧 剪 切 断 口 全 貌 和 局 部 放 大 SEM 图 片 a E b D (e)1 300μm 剪 切 断 口 (80 倍 ) (f)g 区 放 大 至 倍 图 7 Sn-9Zn/Cu 焊 点 剪 切 断 口 SEM 形 貌 根 据 断 裂 方 式 不 同, 断 裂 可 分 为 韧 性 断 裂 与 脆 性 断 裂 韧 性 断 裂 是 金 属 材 料 产 生 明 显 宏 观 塑 性 变 形 断 裂, 这 种 断 裂 有 一 个 缓 慢 撕 裂 过 程, 断 口 上 有 大 量 的 微 孔 和 韧 窝 等, 局 部 微 小 区 域 内 发 生 剪 切 变 形 脆 性 断 裂 是 突 然 发 生 的, 断 裂 前 基 本 不 发 生 塑 性 变 形 由 图 7 可 以 看 出, 不 同 直 径 尺 寸 Sn-9Zn/Cu 焊 点 的 断 口 形 貌 及 断 裂 形 式 都 存 在 显 著 的 差 异 焊 点 直 径 尺 寸 不 同, 劈 刀 划 过 的 面 积 不 同, 焊 球 直 径 750μm 的 焊 点 推 刀 划 过 的 面 积 最 大 如 图 7(a) 所 示 此 外, 不 同 直 径 尺 寸 的 剪 切 断 口 中 均 有 抛 物 形 韧 窝 存 在, 这 是 由 于 试 样 在 剪 切 过 程 中 承 受 载 荷 时, 在 平 面 状 态 下 发 生 低 能 量 撕 裂, 韧 窝 沿 着 受 力 较 大 的 方 向 延 伸 所 致 焊 球 直 径 750μm 的 焊 点 断 口 中 有 较 深 的 抛 物 线 型 韧 窝 如 图 7(b) 所 示, 具 有 较 高 的 塑 性, 表 现 明 显 的 韧 性 断 裂, 因 此 此 时 的 韧 性 最 好, 即 剪 切 强 度 最 高 ; 焊 球 直 径 1 000μm 的 焊 点 剪 切 断 口 中 抛 物 线 型 痕 迹 变 得 很 少, 没 有 明 显 的 滑 移 或 塑 性 变 形 区 域 而 是 大 范 围 的 层 状 撕 裂 如 图 7(d) 所 示, 脆 性 变 为 主 要 的 断 裂 方 式, 因 此 此 时 的 剪 切 强 度 最 低 焊 球 直 径 1 300μm 的 焊 点 剪 切 断 口 中 有 部 分 浅 而 小 的 韧 窝 和 局 部 光 滑 区 域 如 图 7(f) 所 示, 抛 物 线 型 的 区 域 开 始 变 少 断 裂 方 式 属 于 韧 脆 混 合 断 裂, 因 此 剪 切 强 度 居 于 前 两 者 之 间 综 上 所 述, 焊 点 直 径 尺 寸 的 不 同 影 响 其 剪 切 强 度 与 断 裂 形 式 3 结 论 随 焊 球 直 径 的 增 大, 钎 焊 接 头 的 剪 切 强 度 呈 V 字 (a)750μm 剪 切 断 口 (100 倍 ) (b)e 区 放 大 至 倍 ( 下 转 第 276 页 )

30 电 子 工 艺 技 术 2011 年 9 月 第 32 卷 第 5 期 Electronics Process Technology 265 基 于 DSP 的 贴 片 机 运 动 控 制 设 计 彭 志 聪, 易 思 伟, 龙 绪 明 ( 广 东 省 电 子 学 会, 广 州, 邮 政 编 码 :510055) ( 西 南 交 通 大 学, 成 都, 邮 政 编 码 :610031) 摘 要 : 介 绍 了 一 种 利 用 DSP 微 处 理 器 对 贴 片 机 进 行 运 动 控 制 的 系 统 充 分 利 用 了 控 制 器 外 设 接 口 丰 富 及 运 算 速 度 快 的 特 点, 上 位 机 通 过 总 线 向 下 位 机 发 送 命 令, 以 电 子 尺 球 形 花 键 为 位 置 和 速 度 传 感 器 并 采 取 了 速 度 前 馈 的 算 法, 对 运 用 进 行 了 仿 真, 结 果 表 明 具 有 较 好 的 静 动 态 特 性 关 键 词 :DSP 控 制 ;PID 速 度 前 馈 ;PCI 总 线 ; 伺 服 系 统 中 图 分 类 号 :TN605 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : (2011) Motion Control Design of Pick-and-place Machine Based on DSP PENG Zhi-cong, YI Si-wei, LONG Xu-ming (1. Guangdong Institute of Electronics, Guangzhou , China) 2. The Southwest Jiaotong University, Chengdu , China) Abstract: Introduce a motion control system of pick-and-place machine with DSP micro-computer. Make good use of Plentiful peripheral interface and fast arithmetic speed of controller, upper computer sends order to lower computer through bus, take electronic digital caliper and spherical spline as position sensor and speed senor. Use algorithm based on speed feedforward, make simulation for application, the results show that the system is of good static and dynamic properties. Key words: DSP control; PID speed feedforward; PCI bus; Servo system Document Code: A Article ID: (2011) SMT 贴 片 机 是 一 个 视 觉 机 器 人 系 统, 由 X -Y - Z-θ4 个 自 由 度 机 械 手 PCB 传 输 定 位 系 统 元 器 件 上 料 系 统 和 视 觉 系 统 构 成 [1] 决 定 贴 片 速 度 和 精 度 的 是 机 械 手 的 运 动 控 制 作 为 实 现 开 放 式 控 制 系 统 的 核 心 技 术 开 放 式 的 运 动 控 制 技 术, 利 用 了 近 年 来 电 子 网 络 通 讯 计 算 机 和 控 制 理 论 等 领 域 的 新 成 果, 通 过 对 以 电 机 驱 动 的 执 行 机 构 等 设 备 进 行 运 动 控 制, 以 实 现 预 定 运 动 轨 迹 目 标 的 装 置, 用 于 完 成 多 个 运 动 轴 (2 轴 ~32 轴 ) 位 置 速 度 和 同 步 的 控 制, 是 先 进 制 造 技 术 的 基 石, 一 直 是 各 个 发 达 国 家 的 研 究 重 点 本 运 动 控 制 系 统 的 任 务 是 研 制 高 速 高 精 度 视 觉 贴 片 机 DSP 多 轴 运 动 控 制 卡, 同 时 实 现 4 个 轴 的 位 置 控 制, 研 究 解 决 高 速 度 高 加 速 度 运 动 与 贴 片 精 度 的 难 题 1 系 统 设 计 贴 片 机 主 要 包 括 两 个 传 送 机 构 一 个 是 X-Y 传 送 机 构 (X-Y 平 台 ); 另 一 个 是 Z 与 θ 传 送 机 构 贴 片 机 的 精 度 和 进 度 主 要 是 由 X 轴 和 Y 轴 运 动 传 动 机 构 决 定 的 高 精 度 的 闭 环 位 置 控 制 系 统 一 般 采 用 滚 珠 丝 杆 传 送 机 构 电 子 尺 线 性 编 码 器 将 贴 片 机 的 实 际 位 置 直 接 反 馈, 比 旋 转 轴 编 码 器 更 精 确, 可 靠 性 高, 不 受 机 械 磨 损 的 影 响 Z 轴 运 动 主 要 是 适 应 不 同 PCB 厚 和 不 同 元 器 件 的 高 低,Z 轴 有 气 动 驱 动 步 进 电 机 / 伺 服 电 机 驱 动 丝 杆 三 种, 有 些 贴 片 机 还 采 用 球 形 花 键 克 服 丝 杆 转 动 时 径 向 的 抖 动, 对 于 贴 细 间 距 器 件 用 途 很 大 θ 运 动 精 度 对 贴 片 精 度 影 响 很 大, 分 辨 率 要 高 运 动 控 制 卡 以 16 位 定 点 DSP TMS320LF2407A 为 核 心 微 处 理 器, 它 集 成 了 编 码 器 信 号 采 集 和 处 理 电 路 D/A 输 出 电 路 扩 展 存 储 器 电 路 和 DSP PC 机 通 信 电 路 [2] PC 机 把 粗 插 补 的 数 据 通 过 PCI 总 线 传 递 给 轴 控 制 卡 系 统,DSP 通 过 对 光 电 编 码 器 反 馈 信 号 处 理 作 者 简 介 : 彭 志 聪 (1956- ), 男, 毕 业 于 华 南 理 工 大 学, 主 要 从 事 电 子 信 息 制 造 业 SMT 生 产 设 备 的 研 发 与 技 术 管 理 工 作