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11 2012 PERIOD: July, 2012 VENUE:Shenzhen Convention & Exhibition Center,China SPONSORS Chinese Institute of Electronics(CIE) Shenzhen Optics and Optoelectronics Manufactures Association Shenzhen Dowell Exhibition Co.,Ltd. CO-ORGANIZERS Taiwan Electronic Connectors Association Electronic Technology Co.,Ltd. ORGANIZER Shenzhen Dowell Exhibition Co.,Ltd. SUPPORTING MEDIA Special Exhibition Areas A.Automative electronics,mobile electronics area ; B.Touch screen exhibition area,screen printing equipment exhibition area; C.Wiring harness equipment,cables,connectors and switches exhibition area; D.Die cutting industry,viscose and diaphragm exhibition area [email protected] O r g a n izing Co m m itt e e S h e n z h e n Do w e ll Ex h ibition Co., Lt d Co n t a c t Pe r s o n : Mr. Z h a n g Sh e n z h e n Of f ice E- m a il d e a d c o m

com Special Exhibition Areas A.Automative electronics,mobile electronics area ; B.Touch screen exhibition area,screen printing equipment exhibition area; C.

12 目前已经翻译成中文的版本本指南共30页尺寸为14.0 cm 21.5 cm 且用螺旋线装订方便检验人员和操作人员快速地对三种级别产品的焊点做出正确的验收决定可作为课堂培训的实用辅助教材也可放置在车间中供操作员参阅本指南提供了元器件镀覆孔孔壁以及焊料剖切图的彩色电脑绘图每张插图清晰地图示了如焊盘覆盖性垂直填充引线焊盘及孔壁的润湿性以及接触角的最低可接受性要求还提供了锡铅和无铅焊接连接的主要焊接缺陷的高清晰彩色显微照片如不润湿腐蚀锡尖开裂引线突出以及受扰焊点对于每个验收要求它引用和参考了来自IPC-A-610E和 J-STD-001E的相应规范和参考章节以便于进行进一步的验证另外还标注出了每个E版本与D版本的不同之处可以便于检验人员和操作人员了解新的要求表面贴装焊点评估-培训及参考指南手册会员特价 223 标准报价 330 本指南共38页尺寸为14.0 cm 21.5 cm 且用螺旋线装订方便检验人员和操作人员快速地对三种级别产品的焊点做出正确的验收判断它可作为课堂培训的实用辅助教材也可放置在车间中供操作员参阅本指南提供了片式元器件鸥翼型及J 型引线焊点的彩色电脑绘图每张插图都清晰地图示了每种元器件的焊点偏移的最低可接受条件以及详细描述了所有元器件焊点的最大/最小尺寸包括填充高度和长度还提供了锡铅和无铅焊接连接的主要焊接缺陷的高清晰彩色显微照片如不润湿焊料桥连以及受扰的焊点对于每个验收要求它引用和参考了来自 IPC-A-610E和J-STD-001E的相应规范和参考章节以便于进行进一步的验证另外还标注出了每个E版本与D版本的不同之处可以便于检验人员和操作人员了解新的要求通孔焊点评估-培训与参考指南会员特价 223 标准报价 330 尚在翻译中的版本元器件识别培训及参考指南手册可用于员工培训和快速查阅本手册涵盖了元器件识别的综合知识包括50多种当今电子组装常用的通孔和表面贴装元器件的彩色图片计算机绘图电路原理图符号及其详细说明可作为电子组装操作人员及检验人员的参考工具书 H版本更新了SSOP TSOP QFP LQFP PQFP LCC QFN和BGA封装的信息包括根据这些封装演变而来的所有封装的信息新增的元器件包括DFN 多排QFN PoP 堆叠封装 CSP 芯片尺寸封装 COB 板上芯片直装裸芯片和倒装芯片同时新增了一节强调了采用无铅元器件和组件时容易发生的交叉污染风险本手册术语部分可快速查找元器件的极性朝向引线类型及元器件标识符 CRDs 元器件值的读取章节提供了彩色的电阻及电感色环图以及电容图本手册共73页批量购买可享受优惠本培训和参考指南手册根据A版本的 IPC/WHMA-A-620扩增到了59页阐明了线缆及线束组件的关键验收标准 DRM-WHA-A向线束组装人员压接操作人员甚至质检人员讲解了所有基本的验收标准本手册可帮助解释有关线缆线束可接受性工业标准 IPC/WHMA-A-620中最重要要求的有效工具它采用了简单易懂的计算机绘图和适合于大多数基础生产线上员工的语言以贵公司确保产品达到行业标准的要求 DRM-WHA包含了导线种类线规绝缘皮的去除导线上锡接线柱及接头类型同轴线缆 IPC产品分类和验收标准导线的准备股线和绝缘皮的损伤导体变形开口和闭口连接筒的压接规定及要求压接变形料带残耳小孔绝缘皮支撑压接检查窗钟形压口导体压接要求导体刷闭口连接筒压接压接后绝缘皮的损伤带状线缆分立导线焊锡杯和一些线束线缆相关术语的词汇表批量购买可享受优惠线缆及线束组件培训及参考指南手册元器件识别培训及参考指南手册本手册可作为新员工操作人员销售人员采购人力资源行政人员学生及任何想了解通孔和表面组装基本工艺过程的技术人员的学习资料本手册共32页全彩色螺旋线装订尺寸为12.7 cm 20.3 cm 向初学者介绍了电子组装 DRM-53包括了70多张彩色照片及计算机绘图通过简单易懂的术语清晰地解析了电子组装技术在书尾的词汇表中给出了关键术语的定义以便于读者使用本手册还介绍了电子组装在电子行业中所起的作用书中的每个部分都包含了可参考的培训项目和工业规范这些培训项目和工业规范可提供更多更详细的信息学员可根据自己的实际情况选择阅读学习术语了解概况这本简易手册的所有内容批量购买可享受优惠 DRM 系列手册具备以下优点体积小携带方便描述准确计算机绘图与真图相结合一目了然生产线上的及时宝典有效提高员工工作效率减少误操作电子组装简介-培训及参考指南手册国际电子联接协会上海办公室骆佳洁 Candy Luo 电话 *610 邮箱传真手机深圳办公室张严方 Yanfang Zhang 电话邮箱传真手机北京办公室王颖乐 Tyler Wang 电话邮箱传真手机成都办公室李东卫 Dongwei Li 电话邮箱传真手机苏州办公室蒋健 Gene Jiang 电话邮箱传真手机

如不润湿腐蚀锡尖开裂引线突出以及受扰焊点对于每个验收要求它引用和参考了来自IPC-A-610E和 J-STD-001E的相应规范和参考章节以便于进行进一步的验证另外还标注出了每个E版本与D版本的不同之处可以便于检验人员和操作人员了解新的要求表面贴装焊点评估-培训及参考指南手册会员特价 223 标准报价 330 本指南共38页尺寸为14.0 cm 21.

15 CEMAC2012 免费聚焦电子制造业的专业视角理念工具和解决方案! 发展趋势 / 先进技术 / 低碳环保 / 新材料 / 运营模式活动时间 :2012 年 4 月 25 日 -26 日活动地点 : 上海光大会展中心国际酒店举行活动内容 : 主题研讨会专题讲座设计师沙龙表面贴装设备供应商理事会会议 (SMEMA 会议 ) 若您有意演讲或报名听讲, 请咨询 IPC China 工业项目部 Sean 或市场部 Jessie 联系方式 : [email protected]; [email protected] 欲了解活动详情, 请登陆

举行活动内容 : 主题研讨会专题讲座设计师沙龙表面贴装设备供应商理事会会议 (SMEMA 会议 ) 若您有意演讲或报名听讲, 请咨

16 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造制子电 PC NE O N 行业扩大市场份伴额及作伙获取贸合易商机的领先 Ch ina 2012 览馆 2012年展博 4月25-~27日上海世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 [email protected] 参观事宜请联络崔磊 [email protected]

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 www.nepconchina.

17 环境 m 2

18 IPC 2012 年 3 月认证课程公开班日程安排 Schedule of IPC Certification Programs for open class In Mar S/N Training Date 培训日期 Name of Certification Program 认证课程名称 Class Size Venue (Student) 培训班级规模地点 ( 学员数 ) Language 授课语言 CIT Price CIS Price (RMB/Student) (RMB/Student) IPC MIT CIT 价格 ( 元 / 人 ) CIS 价格 ( 元 / 人 ) Liaison IPC 讲师 Non Non 联系人 Member Member Member Member 会员会员非会员非会员 1 3 月 6 日 -9 日 IPC-A-620A CIT/CIS 公开班上海 4~15 人中文赵松涛 candy 2 3 月 13 日 -16 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公开班上海 4~15 人中文赵文彬 candy 3 3 月 19 日 -23 日 IPC-J-STD-001E CIT/CIS 公开班上海 3~12 人中文赵文彬 candy 4 3 月 26 日 -30 日 IPC-7711/21B CIT/CIS 公开班上海 3~12 人中文赵松涛 candy 5 3 月 5 日 -9 日 IPC-7711/21B CIT/CIS 公开班深圳 3~12 人中文赵松涛张严方 6 3 月 13 日 -16 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公开班深圳 4~15 人中文赵松涛张严方 7 3 月 20 日 -23 日 IPC-A-620A CIT/CIS 公开班深圳 4~15 人中文赵松涛张严方 8 3 月 26 日 -30 日 IPC-J-STD-001E CIT/CIS 公开班深圳 3~12 人中文赵松涛张严方 9 3 月 5 日 -9 日 IPC-7711/21B CIT/CIS 公开班北京 3~12 人中文赵洪利 Tyler 10 3 月 19 日 -22 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公开班北京 4~15 人中文赵洪利 Tyler 11 3 月 28 日 -30 日 IPC-A-600H CIT/CIS 公开班北京 4~15 人中文赵洪利 Tyler 8 3 月 13 日 -15 日 IPC-A-600H CIT/CIS 公开班武汉 4~15 人中文待定凌凯 9 3 月 26 日 -29 日 IPC-A-620A CIT/CIS 公开班武汉 4~15 人中文待定凌凯 10 3 月 6 日 -8 日 IPC-A-600H CIT/CIS 公开班苏州 4~15 人中文待定 Gene 11 3 月 19 日 -23 日 IPC-J-STD-001E CIT/CIS 公开班苏州 3~12 人中文待定 Gene 12 3 月 5 日 -9 日 IPC-J-STD-001E CIT/CIS 公开班成都 3~12 人中文待定李东卫 13 3 月 12 日 -16 日 IPC-7711/21 CIT/CIS 公开班成都 3~12 人中文待定李东卫 14 3 月 20 日 -23 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公开班成都 4~15 人中文待定李东卫注 : 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 :[email protected] Tel: Mobile: Candy:[email protected] Tel: Mobile: Tyler:[email protected] Tel: Mobile: 凌凯 :[email protected] Mobile: Tina:[email protected] Mobile:

CIT 价格 ( 元 / 人 ) CIS 价格 ( 元 / 人 ) Liaison IPC 讲师 Non Non 联系人 Member Member Member Member 会员会员非会员非会员 1 3 月 6 日 -9 日 IPC-A-620A CIT/CIS 公开班上海 4~15 人中文赵松涛 12 000 15 000 2 000 3

22 IPC 中国 2012 年度技术研讨会论文征集开始了! 2012 年是 IPC 中国成立十周年, 也将是 IPC 中国发展的一个新的起点除了每年在上海举办的中国电子工业制造年会 -CEMAC(5 月份 ) 和深圳举办的 WorksAsia(10 月份 ) 大型技术活动周之外, 还将在北京青岛西安成都武汉苏州等电子行业积聚地巡回举办技术研讨会, 以期近距离为遍及全国各地的电子企业及电子行业从业者提供更便捷的服务所有技术研讨会将会借助当地同期举办的展会, 并同期举行 IPC 中国十周年庆典 IPC 特邀您和贵公司参加 2012 年全年的技术研讨会论文征集活动, 欢迎业界朋友们踊跃投稿, 在 IPC 这个开放分享共同提高的电子制造业服务平台上与广大电子企业和从业人员分享贵公司的技术与经验 2012 年技术研讨会上的议题将涉及时下行业中最热门的高新技术设计材料组装工艺设备和环境等方面的内容论文议题涵盖 ( 但不限于 ) 如下 : 先进技术光伏技术纳米技术光电技术 RFID 电路系统微小型工艺面阵列 / 倒装技术 /0201 经营及供应链问题工厂自动化合同制造山寨电子产品供应链管理环境问题 PCB 制造和组装工艺挠性电路嵌入式有源 / 无源元器件封装与元器件 BGA 封装性能质量和可靠性黑焊盘 PCB 仓储与处理焊接测试检测和 AOI 技术锡须封孔和其他保护措施印制电子的返工与维修 HDI 技术高速高频 & 信号保真电迁移表面处理无铅制造组装与可靠性如果您有兴趣在论坛上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 : 郭记松 [email protected];Tel: *601;Fax:

24 工业和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 33 卷第 2 期 ( 总第 232 期 ) 主管 : 中华人民共和国工业和信息化部主办 : 中国电子科技集团公司第二研究所编辑出版 : 电子工艺技术编辑部目次支持单位 : 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 :[email protected] [email protected] 网址 : technology_magazines.asp 执行主编 : 吕淑珍广告编辑 : 李桂云美术编辑 : 季伟健综述无铅 BGA 枕头缺陷的研究 BGA 器件 ZX2101 回流过程有限元模拟微组装 SMT PCB 非醇醚类助焊剂及其焊膏的研究不同加载速率对 SAC/Cu 焊点剪切强度的影响无铅手工焊接工艺研究有铅和无铅 BGA 混装工艺研究无铅 BGA 返修工艺方法氧化膜强化技术在钽电容器生产中的应用双面 PSD 器件的工艺研究离心清洗设备的研制 LTCC 电路基板上金丝热超声楔焊正交试验分析新工艺新技术深槽 LIP 太阳能电池栅线电极技术多晶硅定向凝固工艺中石墨加热器的影响侯昌锦, 王会芬, 吴金昌, 等 (63) 陈一豪, 刘哲, 付红志, 等 (67) 白融, 赵麦群, 范欢 (71) 杨文宣, 王丽凤 (75) 毛书勤, 葛兵, 李静秋 (79) 吴军 (82) 张伟, 孙守红, 石宝松 (86) 焦红忠, 董宁利, 孙红杰 (90) 汪继芳, 刘善喜, 简崇玺 (93) 何英, 岳军 (96) 金家富, 胡骏 (99) 欧萌, 赵晓明 (102) 戴鑫, 杜海文, 张军彦, 等 (106) 国际标准连续出版号 :ISSN 中国标准连续出版号 :CN /TN 太阳能硅片丝印机视觉定位系统锗抛光片干燥技术研究魏海滨, 朱跃红, 郎鹏, 等 (110) 戚红英, 王云彪 (114) 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 :2012 年 3 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 : 不锈钢半球形零件的引伸模设计与研究 SMT 论坛冷却速率对无铅再流焊焊点质量的影响 ( 续完 ) 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 ) 广告索引表冯红玲, 邵 (118) 史建卫 (121) (A1) (A28) [ 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 )

25 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.33 No.2 (Published March 2012) Total No.232 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: [email protected] [email protected] 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 Study on Head-in-Pillow Defect for Lead Free BGA HOU Chang-jin WANG Hui-fen, WU Jin-chang, et al(63) Finite Element Modeling of Reflow Process for BGA ZX2101 CHEN Yi-hao1, LIU Zhe, FU Hong-zhi, et al(67) Micro-assembly Technology SMT PCB Study on Ethylene Glycol Ether Free Flux and Solder Paste BAI Rong, ZHAO Mai-qun, FAN Huan(71) Effect of Different Loading Rate on Shear Strength of SAC/Cu Solder Joints YANG Wen-xuan, WANG Li-feng(75) Research on Lead-free Bonding Technology by Hand MAO Shu-qin, GE Bing, LI Jing-qiu(79) Assembly Technology of BGA with Lead and Lead-free Materials WU Jun(82) Lead-free BGA Rework Process ZANG Wei, SUN Shou-hong, SHI Bao-song(86) Application of Reinforced Oxide Film for Tantalum Capacitors JIAO Hong-zhong, DONG Ning-li, SUN Hong-jie(90) Research of Double-side PSD Technology WANG Ji-fang, LIU Shan-xi, JIAN Chong-xi(93) Development of Centrifugal Cleaning Machine HE Ying, YUE Jun(96) Analysis of Orthogonal Test for Thermo-sonic Wedge Bonding on LTCC Circuit Board JIN Jia-fu, HU Jun(99) New Technology & Techniques Technology of High Aspect Ratio on Silicon Solar Cell Grid by LIP OU Meng, ZHAO Xiao-ming(102) Effect of Graphite Heater During Directional Solidification Process for Multi-crystalline Silicon Ingot DAI Xin, DU Hai-wen, ZHANG Jun-yan, et al(106) Vision Alignment System of Solar Cell Screen Printing Machine WEI Hai-bin, ZHU Yue-hong, LANG Peng, et al(110) Research of Dry Technology of Germanium Polished Wafers QI hong-ying, WANG Yun-biao(114) Design and Research on Drawing Dies for Hemispherical Parts of Stainless Steel FENG Hong-ling, SHAO Zhe(118) Electronics Assembly Technology Forum Effect of Cooling Rate on Solder Joint Quality In Lead-free Reflow Soldering (The end) SHI Jian-wei(121) Industry Information Other Industry News IPC-T-50H(published in installments (A1) (A28) 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 )

26 电子工艺技术 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期 Electronics Process Technology 63 综述无铅 BGA 枕头缺陷的研究侯昌锦 1,2, 王会芬 2, 吴金昌 2 1, 张亚非 (1. 上海交通大学微纳科学技术研究院, 上海 ; 2. 广达上海制造城表面贴装技术实验室, 上海 ) 摘要 :BGA 枕头焊点的锡膏和锡球完全没有融合成为一体, 倒过来看就像头压在枕头上面介绍了四种有效的检测方法从设计材料和工艺三方面分析了枕头缺陷的潜在影响因素选取 PCB 玻璃态转化温度钢网厚度 BGA 贴装偏移量和回流焊炉链条速度四个因素进行两水平全因子实验设计, 在成功复制枕头缺陷的基础上, 分析了各因素的影响作用, 得出了链条速度是最显著的影响因素关键词 :BGA 焊点 ; 枕头缺陷 ;DOE 实验设计中图分类号 :TN605 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Study on Head-in-Pillow Defect for Lead Free BGA HOU Chang-jin 1,2 WANG Hui-fen 2, WU Jin-chang 2, ZHANG Ya-fei 1 (1. Research Institute of Micro/Nano Science and Technology, Shanghai Jiao Tong University, shanghai , China; 2. SMT Lab of Quanta Shanghai Manufacture City, Shanghai , China) Abstract: Solder paste and solder ball are not completely fused into one BGA head-in-pillow, Upside down as head on a pillow. Four effective methods for observing are introduced. And analyze the potential factors of this defect from design, materials and process. Then select PCB θ g point, stencil thickness, BGA mounting deviant and reflow chain speed as four factors to DOE. After successfully copy the head-in-pillow defect, discuss the effect of all factors. Finally find that the chain speed is the most significant one. Key words: Lead free BGA solder joint; Head-in-Pillow defect; DOE Document Code: A Article ID: (2012) 近年来, 随着人类环保意识的增强以及 RoHS 法规的实施, 电子产品无铅化已经越来越普遍在 SMT 领域, 传统 Sn63Pb37 焊料的熔点是 183, 现在普遍应用的无铅 SAC305 焊料的熔点是 217, 回流焊接温度提高了许多为了满足市场需求, 电子产品的功能越来越强, 特别是消费类电子产品, 相应地, 高集成度的 BGA 元件的使用越来越多 ; 另外, 产品越来越薄, 要求 PCB 和 BGA 元件也变得越来越薄 [1] 随着上述情况的变化, 一种称之为枕头缺陷 (Head-in-Pillow,HiP) 的焊点缺陷在 BGA 元件上显著增加了图 1 是三种焊点的微切片金相图, 通过比较可以发现枕头焊点的显著形状特征 (1) 枕头焊点 (2) 半枕头焊点 (3) 正常焊点图 1 三种焊点比较枕头焊点的锡膏和锡球完全没有融合成为一体, 倒过来看就像头压在枕头上面半枕头焊点的作者简介 : 候昌锦 (1984- ), 男, 硕士, 主要从事表面贴装技术方面的研究工作张亚非 (1955- ), 男, 教授, 博士生导师, 长期从事凝聚态物理方向的研究基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( 项目编号 : ); 上海市科技项目 ( 项目编号 :09JC ,1052nm02000)

27 64 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月锡膏和锡球, 虽然有部分连接, 但是没有完全融合在一起正常焊点的锡膏和锡球完全融合在一起, 焊点的轮廓是一条光滑的弧形如今,BGA 焊点枕头缺陷吸引了学者们的普遍关注和广泛研究 [2] [3], 主要从实际案例和形成机理等方面来分析枕头缺陷的潜在影响因素和研究抑制枕头缺陷的措施但是本文从反方向着手, 通过 DOE 设计, 在成功模拟复制枕头缺陷的基础上, 来分辨各种因素的影响作用 (1) 侧面观察法 (2) X 射线透视法 1 枕头缺陷的检测方法在生产过程中, 经过 SMT 回流焊接后, 枕头缺陷的焊点在测试治具的压力作用下,PCBA 一般能够通过 ICT 或者功能测试而不能及时发现缺陷, 部分会在组装成整机后测试不通过, 再剩下部分会在运输过程和使用过程出现失效, 造成重大损失因此, 枕头缺陷的及时发现是一项重要的检测工作在实验室中, 枕头缺陷的检测原则是先采用非破坏性分析方法, 然后再利用破坏性分析方法根据实际工作的实践和总结, 枕头缺陷的有效检测方法主要有四种 : (1) 侧面观察法, 利用镜头可旋转的数码显微镜 ( 如 KEYENCE VHX-600E) 或在立体显微镜 ( 如 Olympus SZX12) 下侧立 PCBA 进行直接观察该方法的优势一方面可以直观地看到枕头焊点, 另一方面属于一种非破坏性检测方法缺点则是只能观察到最外围的焊点, 且由于周边元件的影响, 不太适用于观察位于 PCBA 中央位置的 BGA (2)X 射线透视法, 通过旋转 X 射线透视系统 ( 如 Dage XD7600NT ) 的影像接收器的角度, 并在高倍率的放大情况下进行观察该方法亦属于非破坏性检测, 但是需要有丰富的经验才能分辨出枕头缺陷 (3) 微切片分析法, 通过金相显微镜来观察该方法可以非常直观地观察到枕头缺陷, 并且通过分析焊点形态及界面的结构有助于帮助我们找到形成该缺陷的原因但是该方法属于破坏性检测, 整个 PCBA 将报废, 成本较高 (4) 剥离观察法, 直接把 BGA 从 PCBA 上剥离后, 在立体显微镜下观察 BGA 元件一侧的焊点形状, 枕头焊点具有向内凹的小酒窝该方法可以快速有效地找出整个 BGA 上的所有枕头焊点的位置, 但是同样是一种破坏性检测方法实际工作中通常需要结合以上 4 种检测方法来进行观察分析图 2 为各种检测方法所观察到的枕头焊点图片 (3) 微切片分析法 (4) 剥离观察法图 2 四种检测方法观察到的焊点图片 2 枕头缺陷的影响因素业界对 BGA 枕头缺陷的形成机理至今未达成一致意见, 因为导致枕头缺陷的潜在影响因素很多 [4] 在对近千个枕头焊点的检测分析基础上, 结合业界学者的观点, 我们认为可从设计材料和工艺三方面来分析导致枕头焊点的影响因素 (1) 设计方面 :PCB 焊盘设计 (SMD 和 NSMD) 和元器件布局设计影响回流焊接过程中热量的均匀性而诱发枕头缺陷的发生 (2) 材料方面 :(a) 印刷到 PCB 上的锡膏体积量不足, 助焊剂去污染或氧化能力差, 锡膏中活性物质起作用的温度范围窄或时间短等都有可能导致枕头缺陷的发生 ;(b)bga 和 PCB 因材料抗热性或均质性差, 致使在加热过程中发生翘曲增加枕头缺陷产生的几率 ;(c)bga 锡球被污染或氧化, 出现拒焊同样会导致枕头缺陷 (3) 工艺方面 :(a)bga 贴装时偏移 ;(b) 空气条件下进行回流焊接, 容易导致锡球和锡膏氧化 ;(c) 回流焊温度曲线的关键参数设置不当, 比如最高温度回流焊接时间以及预热时间设置等这些工艺参数对 BGA 枕头缺陷的形成都有一定的影响导致 BGA 形成枕头焊点的原因是多方面的, 是各种因素综合作用的结果为了分辨各种因素的影响效果和作用大小, 可以组合各种设计材料和工艺条件来模拟复制枕头缺陷影响因子的选择有以下四个 : (1) 选取两种玻璃态转化温度 θg 的 PCB 来衡量在加热时 PCB 的翘曲对枕头焊点的影响效果 ; (2) 选取两种厚度的钢网来衡量锡膏量对枕头焊点的影响效果 ; (3) 贴装 BGA 时, 设置无偏移和有偏移两种情况来衡量 BGA 贴装时的偏移量对枕头焊点的影响效果 ;

28 第 33 卷第 2 期侯昌锦, 等 : 无铅 BGA 枕头缺陷的研究 65 (4) 炉子各炉区温度设置不变, 选取两种不同的链条速度来衡量炉温曲线对枕头焊点的影响效果 3 试验设计 3.1 试验参数的设计选用上述四个因素, 利用 Minitab 软件进行两水平全因子的 DOE 设计各因子高低水平的具体数值见表 1, 运行顺序见表 2 表 1 DOE 因子水平表水平因子低水平高水平 PCBθg/ 钢网厚度 d/ mm BGA 贴装偏移量 b/ mm 回流焊炉链条速度 v/ (cm min -1 ) 表 2 DOE 试验表钢网 BGA 链条运行 PCBθg BGA 厚度偏移速度顺序 (A) 编号 (B) (C) (D) #1-1~# #2-1~# #3-1~# #4-1~# #5-1~# #6-1~# #7-1~# #8-1~#8-5 图 3 PCB 一侧的菊花链设计图检测设备主要有万用表金相显微镜立体显微镜 Dage XD7600NT 3D X 射线检测仪 (X-Ray) 和 HITACHI S-3000 扫描电子显微镜 (SEM) 等 4 结果与分析在万用表测量电阻判断开路焊点的失效区域后, 再结合枕头缺陷的 4 种检测方法, 共发现 10 片 PCBA 上出现了枕头焊点 BGA 枕头焊点发生的比例为 12.5% 所有 BGA 上的枕头焊点的数量统计结果见表 3, 总共 96 个表 3 枕头焊点数量分布 BGA 编号 #1-1 #1-3 #5-3 #7-5 #10-1 枕头焊点数量 n/ 个 BGA 编号 #11-3 #11-4 #11-5 #12-5 #16-3 枕头焊点数量 n/ 个四种因子对枕头焊点的影响效果分别如图 4 所示 #9-1~# #10-1~# #11-1~# #12-1~# #13-1~# #14-1~# #15-1~# #16-1~#16-5 枕头焊点数量 n/ 个 PCBθg 钢网厚度因子种类 BGA 贴装偏移量回焊炉链条速度 3.2 试验材料及设备试验用钎料选用厂内生产所用的 SAC305 锡膏 ; BGA 采用菊花链设计, 锡球合金成分也为 SAC305 PCB 的厚度为 0.8 mm, 表面处理方式为 OSP( 有机保护膜 ) 根据 BGA 一侧的菊花链, 在 PCB 一侧设计相应的菊花链和测试点, 通过两侧的菊花链可把所有的焊点连成一条通路, 如图 3 所示, 通过测试点能快速地检测出开路焊点的失效区域组装过程中所用的印刷机型号 :FUJI GP 641E; 贴片机型号 :Panasonic NM-EJM9B; 回流焊炉型号 :FURUKAWA XNⅢ-945PC 图 4 四种因子的影响效果从图 4 中可知,(1) 当 PCB 的 θ g 从 130 提高到 150, 枕头焊点数量从 55 个减少到 41 个, 降低了 25.5%;(2) 当钢网厚度从 0.08 mm 提高到 0.13 mm, 枕头焊点数量从 61 个减少到 35 个, 降低了 42.6%; (3) 当 BGA 贴装时的偏移量从 0 mm 增加到 0.25 mm, 枕头焊点数量从 39 个增加 57 个, 增加了 46.2%; (4) 当回流焊炉子的链条速度从 90 cm/min 提高到 110 cm/min, 枕头焊点数量从 12 个增加 84 个, 增加了 600% 在这个实验中, 很明显, 影响回流焊温度曲线的链条速度对枕头焊点的影响最大, 其次为 BGA

29 66 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月贴装时的偏移量, 第三为影响锡膏体积量的钢网厚度, 最后为影响翘曲的 PCBθ g 下面分别分析各因子的影响作用 (1) 因为高 θg 的板子在高温时具有高的热态抗弯强度, 意味着在高温时其抗弯曲翘曲和扭曲性能都较好 [5] 在回流焊接时, 板子翘曲会增加 PCB 上锡膏与 BGA 锡球之间的间隙, 如图 5 所示而间隙越小, 在回流过程中焊料和锡球越容易熔融在一起形成一个焊点因此, 高 θ g 的 PCB, 能够有效降低由于热变形引起的枕头缺陷数字表示该位置上枕头焊点出现的累积个数, 无红色填充但有数字的方格表示半枕头焊点的个数从图中可见, 枕头焊点大都出现在 BGA 元件的四个角落和左右两个边上, 从分布规律可以说明在回流焊接时,BGA 和 PCB 在加热过程中, 四个角落和左右两边翘曲严重, 使得锡球与焊料顶端的间隙较大, 在液相线以上仍然无法接触而形成导致热态翘曲的原因既有原材料方面的因素也有炉温曲线工艺参数方面的因素图 5 锡膏与锡球之间的间隙 (2) 钢网厚度越厚, 则印刷到 PCB 上的锡膏量就越多一方面, 更多的锡膏有更多的助焊剂来清洗 BGA 锡球的污染物和氧化物 ; 另一方面, 锡膏印刷越厚板子上锡膏与 BGA 锡球之间的间隙越小所以在不至于引起短路等其他问题的情况下适当地增加锡膏量可以减少枕头缺陷的发生 (3)BGA 贴装时偏移量越多在回流焊接时锡膏和锡球暴露在空气中的面积越多, 如图 6 所示, 在回流焊接过程中就有更多的氧化物产生在锡膏和锡球的表面, 而助焊剂很难完全去除这些氧化物, 因此会导致枕头焊点的出现图 6 BGA 贴装偏移 (4) 回流焊炉子链条的速度越快, BGA 通过回流焊炉的时间越短一方面, 因炉温峰值是一定的, 更短的过炉时间, PCB 和 BGA 会有更快的升温和降温速率, 会导致 PCB 和 BGA 有更大的翘曲 ; 另一方面, 更短的过炉时间, 意味着锡膏和锡球在液相线停留的时间更短, 锡膏完全坍塌后 BGA 锡球接触锡膏并与锡膏混溶结合的时间更短, 这必然会增加 BGA 锡球与熔融锡膏无法完全融合在一起的几率, 从而形成枕头焊点将所有枕头焊点的位置分布进行统计, 结果如图 7 所示, 每个小方格代表一个焊点位置, 红色填充的小方格表示为枕头焊点, 默认为 1, 红色方格上的图 7 枕头焊点分布累积图 5 结论在组合材料和工艺方面影响因素的条件下, 基于 DOE 实验研究, 可得出如下结论 : (1) 枕头缺陷发生的概率随着 PCBθg 点的提高而降低当 PCB 的 θg 从 130 提高到 150, 枕头焊点数量降低了 25.5% 可见,θg 值较高的 PCB 可减少枕头焊点发生的概率 (2) 枕头缺陷发生的概率随着钢网厚度的增加而减少当钢板厚度从 0.08 mm 提高到 0.13 mm, 枕头焊点数量降低了 42.6%, 可见适当增加钢网的厚度, 可以抑制枕头焊点的发生 (3) 枕头缺陷发生的概率随 BGA 贴装时的偏移量增加而增大当 BGA 贴装偏移从 0 mm 升到 0.25 mm, 枕头焊点数量增加了 46.2%, 可见 BGA 精确贴装对抑制枕头缺陷有帮助 (4) 在炉子其他设置不变的条件下, 枕头缺陷发生的概率随着炉子链条速度的提高而增加当炉子链条速度从 90 cm/min 提高到 110 cm/min, 枕头焊点数量增加了 600%, 可见降低炉子链条速度可以显著抑制枕头焊点缺陷的发生概率 BGA 枕头缺陷是由多种影响因素综合作用形成的, 在解决问题的时候, 应从主要影响因素着手进行改善为了避免枕头缺陷的发生, 首先要选择热翘曲性能较好的 BGA PCB 和助焊剂化学性能较好的锡膏, 然后对 SMT 工艺参数进行优化, 特别是炉温曲线关键参数的优化 ( 下转第 126 页 )

30 电子工艺技术 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期 Electronics Process Technology 67 BGA 器件 ZX2101 回流过程有限元模拟陈一豪 1, 刘哲 2, 付红志 2, 方文磊 2, 夏卫生 1 1, 3, 吴丰顺 (1. 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验, 湖北武汉 ; (2. 中兴通讯股份有限公司物流体系工艺研究部, 广东深圳 ; (3. 华中科技大学武汉国家光电实验室, 湖北武汉 ) 摘要 : 采用间接耦合的方法对 BGA(Ball Grid Array) 器件 ZX2101 的回流过程进行有限元模拟, 得出回流结束后 BGA 器件整体 PCB 以及芯片基板的温度分布, 同时仿真分析了焊球阵列部分的温度分布随时间变化的情况, 据此得到回流结束后 PCB 与芯片基板的变形在设定的温度边界条件下, 得到了四点回流曲线, 模拟结果与实测结果相吻合关键词 : 球栅阵列 ; 回流过程 ; 有限元模型 ; 温度分布 ; 应力分布中图分类号 :TN605 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Finite Element Modeling of Reflow Process for BGA ZX2101 CHEN Yi-hao 1, LIU Zhe 2, FU Hong-zhi 2, FANG Wen-lei 2, XIA Wei-sheng 1, WU Feng-shun 1, 3 (1. State Key Laboratory of Materials Processing and Die & Mould Technology of Huazhong University of Science and Technology, Wuhan , China; 2. Zhongxing Telecom Equipment Corporation, Shenzhen , China; 3. Wuhan National Laboratory for Optoelectronics of Huazhong University of Science and Technology, Wuhan , China) Abstract: Indirect coupling method is applied to simulate the reflow process for the ball grid array (BGA) package ZX2101. Temperature profiles of the whole package, printed circuit board (PCB), and the base board of chip are obtained after the reflow process, as well as the ball array. Based on these temperature profiles, and the deformation of PCB and the base board of chip are simulated. The reflow curve is determined on the given boundary condition of temperature. The simulated results agree well with the experimental. Key words: Ball Grid Array; Reflow process; Finite element modeling; Temperature profile; Stress profile Document Code: A Article ID: (2012) 随着封装技术的不断发展和用户需求的不断提升, 球栅阵列 (Ball Grid Array,BGA) 封装器件正朝着密间距和微型化方向发展, 对再流焊工艺也提出了越来越严格的要求再流焊过程中, 芯片载体基板和焊球之间的热膨胀系数 (Coefficient of Thermal Expansion,CTE) 差异不仅会导致芯片基板和印刷电路板 (Printed Circuit Board,PCB) 受热翘曲变形, 还会使焊球内产生周期性的应力应变过程, 引发焊球失效同时集成度越来越高的元器件也会因为承受过热而导致损坏 [1] 因此, 通过设定和调整回流炉的控制参数, 获得合理的满足要求的回流曲线就显得至关重要然而, 传统的工艺是通过试误法来确定再流焊的焊接温度曲线这种方法不仅耗费资源, 而且试验周期长, 不能适应当前电子产品更新速度快和竞争日益激烈的需求为此, 本文利用有限元的方法模拟再流焊过程获得焊球温度分布情况芯片基板及 PCB 变形量, 以期实现再流焊接工艺参数预选和优化基金项目 : 中国 - 欧盟科技合作基金项目 ( 项目编号 :1110) 作者简介 : 陈一豪 (1987- ), 男, 硕士, 主要从事电子封装与微连接的研究工作吴丰顺 (1965- ), 男, 教授, 主要从事微连接与电子封装焊接工艺及装备的研究工作

31 68 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 1 有限元模型建立采用间接耦合方法进行模拟计算, 首先模拟得出封装体各部件在回流温度下的温度分布, 之后将温度结果作为载荷加载来计算封装体各部件热变形 1.1 单元选择在温度分布模拟时, 封装体所有材料采用 solid70 单元, 该单元可用于建立三维瞬态热模型, 包含 8 节点, 每个节点包含一个自由度即温度热变形仿真阶段, 封装体所有材料采用 solid185 单元来构造三维固体结构, 该单元每个节点有三个沿着 xyz 方向平移的自由度, 单元具有超弹性应力刚化蠕变大变形和大应变能力 solid70 和 solid185 单元结构如图 1 所示变过程芯片基板 (BT) 焊球 (SAC305) 塑封料芯片以及 PCB(FR-4) 等材料的参数分别见表 1~ 表 4 [2] 表 1 温度分布计算所用材料参数材料密度 ρ/ 导热系数 λ/ 热容 C/ (kg cm -3 ) (W m -1 K -1 ) (J g -1 K -1 ) 芯片基板焊球塑封料芯片 PCB 表 3 [3-5] 表 2 计算应力变形时所用的材料参数 P M I N O,P K,L 弹性模量线膨胀系数 α/ 材料泊松比 E/GPa ( 10-6 K -1 ) SAC X Z o M Y I L J N I K I J M,N,O,P K,L J L K J 芯片芯片基板塑封料 10.00(θ<θg) 14.1(θ<θg) 0.25 (θg=170 ) 1.00(θ>θg) 68.4(θ>θg) PCB 随时间变化 0.28 随时间变化 [6,7] 表 3 PCB 材料参数随时间变化值图 1 单元结构示意图 1.2 材料参数热分析阶段所用材料参数包括比热导热系数和密度, 计算热变形过程中所需材料参数包括弹性模量泊松比和热膨胀系数本文采用 Anand 统一粘塑性模型模拟焊球在回流条件下的热应力及变形情况, 以期更准确地反应整个 BGA 封装体的变形仿真过程中对 BGA 焊球部分进行了简化处理, 未考虑其相温度 θ/ 比热 c/(j g -1 K -1 ) 温度 θ/ 弹性模量 E/GPa 温度 θ/ 热膨胀系数 α/ ( 10-6 K -1 ) [8] 表 4 SAC305 的 Anand 模型参数初始形变阻激活能指数函数系数应力强化系数敏感变形阻力饱和饱和值的应变强化系数的应抗值 S 0 / MPa (Q/R)/K A/s -1 系数 ξ h 0 /MPa 指数 m 值系数 s/mpa ^ 率敏感指数 n 变敏感系数 a 几何模型建立及网格划分本文以 BGA 器件 ZX2101( 中兴通讯有限公司提供 ) 为对象, 建立的有限元模型如图 2 所示, 该器件尺寸 35 mm 35 mm, 底部焊球 386 个 1.4 加载求解回流炉温区设置见表 5 温度场计算过程中有限元分析加载条件的设置如图 3 所示图中每个平台为一个载荷步, 对应回流炉中一个温区, 其中回流炉各个温区对流风扇下对流系数设定为 30 W/m 2 K 两对称面 (Z=0,X=0) 上不加载对流条件, 这样在有限元模型中默认为 1/4 对称在间接耦合的第二部分, 即计算热变形过程中, 设定两对称面 (Z =0, X =0) 沿法线方向位移为零, 即默认 1/4 对称另外, 固定 PCB 中心点以保证计算过程中模型不会出现平移或旋转, 同时设置较少的边界条件以保证模型图 2 有限元模型充分变形

32 第 33 卷第 2 期陈一豪, 等 :BGA 器件 ZX2101 回流过程有限元模拟 69 表 5 回流炉温区设置温区上温区 θ/ 下温区 θ/ 载带速度 v/(cm min -1 ) 温度 θ/ 时间 t/s 图 3 温度加载曲线 (c) 芯片基板 2 模拟结果分析 2.1 温度分布回流结束时 (t=350 s)bga 各部分温度分布如图 4 所示图 4 中 SMN 后为最低温度 ( ),SMX 后为最高温度 ( ) (d) 芯片 (a) 整体 (b) 模塑 (e)pcb 图 4 回流结束时 BGA 器件各部件温度分布 ( 单位 : ) 考察焊球阵列温度分布随时间变化, 升温阶段如图 5(a) 所示, 可见高温区由焊球阵列边缘移向下方阵列中间部分之后到 11 载荷步结束, 温度分布均如图 5(b) 所示, 区别在于整体温度上升最低温长期处于上方小阵列边缘处, 而最高温则长期处于下方阵列中间部分

33 70 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 2.2 回流曲线提取中心焊球中心阵列边缘焊球整体阵列边缘焊球和下方阵列最高温焊球的温度随时间变化曲线, 如图 7 所示可以看到 t _1 和 t _4 基本重合, 即中心焊球和下方阵列最高温焊球会达到回流过程中焊球最高温度, 约为 228, 而中心阵列边缘焊球在回流过程中温度则稍低, 最高温度约为 224 (a) 载荷步 2 温度 θ/ 时间 t/s 500 (a) 模拟结果 (b)11 载荷步结束图 5 不同载荷步结束时焊球阵列温度分布 ( 单位 : ) 焊球阵列整体降温过程中温度分布如图 6 所示, 可以看到最低温转移到整体阵列边缘处温度 θ/ 时间 t/s (a)12 载荷步 2 子步 (b) 回流结束时图 6 回流冷却过程中焊球阵列温度分布 ( 单位 : ) (b) 实测回流曲线图 7 回流曲线的实测与仿真结果对比由图 7 可知, 模拟结果中 t _1 曲线达到液相线 (217 ) 的时间约为 s, 达到最高温度时间约为 s, 温度下降至 217 时间约为 s, 液相线以上时间约为 s, 与实测曲线中初始最下方黑色回流曲线对比, 两者升温到达和下降至 217 时间以及达到最高温时间大致接近, 模拟曲线与该回流曲线在 217 以上时间 s 相隔 6 s 左右, 且最高温度与其相差约为 4, 整体误差较小 2.3 变形情况回流结束后芯片基板与 PCB 的变形如图 8 所示 ( 放大 25 倍 ), 其中白色虚线框为组件初始位置从图中看出,PCB 和芯片基板都发生了向上的翘曲变形,PCB 的最大变形量为 μm, 而芯片基板的最大变形量为 755 μm ( 下转第 78 页 )

34 电子工艺技术 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期 Electronics Process Technology 71 微组装 SMT PCB 非醇醚类助焊剂及其焊膏的研究白融, 赵麦群, 范欢 ( 西安理工大学材料科学与工程学院, 陕西西安 ) 摘要 : 研究了多元醇类溶剂及其复配物对 Sn0.3Ag0.7Cu 焊膏性能的影响结果表明 : 四氢糠醇和聚丙二醇对冰白和水白松香都具有较强的溶解性当四氢糠醇和聚丙二醇以质量比 9 1 复配时, 获得的焊膏平均铺展率可达 87% 以上, 焊点完整饱满无焊球和桥连等缺陷, 储存时间较长, 是一种综合性能良好的焊膏关键词 :Sn0.3Ag0.7Cu 焊锡膏 ; 焊接性能 ; 铺展率 ; 储存稳定性中图分类号 :TN604 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Study on Ethylene Glycol Ether Free Flux and Solder Paste BAI Rong, ZHAO Mai-qun, FAN Huan (Xi an University of Technology, Xi an , China) Abstract: Study the effect of polyatomic alcohol and the mixed solvents on the performance of Sn0.3Ag0.7Cu lead-free solder paste. The results show that both tetrahydrofurfuryl alcohol and polypropylene glycol have high solvability to ice-white rosin and water-white rosin. When tetrahydrofurfuryl alcohol and polypropylene glycol compounded with the mass ratio of 9 : 1 are used as solvent, get a kind of solder paste which has good combination property-over 87% spreading ratio, long storage time, integral and plump solder joint with no defect of solder ball and bridging, etc. Key words: Sn0.3Ag0.7Cu solder paste; Soldering performance; Spreading ratio; Storage stability Document Code: A Article ID: (2012) 随着环境法规的逐步完善以及人们环保意识的增强, 无铅无卤素的环保型焊膏成为了发展方向助焊剂中溶剂的主要作用是溶解助焊剂中的所有组份, 使之成为均匀的液体, 由此提供一种电离环境, 让有机酸在有机溶剂中电离出游离的 H +, 同时, 溶剂还起到一种载体作用, 在焊接过程中, 载着游离 H + 去除氧化膜, 载着其他成分完成印刷粘接元器件和防氧化等功能 [1] 目前所使用的无铅焊膏中其助焊剂多使用醇醚类溶剂, 这类物质有相当好的电阻性 [2,3], 可以作为其他多种组份的溶剂, 对松香溶解能力较强, 因此被大多数焊膏制造商应用然而 OSHA 报道, 这些醇醚类物质对动物的生殖生长及血液都有影响, 也有研究发现醇醚物质对动物行为和精神也有影响, 一些特定低分子量的醇醚类溶剂已经被禁止使用除醚类物质外, 醇类脂类及烷烃类物质都可以作为溶剂, 其中醇类是应用最为广泛的一类溶剂, 它具有良好的溶解能力和适中的黏度, 与一元醇相比多元醇有更高的沸点, 可以提供更多的羟基, 促进助焊剂活性的发挥, 在焊接时有更强的还原性 [4] 本文选用多元醇类作为新型助焊剂的溶剂获得了一种不含醇醚的助焊剂, 并参照 GB/T 国家标准对焊膏性能进行了测试 1 实验材料与方法 1.1 实验材料与设备材料为 Sn0.3Ag0.7Cu 焊料微粉, 粒度为 38μm~21μm 溶剂为多元醇类, 纯度均为分析基金项目 : 陕西省重点学科建设专项资金资助项目 ( 项目编号 :00x902) 作者简介 : 白融 (1987- ), 女, 硕士, 研究方向为新型功能材料赵麦群 (1960- ), 男, 教授, 主要从事新型功能材料的研究工作

35 72 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月纯冰白松香和水白松香为一级品其余试剂为有机酸活性物质抗氧化剂和流变剂等, 纯度均为化学纯实验用铜基板为 1 mm 单面覆铜板, 经除油除锈烘干处理待用设备 :BS210S 电子天平, 精度 0.1 mg;wrt-3p 微量热天平 ;78-1 型数显恒温磁力搅拌器 ;T2000N+ 小型无铅回流焊机 ;XJL-03 金相显微镜 ;T 视显微镜等 1.2 实验方法溶解性及稳定性 : 选用 30 mm 60 mm 称量瓶, 通过电子天平精确称量溶剂及松香树脂, 将盛有溶剂的称量瓶置于磁力搅拌器上, 加热至 70, 搅拌过程中缓慢加入松香树脂, 并观察松香溶解情况完全溶解后装入瓶中密封, 室温储存, 观察记录溶液发生变化的时间和现象溶剂的热稳定性测试 : 热质量损失法表征溶剂在加热过程中质量随温度的变化规律, 用于分析溶剂的温度性本文采用 WRT-3P 微量热天平对五种醇类溶剂进行了热质量损失分析, 测试参数为 : 样品质量取 17 mg~20 mg, 仪器扫描区间为 30 ~400, 升温速度为 20 /min, 空气气氛, 坩埚选取 D5 mm 4 mm 的氧化铝坩埚助焊性测试 : 焊膏的铺展率是表征助焊性能的重要指标之一, 铺展率越高说明其助焊性能越好铺展率测试参照 GB/T 国家标准桥连性 : 一般对于阻容元件和 1.27 mm 间距器件, 采用 0.20 mm~0.25 mm 厚度模板本试验以厚度为 0.25 mm 模板印制试样进行回流焊后, 用 T 视显微镜放大 20 倍进行观察储存稳定性 : 将配制好的焊膏置于室温 (23 ~25 ) 开放式环境下, 每隔 24 h 观察其黏度变化并进行回流焊接, 测试其铺展率焊接界面观察 : 将焊点沿中心剪切后放入内径为 14 mm 的 PVC 管中, 环氧树脂和聚酰胺树脂以质量比 1 (0.5~1.0) 的比例搅拌均匀后注入 PVC 管中, 放置 3 d~4 d 固化后进行水砂纸预磨及绒布抛光制成金相试样, 以腐蚀液 (φ(ch 4 O) φ(hno 3 ) φ(hcl) = ) 进行腐蚀约 10 s, 吹干, 进行金相观察 2 实验结果与分析 2.1 多元醇类溶剂对松香的溶解能力溶剂作为助焊剂的载体成分, 要求溶剂对助焊剂中的所有组份都具有良好的溶解能力, 从而得到透明均一无沉淀和分层的粘稠液体 [5], 以保证所配制焊膏的稳定性试验选取五种常用多元醇溶剂, 取松香与溶剂质量比为 2 3 的比例, 研究溶剂对松香树脂的溶解能力和松香树脂溶液的稳定性表 1 为溶剂对冰白松香的溶解结果表 1 溶剂对冰白松香的溶解结果溶剂溶解现象冷却后变化白色较粘稠 1,2- 丙二醇不易溶解, 呈浅黄色浑浊液体液体乙二醇难溶解, 浅黄色糊状物质有结块一缩二乙二醇难溶解, 浅黄色悬浊液浅黄色膏体四氢糠醇溶解很快, 均一透明浅黄色液体无变化聚丙二醇较难溶解, 半透明粘稠液体无变化由表 1 可知,1,2- 丙二醇乙二醇和一缩二乙二醇对冰白松香的溶解能力较差, 并且冷却后溶解体系即发生变稠和结块等现象, 不能形成均一稳定的液体, 不符合助焊剂对溶剂的要求四氢糠醇对冰白松香的溶解速度快, 并形成均一透明的浅黄色液体, 在放至冷却后无变化冰白松香在聚丙二醇中溶解较慢, 最终形成半透明的液体, 其中掺杂有少量细小颗粒, 考虑松香在溶液中超过了饱和度, 只有部分松香溶解重复试验中, 将冰白松香的质量分数降至 20% 加入聚丙二醇中, 松香完全溶解, 得到均匀液体由此可见, 四氢糠醇和聚丙二醇对冰白松香都具有较好的溶解能力表 2 为水白松香在不同溶剂中的溶解结果水白松香在 1,2- 丙二醇中可以完全溶解但冷却时迅速出现白色结块乙二醇和一缩二乙二醇对水白松香的溶解能力较差, 无法形成均匀的溶液, 并且冷却后液体即发生结块或成膏现象水白松香在四氢糠醇中溶解很快, 迅速形成均一透明的浅黄色液体, 并且在放至冷却后溶液稳定聚丙二醇对水白松香溶解速度较慢, 但可形成均匀稳定的粘稠液体表 2 溶剂对水白松香的溶解结果溶剂溶解现象冷却后变化 1,2- 丙二醇溶解很快, 为均一透明浅黄色液体白色结块乙二醇难溶解, 浅黄色乳胶状液体白色结块一缩二乙二醇难溶解, 浅黄色悬浊液浅黄色膏体四氢糠醇溶解很快, 均一透明浅黄色液体无变化聚丙二醇溶解较慢, 浅黄色均一粘稠液体无变化综上所述, 将两种松香溶于 1,2- 丙二醇乙二醇和一缩二乙二醇溶剂中均不能形成稳定透明均一的溶液, 因此这三种溶剂不适合作为助焊剂的溶剂组份四氢糠醇和聚丙二醇对冰白和水白松香都具有较好的溶解能力相对于水白松香, 冰白松香在聚丙二醇中的溶解度较低 2.2 松香在不同溶剂中的抗结晶性图 1 为松香树脂在不同溶剂中的抗结晶性结果图 1(a) 和 1(b) 分别为冰白松香和水白松香溶液放置 3 个

36 第 33 卷第 2 期白融, 等 : 非醇醚类助焊剂及其焊膏的研究 73 月后的照片, 从左向右溶剂依次为 1,2- 丙二醇乙二醇一缩二乙二醇四氢糠醇和聚丙二醇 (a) 冰白松香在溶剂中的结晶性 (b) 水白松香在溶剂中的结晶性图 1 松香溶液的结晶性从图 1(a) 和图 1(b) 中可知, 冰白松香和水白松香在 1,2- 丙二醇乙二醇和一缩二乙二醇中均出现严重的分层或凝固现象, 四氢糠醇中冰白松香和水白松香均有很少量的结晶析出, 冰白松香的析出量稍多于水白松香, 聚丙二醇中的冰白松香严重结晶, 而水白松香结晶析出量少, 由于聚丙二醇黏度较高, 部分细小颗粒悬浮于溶液中松香在溶剂中的结晶析出主要有两种形式一种为溶解析出, 即松香在溶液中的浓度超过其饱和度而无法继续溶解, 导致松香大量析出饱和度由溶剂及溶质物质本身性质决定, 同时温度和压力等外界条件对溶解度有很大影响另一种为结晶析出, 松香的主要成分是树脂酸, 其质量分数为 83%~90%, 它们是一类具有一个三环菲骨架的含有二个双键的一元羧酸, 按其双键位置不同, 可分为三大类枞酸型酸海松型酸和其他 ( 脱氢枞酸, 湿地松酸 ) [6,7] 任何一种树脂酸的含量达到一定浓度就会引起结晶, 松香中不同树脂酸的组成比例对松香结晶也有很大影响, 枞酸类树脂含量较高则结晶趋势大, 海松酸类树脂含量较高则相对稳定不易结晶 [8] 由于松香是各种树脂酸的混合物是无定形物质, 而结晶态是热力学上的能量最低态因此它有从较高内能的结构变为最稳定具有最低内能的晶体趋向, 导致放置后溶液中出现结晶析出实验中相同溶剂条件下冰白松香相较水白松香析出较多, 这是因为所用冰白松香和水白松香中的树脂酸含量不同, 各组份比例也不同, 从而引起结晶性能不同冰白松香在聚丙二醇溶液中结晶严重, 除其结晶趋势较大外, 溶液中存在未溶解的松香颗粒依附于这些已存在的表面, 可使形核界面能降低, 促进了结晶综上所述, 四氢糠醇和聚丙二醇对松香溶解能力较好, 并且所形成的溶液稳定, 可作为助焊剂溶剂组份 2.3 四氢糠醇和聚丙二醇热稳定性测试图 2(a) 和图 2(b) 分别为四氢糠醇和聚丙二醇在相同的升温速率下得到的热质量损失曲线由图 2 可得, 四氢糠醇的起始质量损失温度为 59.2, 结束质量损失温度为 180.5, 最大质量损失速率发生在聚丙二醇的起始质量损失温度为 90.1, 结束质量损失温度 356.3, 最大质量损失速率发生在试验选取的回流焊峰值温度为 260, 对比热质量损失曲线, 四氢糠醇在焊接过程中可以完全挥发, 而聚丙二醇的结束质量损失温度超过了这一峰值温度, 存在导致焊后残留量增加的可能性热质量损失 /% 微商热质量损失 v/(mg min -1 ) 温度 θ/ (a) 四氢糠醇温度 θ/ (b) 聚丙二醇图 2 四氢糠醇和聚丙二醇的热质量损失曲线 2.4 单一溶剂及复配溶剂对助焊剂性能影响表 3 为本试验所用助焊剂配方, 其余组份相同, 制得四种不同溶剂的助焊剂, 以焊点形貌及铺展率为助焊性的主要性能指标进行比较表 3 助焊剂各组份质量分数成分溶剂松香活性剂缓蚀剂其他组份质量分数 w/% 30~ ~ 表 4 给出了利用四种不同溶剂的助焊剂进行焊接所得到的焊点形貌和铺展率由于本试验所用的焊料微粉为 Sn0.3Ag0.7Cu, 与共晶成分偏离较远, 液态焊料在凝固过程中通常出现树枝晶偏析结晶, 导致焊点表面较粗糙, 光亮度减低, 通常认为焊点的这种表面形态并不影响其可靠性 [9] 单一四氢糠醇为溶剂时, 焊膏的铺展率较好, 焊点完整, 有轻微的回缩现象, 焊后表面干燥, 但是四氢糠醇的热稳定性较差, 挥发严重, 影响焊膏连续印刷性单一聚丙二醇为溶剂时焊膏的铺展率不到 80%, 焊点周围较均匀回缩, 回缩现象明显, 并且焊后残留物较多,

37 74 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月焊点干燥度差聚丙二醇沸点高和黏度高, 在焊接过程中其表面张力阻碍了液态焊料的铺展, 造成焊点回缩同时因为聚丙二醇在焊接过程中挥发不充分, 造成焊料飞溅, 边缘出现焊球, 剩余部分溶剂导致黏性残留物, 焊点不易干燥表 4 四种助焊剂的焊点形貌及铺展率溶剂四氢糠醇聚丙二醇复配溶剂 1 复配溶剂 2 焊点形貌铺展率 /% 黏度增加, 直至 120 h 后焊膏变干, 难以印刷, 焊点存在较为明显的不完整回缩现象 24 h 48 h 72 h 96 h 120 h 图 4 1# 焊锡膏随放置时间的焊点形貌从图 5 所示的铺展率变化情况来看, 随放置时间的增加, 焊膏铺展率呈现出明显的下降趋势, 初配制时铺展率大于 87%, 放置 120 h 时铺展率只有约 80% 单一溶剂的性能不能达到要求, 四氢糠醇助焊性较好但是沸点低易挥发和保护性差, 聚丙二醇不易挥发但是易产生残留, 因此考虑两者复配表 4 中复配溶剂 1 为四氢糠醇与聚丙二醇以质量比 9 1 复配, 复配溶剂 2 为四氢糠醇与聚丙二醇以质量比 4 2 复配两种复配溶剂的助焊剂均获得了较为完整饱满的焊点, 铺展率相较于单一溶剂得到提高, 最高可达 87.49% 2.5 桥连性测试图 3 为复配溶剂 1 和复配溶剂 2 焊膏桥连性测试照片, 从照片中可以看到焊点形貌完整, 边缘有极少量回缩, 没有发生桥连和漏印等现象 SMT 焊点的成型过程可以认为是熔融焊膏在表面张力和重力作用下成型的过程 [10] 这种缺陷产生的原因很多, 其中焊膏量起决定性作用, 因此要选用合适的模板进行印刷除此之外, 工艺过程中受热塌陷元器件和焊盘可焊性差等也可造成桥连, 对焊膏而言, 这也要求其具有较好的抗热塌落性铺展率 /% 放置时间 t/h 图 5 1# 焊锡膏随放置时间的铺展率综上所述,1# 焊膏在空气中室温放置 72 h 时仍具有优良的焊接性能, 润湿性良好, 这说明在焊接过程中, 焊膏中的各组份依然很好地发挥作用, 焊膏的存储稳定性良好, 可以满足工业上在焊膏配好后由于工艺时间和人为原因等不能及时印刷和焊接的情况要求 2.7 焊点断面观察图 6 为复配溶剂 1 焊膏与基板间所形成焊接界面不同区域腐蚀后的金相照片焊点中部和边部的照片中都可以在焊料和单面覆铜板的焊接处清晰地观 [11-13] 察到锯齿状金属间化合物 (IMC) 资料显示其成分为 Cu 6 Sn 5 这是由于焊接过程中 Cu 基板中的 Cu 原子扩散至熔融的焊料中, 与焊料中的 Sn 反应而生成 Cu 6 Sn 5 IMC 的形成说明无铅焊接工艺实现了完整的金属间连接 (a) 复配溶剂 1 (b) 复配溶剂 2 图 3 桥连性 T 视显微镜照片 (20 倍 ) 2.6 焊膏的储存稳定性图 4 为用复配溶剂 1 所制得的 1# 焊膏随放置时间的焊点形貌以复配溶剂 2 制得的 2# 焊锡膏在放置 24 h 后变干而难以印刷, 因此仅对 1# 焊锡膏进行测试从印刷时黏度及焊点形貌来看, 放置时间在 72 h 内焊锡膏印刷黏度合适, 具有良好的成形性, 并且获得的焊点完整饱满, 无明显缺陷随放置时间的延长, 焊料铜层 10 μm 10 μm (a) 中部 (b) 边部图 6 同一焊点中部和边部的金相照片对比图 6(a) 和图 6(b) 可以看出, 断面中心的组织比边部的组织稍微细小在焊接过程中, 其温度可到 260, 焊料在铜板上呈椭球形,( 下转第 105 页 )

38 电子工艺技术 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期 Electronics Process Technology 75 不同加载速率对 SAC/Cu 焊点剪切强度的影响杨文宣, 王丽凤 ( 哈尔滨理工大学材料科学与工程学院, 黑龙江哈尔滨 ) 摘要 : 通过对 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 和 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点进行剪切测试结果表明 : 两种钎料焊点的剪切强度与加载速率有着明显的相关性, 即焊点的剪切强度都随着加载速率的增加而增加当加载速率为 0.01 mm/s 时, 断裂模式为韧脆混合断裂, 随着加载速率的增加, 两种钎料焊点断口的韧窝数量不断增加, 呈现韧性断裂特征, 断口以韧窝为主另外在相同加载速率下,Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点断口的韧窝数量和分布情况都优于 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊点, 即其韧性断裂的趋势更加明显, 剪切强度更大关键词 :SAC/Cu 焊点 ; 加载速率 ; 剪切强度中图分类号 :TN60 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Effect of Different Loading Rate on Shear Strength of SAC/Cu Solder Joints YANG Wen-xuan, WANG Li-feng (Harbin University of Science and Technology, Harbin , China ) Abstract: It was found that the shear strength of two kinds of solder joints has obvious correlation with the loading rate based on the shear test results of the Sn0.3 Ag0.7 Cu/Cu solder joints and Sn3.0 Ag0.5 Cu/Cu solder joints. With the increase of loading rate, the shear strength gained. When the loading rate of the solder joint was 0.01 mm/s, the fracture mode was ductilebrittle mixed fracture. With the increase of the loading rate, the dimple number of shear fracture of two kinds of solder joint increase, the fractograph exhibited typical ductile dimple fracture pattern. Moreover, Sn3.0 Ag0.5 Cu/Cu solder joint fracture of dimples number and distribution situation are better than the Sn0.3 Ag0.7 Cu/Cu solder joints at the same loading rate, the ductile fracture trends more evident and shear strength Key words: SAC/Cu solder joints; Loading rate; Shear strength Document Code: A Article ID: (2012) 无铅钎料应具有良好物理性能热匹配能力力学性能以及环境协调性等 [1], 目前应用最为广泛的是 SnAgCu 系无铅钎料, 其优良的工艺和力学性能被普遍认为是最有前途的含铅钎料替代品 [2] 由于价格成本较高, 必定会影响 SnAgCu 钎料的应用和推广随着电子工业技术的不断发展, 钎料服役的环境越来越苛刻, 这对钎料的可靠性提出了更高的要求 [3] BGA 封装元器件的焊点常常由于热失配和器件装配外力等原因发生剪切破坏良好的焊点剪切强度是器件高可靠性的重要保障 [4], 焊点的剪切强度和界面金属间化合物 (IMC) 是衡量可靠性的重要指标之一 [5] 近年来 Mayappan 等人研究发现了加载速率与 Sn-Zn-Bi 合金钎料接头力学性能之间的关系得出随着加载速率从 0.02 mm/s 增加到 2.00 mm/s, 接头的抗剪强度和延性均有增加 [6] Chia 等对高加载速率下 SnAgCu 重熔焊点的失效模式进行了分析, 探讨了动态载荷对焊点的影响, 发现焊点的断裂模式与加载速率有关, 并且焊点的剪切强度与加载速率的对数基金项目 : 黑龙江省自然科学基金项目 ( 项目编号 :E200915) 作者简介 : 杨文宣 (1987- ), 男, 硕士, 研究方向为微电子组装技术及其可靠性王丽凤 (1964- ), 女, 教授, 主要研究方向微电子组装技术及其可靠性

39 76 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月满足良好的线性关系 [7] 本文研究了不同加载速率下对 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 和 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点剪切强度和断裂形式的影响 1 试验方法与材料试验制备 Sn0.3Ag0.7Cu 和 Sn3.0Ag0.5Cu 钎料的 BGA 焊球时, 先用小刀把钎料切成细小的块状, 将其放入有甘油的坩埚中进行熔球, 待冷却后, 将熔好的 BGA 球从坩埚中取出, 放入装有无水乙醇的烧杯中, 用超声清洗以去除表面的油脂, 获得 BGA 焊球, 直径为 900μm, 然后将 BGA 焊球置于涂有助焊膏的 Cu 焊盘上, 在 R340C 型无铅热风回流焊机内进行焊接, 形成焊点利用 PTR-1100 型接合强度测试仪对 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 和 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点进行剪切试验, 加载速率分为 0.01 mm/s 0.05 mm/s 0.10 mm/s 0.50 mm/s 和 1.00 mm/s, 剪切高度为 10μm 的断口形貌, 剪切测试结果表明, 不同加载速率 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点的断口形貌和断裂形式存在显著差异, 从图 2 可以看出, 在相同剪切高度下, 不同加载速率焊点的断裂形式有很大差异焊点加载速率为 0.01 mm/s 的断口形貌较为平坦, 韧窝较少, 为韧脆混合型断裂, 如图 2(f) 所示 ; 随着加载速率的增大, 韧窝尺寸增加, 当加载速率为 1.00 mm/s 时, 断口形貌中含有较多的韧窝, 且韧窝分布均匀, 属典型的韧性断裂, 因此断裂在钎料基体内部, 离界面较远, 如图 2(k) 所示 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点在加载速率 0.05 mm/s 时, 焊点由从钎料基体内部断裂和界面处断裂的混合断裂形式转变成从钎料基体内部韧性断裂形式 2 试验结果与分析 2.1 焊点剪切力学性能图 1 为 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点与 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊点加载速率与剪切强度的关系随着加载速率的增大, 两种钎料焊点的剪切强度均具有逐渐增大的趋势从图 1 可以看出,Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点的加载速率为 0.01 mm/s 时, 剪切强度为 40.8 MPa, 当加载速率为 1.00 mm/s 时, 剪切强度为 49.6 MPa, 升高了 21.57%; 当 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊点的加载速率为 0.01 mm/s 时, 剪切强度为 31.7 MPa, 当加载速率为 1 mm/s 时, 剪切强度为 49.5 MPa, 升高了 56.15% 特别是当两种焊点的加载速率由 0.01 mm/s 升至 0.50 mm/s 时, 剪切强度升高的数值尤为显著当两种钎料焊点的加载速率为 0.01 mm/s 时, 剪切强度随着 Ag 元素含量的增加而增加 ; 随着加载速率的增大, 两种焊点的剪切强度差值越来越小, 当加载速率为 1.00 mm/s 时, 两种材料焊点的剪切强度的差值近乎为零 (a) 0.01 mm/s (b) 0.05 mm/s (f) 0.01 mm/s (g) 0.05 mm/s Sn3.0Ag0.5Cu Sn3.0Ag0.5Cu 剪切强度 P/ MPa (c) 0.10 mm/s (h) 0.10 mm/s 加载速率 v/(mm s -1 ) 图 1 两种焊点剪切强度与加载速率的关系 2.2 焊点断口形貌图 2 为不同加载速率下 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点 (d) 0.50 mm/s (i) 0.50 mm/s

40 第 33 卷第 2 期杨文宣, 等 : 不同加载速率对 SAC/Cu 焊点剪切强度的影响 77 (e) 1.00 mm/s (j) 1.00 mm/s 图 2 Sn3.0Ag0.5Cu 焊点不同加载速率下断口形貌, (a)~(e) 为焊点全貌,(f)~(j) 为局部放大图图 3 为不同加载速率下 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊点的断口形貌, 从图 3 可以看出, 在相同剪切高度下, 不同加载速率焊点的断裂形式有很大差异加载速率为 0.01 mm/s 的焊点断口形貌较为平坦, 韧窝出现的较少和较浅, 为韧脆混合型断裂, 如图 3(f) 所示随着加载速率的增大, 韧窝的数量和深度不断增加, 韧窝分布更加均匀密集, 韧性断裂的趋势更加明显当加载速率为 0.50 mm/s 和 1.00 mm/s 时, 焊点断口形貌中韧窝分布较均匀, 断裂形式表现出韧性断裂的倾向, 因此断裂于钎料基体内部, 离界面较远, 如图 3(i) 和图 3(j) 所示剪切测试表明, 不同加载速率 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊点的断口形貌和断裂形式存在显著差异 (a) 0.01 mm/s (f) 0.01 mm/s (d) 0.50 mm/s (i) 0.50 mm/s (e) 1.00 mm/s (j) 1.00 mm/s 图 3 Sn0.3Ag0.7Cu 焊点不同加载速率下焊点断口形貌, (a)~(e) 为焊点全貌图,(f)~(j) 为局部放大图为了了解不同材料在相同加载速率下断裂模式微观特征的不同及其和剪切强度的联系, 现在分别对比图 2(f) 和图 3(f) 直到图 2(j) 和图 3(j) 对比发现, 在相同的速率下, 图 2(j) 的韧窝数量比图 3(j) 多, 分布状况和大小都要比图 3(j) 好, 韧性断裂的趋势更加明显, 即 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点比 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊点的韧性断裂趋势更加明显, 但是在图 2(j) 和图 3(j) 中, 我们发现两者的微观形貌特征相似, 无明显区别正好对应了图 1 中 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点和 Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu 焊点剪切强度分布, 前者的剪切强度比后者的高, 但是加载速率到了 1.00 mm/s 的时候两种焊点的剪切强度相近通过对不同加载速率下焊点剪切强度的分析对比, 发现加载速率对 BGA 焊点剪切强度的大小有很大影响 : 随着加载速率的增加, 焊点的剪切强度也随之增加, 但是增长趋势放缓,Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点在相同加载速率下比 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊点的剪切强度高, 通过断口形貌特征发现这是因为 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点比 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊点更趋近于韧性断裂, 从而加大了剪切强度 (b) 0.05 mm/s (c) 0.10 mm/s (g) 0.05 mm/s (h) 0.10 mm/s 3 结论 (1) Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 和 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊点的剪切强度都随着加载速率的增加而增加但是随着加载速率的增加, 焊点剪切强度的增加趋势放缓 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点的剪切强度随着加载速率增加到一定程度后就不再增加 ; 在加载速率相同时, Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点的剪切强度大于 Sn0.3Ag0.7Cu/ Cu 焊点 (2) Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 和 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊点在加

41 78 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月载速率为 0.01 mm/s 时, 断口形貌较为平坦为脆性断裂, 随着加载速率的增加, 断口的韧窝数量不断增加, 分布更加均匀, 呈现出韧性断裂两种焊点断口中的韧窝, 随着剪切速率增加到一定程度就不再有明显变化在相同加载速率下,Sn3.0Ag0.5Cu 焊点的韧窝数量和分布情况都优于 Sn0.3Ag0.7Cu 焊点, 即韧性断裂的趋势更加明显, 剪切强度更大参考文献 : [1] 罗道军. 无铅工艺的标准化进展 [J]. 电子工艺技术,2010,31 (1):9-11. [2] 申灏, 邰枫, 郭福, 等. SnAgCu 系钎料的合金组织和力学性能 [J]. 电子元件与材料,2009,28(5): [3] 孙静, 孟工戈, 陈永生. Sn-9Zn/Cu 焊点剪切强度及断口形貌分析 [J]. 电子工艺技术,20110,32(5): [4] 田艳红, 杨世华, 王春青, 等. Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 无铅焊点剪切断裂行为的体积效应 [J]. 金属学报,2010,46(3): [5] 安荣, 刘威, 杭春进, 等. 电子封装与组装焊点界面反应及微观组织研究进展 [J]. 电子工艺技,2011,32(6): [6] Mayappan R, Ism ail A B, A hm ad Z A, et al. The effect of cross head speed on the joint strength between Sn-Zn-Bi lead-free solders and Cu substrate[j]. Journal of Alloys and Compounds, 2007, 436( 1-2 ): [7] 王春青, 王学林, 田艳红. SnAgCu 无铅微焊点剪切力学性能的体积效应 [J]. 焊接学报,2011,32(4):1-4. 收稿日期 : ( 上接第 70 页 ) [2] Shen L, Wang M, He Y, et al. Reflow profile simulation by finite element method for a BGA package[c] th International Conference on Electronics Packaging Technology, Piscataway, NJ, USA, 2005: [3] Hsin-yuan C, Kuo-yuan H, Tsung-shu L, et al. Thermal behavior analysis of lead-free flip-chip ball grid array packages with different underfill material properties[c] International Conference on Electronic Packaging Technology &amp, High Density Packaging (ICEPT-HDP), Piscataway, NJ, USA, (a) PCB [4] Guedon-Gracia A, Woirgard E, Zardini C. Reliability of lead-free BGA assembly: correlation between accelerated ageing tests and FE simulations[j]. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 2008, 8(3): [5] Baozong Z, Vivek P, Chinnu B, et al. FEA simulation and insitu warpage monitoring of laminated package molded with green EMC using Shadow Morie System[C] th International Conference on Electronic Packaging Technology, Piscataway, NJ, USA, (b) 芯片基板图 8 回流结束后部件变形情况 3 结论 1) 模拟了 BGA 器件在指定回流炉下的回流焊过程, 在所设定的温度边界条件下, 得到四点回流曲线模拟结果与实测结果相吻合 2) 得出了回流结束后 BGA 器件整体 PCB 和芯片基板的温度分布图, 同时详细记录了焊球阵列部分的温度分布随时间变化的情况, 得到回流结束后 PCB 和芯片基板的变形参考文献 : [1] 王永彬. 影响 BGA 封装焊接技术的因素研究 [J]. 电子工艺技 [6] 毛信龙. PCB 组件在再流焊过程中热变形的建模与仿真 [D]. 天津 : 天津大学,2005. [7] Mittal S, Masada G Y, Bergman T L. Mechanical response of PCB assemblies during infrared reflow soldering [J]. IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology, Part A, 1996, 19(1): [8] Jiang T, Du Chao, Xu L. Finite element analysis and fatigue life prediction of BGA mixed solder joints[c] International Symposium on High Density Packaging and Microsystem Integration, Piscataway, NJ, USA, 收稿日期 : 术,2011,32(3):

42 电子工艺技术 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期 Electronics Process Technology 79 无铅手工焊接工艺研究毛书勤, 葛兵, 李静秋 ( 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林长春 ) 摘要 : 介绍了无铅化推广以来无铅工艺研究的紧迫性 ; 开展了多种封装阻容器件的焊接实验工作 ; 通过对焊点剪切力性能的对比和分析, 总结了焊接时间对于焊点改善焊接质量的作用 ; 通过观察不良焊点的剪切力试验断面图和微观视图, 阐述了焊接时间对于改善焊点质量的原因 ; 发现在本实验条件下, 适当延长手工焊接时间, 有助于改善焊点质量关键词 : 无铅 ; 焊接工艺 ; 剪切力中图分类号 :TN605 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Research on Lead-free Bonding Technology by Hand MAO Shu-qin, GE Bing, LI Jing-qiu (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics of Chinese Academy of Sciences, Changchun , China) Abstract: The urgency of researching on lead-free technology is introduced since lead-free manufacture has been spread. The soldering experiment on several kinds of package resistances and capacitances is made. Contrast and analyze the shearing performance, the effects of boding time on improving the quality of solders are summarized. By observing the pictures of bad solders, the factors of soldering time on improving solder quality are elaborated. Under the condition of this experiment, prolonging bonding time suitably can improve the solder quality. Key words: Lead-free; Bonding Technology; Shearing Document Code: A Article ID: (2012) 无铅焊接工艺无铅工艺的推广已有相当长的时间, 伴随着无铅进程的不断深入, 无论采用设备焊接还是手工焊接, 无铅焊接工艺的研究都必须更进一步, 如果仍然延续传统的有铅焊接经验就可能使不良焊接的发生率大大增加目前, 尚无一套无铅工艺能够像传统的有铅工艺那样占据绝对的主导地位, 各生产企业需要根据自身产品实际, 综合考虑产品特性和成本等因素进行选择 [1,2] 与传统的有铅焊接技术相比, 无铅焊接技术有两个显著特点 [3] :(1) 现行常用的几种无铅焊料如 Sn/Cu Sn/Ag 和 Sn/Ag/Cu 等, 其熔点均比 Sn63/Pb37 焊料高出 35 ~45, 这就决定无铅焊接技术需要更高的焊接温度 ;(2) 所有无铅焊料的润湿性能都弱于传统的 Sn63/Pb37 有铅焊料, 除了在研发新型助焊剂上多做努力外更需在焊接工艺 ( 如焊接时间和焊接温度等 ) 上开展相关的试验与研究工作 [4] 2 实验 2.1 实验样品制备实验中选用了和 1210 等四种封装形式的电阻和电容元件, 每种元件的样本数量为 10 个, 每组样本含 80 个元件, 共 4 组样本该样本的印制电路板为 FR4 基材, 印制电路板焊盘镀层为 OSP( 有机可焊性保护膜 ), 元件端电极镀层为纯 Sn, 焊料为 Sn96.5/Ag3/Cu0.5, 焊接设备为 MAX500 烙作者简介 : 毛书勤 (1982- ), 男, 硕士, 毕业于大连理工大学, 助理研究员, 主要从事电装工艺的研究工作基金项目 : 中国科学院知识创新工程领域前沿项目资助

43 80 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月铁 137 烙铁头实验共进行 4 组, 其中 1 组 3 组和 4 组的焊接时间控制在 2 s 左右 ( 传统的有铅焊料焊接时间 ),2 组的焊接时间控制在 3 s 左右 2.2 实验方法剪切力实验剪切实验用于评估焊点的剪切强度 ( 用剪切力表示 ) [5] 通过剪切实验可以测定各类焊点所能承受的最大剪切负荷剪切实验根据日本 JIS Z 标准, 在万能实验机上进行实验中要求环境温度 10 ~35, 相对湿度为 20% RH~60% RH, 并且卡具与 PCB 的间隙值要小于元件厚度的 1/4, 卡具的移动速度为 5 mm/min~30 mm/min 实验设备选用 WDW-500 万能实验机焊点剪切力实验在常温状态下进行, 每测完一组数据后对印制电路板进行拍照用以记录焊点元件以及焊盘的损坏情况拍照后, 将器件从印制电路板上取下并对焊盘进行清理, 如此往复, 直至完成全部实验为止在实验过程中, 万能实验机会将实测数据传至主控计算机, 专用数据处理软件会自动绘制出每个器件焊点的剪切力变化曲线曲线的峰值表示阻容元件焊点剪切力的最大值实验完成后, 软件自动计算出 10 个样片最大剪切力的均值及标准差值, 典型曲线如图 1 所示剪切力 F/N 变形 s/mm 图 1 典型焊点剪切力曲线数据整理由于焊接不当和操作方法不当等原因, 实验中会出现一些不太准确的曲线如双峰曲线缓峰曲线峰值过小曲线和峰值过大曲线等上述情况会对实验数据的分析造成不良影响, 在做好实验记录的基础上, 应根据实际情况将实验中的坏点合理剔除整理后的实验数据见表 1 和表 2 片式电阻焊点剪切力直方图如图 2 所示片式电容焊点剪切力直方图如图 3 所示表 1 片式电阻焊点剪切力数据序号 R0603 R0805 R1206 R1210 剪切力 F/N 标准差剪切力 F/N 标准差剪切力 F/N 标准差剪切力 F/N 标准差剪切力 F/N 剪切力 F/N 封装形式封装形式图 2 片式电阻焊点剪切力直方图图 3 片式电容焊点剪切力直方图表 2 片式电容焊点剪切力数据序号 C0603 C0805 C1206 C1210 剪切力 F/N 标准差剪切力 F/N 标准差剪切力 F/N 标准差剪切力 F/N 标准差

44 第 33 卷第 2 期毛书勤, 等 : 无铅手工焊接工艺研究 81 观察两组数据可以发现,2 组的所有封装焊点剪切力值均优于其他各组焊点这说明焊接时间是影响焊接质量的重要因素, 适当延长焊接时间有助于改善焊点质量通过进一步分析可以发现, 将第二组各种封装焊点剪切力的标准差加和, 其数值明显小于其他各组焊点这说明, 该组焊点的剪切力一致性优于其他各组焊点, 即焊点之间的差异性较小, 这更加印证了焊接时间的适当延长对于焊点质量改善的作用块以及助焊剂残渣, 这也从微观层面印证了焊接时间不足的问题由此暴露出了焊接时间不足所带来的两个影响焊点质量的问题, 即润湿不充分与焊料未充分熔融未熔融的焊料 3 实验结果与分析在每个焊点的剪切力曲线判读过程中, 会出现一些双峰曲线, 如图 4 所示此类曲线的特征是有一大一小两个峰值, 且最大的峰值明显低于其他单峰曲线这是一种出现较多的焊接不良的焊点剪切力曲线残留助焊剂剪切力 F/N 变形 s/mm 图 4 典型不良焊点剪切力曲线观察此类焊点剪切力试验之后的断面会发现, 有一侧焊盘存在明显的焊锡润湿不良现象, 如图 5 所示这一方面是由手工焊接的方法造成的, 即先在一侧焊盘点锡将元器件摆正固定, 而后再焊接另一端, 这样后焊接一侧的器件端电极与焊盘之间不易进锡 ; 另一方面, 由于无铅焊料本身固有的特性, 相比于有铅工艺, 如不适当增加焊接时间, 极易造成此类现象发生焊接良好的焊点断面图如图 6 所示, 其两侧焊盘焊锡均润湿良好图 7 不良焊点的微观表面 4 实验结论通过比较四组实验样本的数据并观察剪切力试验后的焊点断裂面可得出如下结论 : (1) 焊接时间的适当延长有助于提升手工无铅焊接的焊点质量 ; (2) 与传统的有铅焊料相比, 无铅焊料的润湿性能差距明显, 沿用有铅手工焊接工艺会对无铅焊点的质量造成较大影响参考文献 : [1] 邵志和. 无铅工艺和有铅工艺 [J]. 电子工艺技术,2009, 30(4): [2] 毛书勤, 文大化. 军用电子产品无铅焊接工艺 [J]. 电子工艺技术,2008,29(4): [3] 杨光育, 徐欣, 董义. 无铅合金与锡铅合金性能对比分析 [J]. 电子工艺技术,2008,29(6): [4] 孙守红, 毛书勤. 片式元件焊点剪切力比较实验研究 [J]. 电子工艺技术,2010,31(4): [5] 方园, 符永高, 王玲, 等. 微电子封装无铅焊点的可靠性研究进展及评述 [J]. 电子工艺技术,2010,31(2): 收稿日期 : 图 5 焊接不良的无铅焊点断面图 6 焊接良好的焊点断面进一步通过 500 倍放大镜观察不良焊点的断裂面, 如图 7 所示, 会发现较多的未经熔融的细小焊料

45 电子工艺技术 82 Electronics Process Technology 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期有铅和无铅 BGA 混装工艺研究吴军 ( 中国电子科技集团公司第十研究所, 四川成都 ) 摘要 : 分析比对了有铅和无铅两种焊料的不同温度特性针对军工产品经常面对的有铅和无铅 BGA 同时组装在一块印制板上的情况, 提出了有铅和无铅 BGA 混合组装的工艺难点通过工艺试验列举了混合组装中各个环节所应注意的要点, 强调要加强过程控制最后利用各种可靠性试验和分析证明了混合组装焊点的可靠性关键词 :BGA; 有铅 ; 无铅 ; 电子组装 ; 可靠性中图分类号 :TN605 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Assembly Technology of BGA with Lead and Lead-free Materials WU Jun (No.10 Institute of CETC, Chengdu , China) Abstract: Analyze and compare the temperature characteristics between lead and lead-free solder. Put forward the key points of assembly process of BGA with lead and lead-free materials when products are faced with the lead and lead-free BGA assembled on a printed board. List the key points which should pay attention during mixed assembly through test. Emphasize the process control. Finally, the reliability test and analysis show that the reliability of mixed solder joint is good. Key words: BGA; Lead; Lead-free; Electronic assembly; Reliability Document Code: A Article ID: (2012) BGA (Ball Grid Array, 球栅阵列 ) 封装的分类因分类依据的不同而不同根据衬底不同分类有塑料 BGA 陶瓷 BGA 和玻璃纤维环氧树脂 BGA 等 ; 根据内部芯片和衬底连接分类可分为倒装片 BGA 柔性 BGA 载带 BGA 和超级 BGA 等 ; 根据引出端形状的不同还有 PGA( 针栅阵列 ) CGA( 柱栅阵列 ) 和 HGA ( 孔栅阵列 ) 等 BGA 主要由基板芯片和封装组成基板一面为焊接面, 另一面为芯片封装面, 焊接面上的焊球呈矩阵状排列, 基板为特别精细的印制线路板, 有双面板与多层板等形式对于引出端数较多的基板一般为多层板, 内部为走线层电源和接地层对于引出数端较少的基板用双面板即可在芯片封装面上 IC 芯片以 COB(Chip-on-Board ) 方式与基板连接 1 BGA 封装的优点 (1)I/O 引脚数较多 BGA 封装器件的 I/O 数主要由封装体的尺寸和焊球间距决定, 由于 BGA 封装的焊球是以阵列形式排布在封装基板下面, 故可极大地提高器件的 I/O 数 (2)BGA 的阵列焊球与基板的接触面大, 有利于散热 (3) 提高了贴装成品率, 潜在地降低了成本传统的 QFP(Quad Flat Package) 和 PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier) 器件引脚均匀地分布在封装体的四周, 当 I/O 数越来越多时, 其间距必然越来越小, 当间距 <0.40 mm 时,SMT 设备精度难以满足要求, 加之引脚极易变形, 从而导致贴装失效率增加 ; 然而,BGA 的焊球是以阵列形式分布在基板底部的, 可排布较多的 I/O 数, 其标准的焊球间距为 1.50 mm 1.27 mm 和 1.00 mm, 细间距 BGA 的间距为 0.80 mm 0.65 mm 和 0.50 mm, 与现有的 SMT 工艺设备兼容, 其贴装失效率 < (4)BGA 焊球的引脚很短, 缩短了信号的传输作者简介 : 吴军 (1982- ), 男, 毕业于安徽工程科技大学, 工程师, 主要从事 SMT 的工艺研究工作

46 第 33 卷第 2 期吴军 : 有铅和无铅 BGA 混装工艺研究 83 路径, 故寄生参数减小, 信号传输延迟小, 可改善电路的性能 (5) 明显改善了 I/O 端的共面性, 减小了组装过程中因共面性差而造成的损耗, 同时也提高了组装的可靠性 (6) 焊球的表面张力较大, 可以使器件在回流焊过程中自动校准中心, 提高 SMT 的直通率 (7)BGA 适用于 MCM 封装, 能够实现 MCM 的高密度和高性能 2 BGA 封装的缺点 (1)BGA 封装与 QFP 一样, 占用基本面积较大 (2) 对焊点的可靠性要求更严格 (3) 检测难度较大, 需要使用 X 光 (4) 返修方法更困难, 同时返修后芯片需要经过植球才能再利用 (5) 对温和湿度敏感 BGA 元件是一种高度的温度和湿度敏感器件, 所以 BGA 必须在恒温干燥的条件下保存, 操作人员应该严格遵守操作工艺流程, 避免元器件在装配前受到影响一般来说,BGA 较理想的保存环境为 20 ~25, 湿度小于 10% RH, 有氮气保护更佳 3 有铅与无铅混装随着无铅化进程的发展, 军事电子制造领域出现了有铅与无铅共存的现象, 目前各研究所军工产品有铅和无铅 BGA 器件共同组装使用较为普遍然而, 由于有铅焊球与无铅焊球的熔点不同, 如采用 Sn- Ag-Cu 合金的无铅 BGA 焊球的熔点较高为 217, 而 Sn63-37Pb 合金的有铅 BGA 的焊球熔点为 183 [1] 如果采用 Sn63-37Pb 焊料的温度曲线, 一般峰值温度在 210 ~230, 假设一个 PBGA 的峰值温度为 220, 再流焊时当温度上升到 183 时印在焊盘上的 Sn-37Pb 焊膏开始熔化, 此时无铅 PBGA 的 Sn-Ag-Cu 焊球还没有熔化当温度上升到 220 时, 按照有铅工艺就要开始降温并结束焊接了, 此时无铅焊球刚刚熔化虽然 Sn-Ag-Cu 合金标称的熔点为 217, 但是实际上 Sn- Ag-Cu 合金并不是真正的共晶合金, 固相线与液相线的温度范围是 216 ~220, 因此, 有铅工艺冷却凝固结束焊接的温度恰好是无铅 Sn-Ag-Cu 焊球刚刚熔化之时, 并且处于固液相共存的浆糊状态焊球熔化时由于器件重力的作用焊球开始下沉, 在器件下沉过程中稍有震动或 PCB 微量变形, 就会使 PBGA 元件一侧原来的焊接界面结构被破坏, 再加上又不能形成新的界面金属间合金层, 容易造成 PBGA 一侧焊点失效由此可以看出, 在有铅和无铅混合组装过程中应兼顾两种焊料的温度特性, 工艺窗口小, 难度较大 [2-6] 在混合组装时, 要获得高可靠性的焊接产品就不能只关注组装的焊接环节, 而应加强整个组装过程的控制, 根据具体情况区别对待, 及时调整组装生产方案, 使之更有针对性, 这样才能得到高可靠性的产品 [7] 下面通过试验案例讨论 BGA 组装各环节应注意加强控制的要点 4 工艺试验结果与讨论对于有铅和无铅 BGA 混装应具体分两种情况一是无铅器件数量居多, 或存在尺寸较大的无铅 BGA 器件, 则采用兼容焊接工艺曲线进行焊接, 即在有铅工艺曲线的基础上合理提高温度, 使峰值温度控制在 230 ~235 范围以内, 峰值回流时间在 20 s~30 s, 这样在不损伤有铅 BGA 器件的同时满足无铅 BGA 器件回流所需的温度, 达到较好焊接 ; 二是有铅器件数量居多, 并且无铅 BGA 器件尺寸较小, 则可通过植球工艺将无铅器件转换成有铅器件进而采用有铅工艺曲线进行焊接在本试验中共采用两种试验板 :PCB2 和 PCB4, 如图 1 所示, 试验板尺寸均为 100 mm 150 mm 器件采用 Sn63-37Pb 和 Sn-Ag-Cu 焊球的 PBGA 哑片 PCB 厚度为 1.8 mm PCB2 PCB4 图 1 试验板在 PCB2 中,D 2 D 3 和 D 5 为有铅哑片,D 1 和 D 6 为无铅哑片植球后进行焊接在 PCB4 中,D2 D3 和 D7 为有铅哑片,D1 D5 D6 和 D8 为无铅哑片 4.1 组装前准备在组装前应对印制板和 BGA 器件本身进行检查, 具体检查内容如下 (1) 印制板 : 板面应无明显的翘曲 ; 焊盘应无短路和断路情况 ; 焊盘上应无字符阻焊膜及其他污染 ; 对于氧化严重加工质量低劣表面污染严重以及有其他质量问题的印制电路板不能进行组装, 做不合格品处理, 如图 2 所示 ; 对于表面较脏的印制电路板, 在焊接前用蘸有无水乙醇的脱脂棉球挤干后清洗 2 次 ~3 次, 以确保印制电路板焊接前表面

47 84 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月清洁干净图 2 不合格品 (2)BGA 元器件 : 对待组装的 BGA 器件进行有铅和无铅判别, 并检查 BGA 焊球是否氧化以及是否有缺陷如图 3 所示板子大小层数器件种类器件数量和分布等情况综合考虑来调整设置焊接温度曲线对于 PCB4 而言, 板子上无铅 BGA 器件数量多于有铅器件数量, 因此考虑设置兼容曲线进行焊接, 在对曲线进行多次测试调整后确定参数, 见表 1 表 1 兼容焊接温度曲线温区温区温区温区温区温区温度 θ/ 带速 v/(cm min -1 ) 38 经炉温测试仪温度传感器测试,PCB4 印制板上各处 BGA 器件底部温度为 231 ~234, 峰值回流时间为 20 s 左右对于 PCB2 而言, 板子上有铅 BGA 器件数量多于无铅器件数量, 并且无铅器件 D 1 较小, 因此考虑先对 D1 和 D6 器件进行植球处理, 转换成有铅器件后再设置有铅焊接温度曲线进行焊接, 在对曲线进行多次测试调整后确定有铅焊接温度曲线参数, 见表 2 表 2 有铅焊接温度曲线温区温区 1 温区 2 温区 3 温区 4 温区 5 温度 θ/ 带速 v/(cm min -1 ) 38 图 3 有缺陷 BGA 器件 4.2 组装为消除潮气在焊接高温中蒸发带来的不利影响, 有必要对 BGA 器件和板子进行预烘处理, 具体方法为 : 将 BGA 器件放入烘箱 110 ~120,48 h; 印制板放入烘箱 110,4 h 注意 :BGA 的烘烤温度最高不要超过 125, 因为过高的温度会造成锡球与元器件连接处金相组织变化, 当这些元器件进入回流焊阶段时, 容易引起锡球与元器件封装处的脱节, 造成 SMT 组装质量问题 ; 但是如果烘烤温度过低, 则无法起到除湿的作用在组装前将 BGA 器件烘烤, 有利于消除 BGA 内部湿气, 并且提高 BGA 耐热性, 减少元器件进入回流焊受到的热冲击对器件的影响此外,BGA 器件在烘烤取出后, 应自然冷却 30 min 才能进行组装在印刷焊膏时, 焊膏应覆盖焊盘 75% 以上的面积, 焊膏表面应光滑均匀无空隙和与邻近焊盘无桥连, 不粘污焊盘周围的基板, 并且焊膏印刷完成到再流焊接之间的等待时间控制在 2 h 以内关于焊接温度曲线设置, 需要说明的是以下所列举的焊接工艺曲线参数是根据本次试验所使用的印制板得来的, 在生产中则应根据实际板子情况 : 如经炉温测试仪温度传感器测试,PCB2 印制板上各处 BGA 器件底部温度为 210 ~217, 峰值回流时间为 25 s 左右焊接完成后对两块试验板 (PCB2 PCB4) 进行 X- 射线及外观检测,BGA 器件均没有短路, 印制电路板表面也没有斑点裂纹气泡炭化和发白等现象 5 可靠性验证为验证其可靠性对试验板进行了各项可靠性试验和分析测试 5.1 可靠性试验完成焊接后对两块试验板按航空相关标准进行了温度冲击和随机振动耐久试验, 整个试验过程中试验板外观良好, 均未出现异常问题, 具体试验条件见表 3 和 4 表 3 温度冲击试验保温时间转换时间循环次数试温度 θ/ t/h t/min n/ 次低温 :-55 恒温 :1 不大于 5 3 高温 :70

48 第 33 卷第 2 期吴军 : 有铅和无铅 BGA 混装工艺研究 85 表 4 随机振动耐久试验随机振动频率 f/hz 15~ ~ ~ ~2000 振动量值 3.84 m 2 /s 3 +4 db/oct 4.80 m 2 /s 3-6 db/oct 振动时间 t/h 每个轴向 1.6 试验轴向三个互相垂直方向 (X,Y,Z) 5.2 可靠性测试为了更深入了解焊点情况, 将试验板送至赛宝实验室对 BGA 器件焊点进行了切片电镜和染色分析试验试验后的代表性分析图片如图 4~ 图 7 所示 5.3 结论分析由图 4~ 图 7 可以看到, 电镜和切片试验中试验板混合组装的 BGA 焊点内部无气泡空洞, 焊点界面的金属间化合物 (IMC) 厚度均在 1μm~3μm, 并且形态连续较好 ; 染色试验后没有红色颜料渗透到元件一侧或印制板一侧界面中, 说明焊点试验前未开裂, 表明没有虚焊的产生 IMC 金属间结合层的形成虽然是焊接良好的一个标志, 但是过厚或过薄的 IMC 均会降低焊点力学性能和热疲劳性能进而影响焊点可靠性, 目前普遍认为焊点的 IMC 在 1μm~3μm, 其结合强度及可靠性相对较好, 因此在焊接过程中保障良好的 IMC 是实现良好焊接的重要条件 6 结论随着无铅化进程的发展, 有铅和无铅 BGA 混合组装难以避免混合组装中由于两种焊料不同的温度特性, 焊接工艺窗口较小, 难度较大, 但是只要弄清不同焊料的温度特性, 通过试验调整和优化工艺参数并且在生产过程中加强对各个环节过程的控制, 就可以得到较好的焊接产品图 4 PCB2 D6 切片和电镜图片参考文献 : [1] 杨光育, 徐欣, 董义. 无铅合金与锡铅合金性能对比分析 [J]. 电子工艺技术,2008,29(6): [2] 孙守红. 无铅器件逆向转化有铅器件工艺 [J]. 电子工艺技术, 2010,31(5): [3] 付鑫, 间能华, 宋嘉宁. 有铅和无铅混装工艺探讨 [J]. 电子工图 5 PCB4 D5 切片和电镜图片艺技术,2010,31(2): [4] 邵志和. 无铅工艺和有铅工艺 [J]. 电子工艺技术,2009, 30(4): [5] 张永忠. 无铅 PBGA 用含铅焊膏焊接的工艺研究 [J]. 航天制造技术,2008,(1): [6] 徐驰, 包晓云. 有铅焊料焊接无铅 BGA 回流参数探索 [J]. 电子工艺技术,2011,32(6): [7] 蒋廷彪, 徐汇龙, 韦荔蒲. BGA 混合焊点热循环负载下的可靠性研究 [J]. 电子元器件与材料,2007,26(6): 图 6 PCB2 D5 焊点染色试验图片收稿日期 : 图 7 PCB4 D6 焊点染色试验图片

49 电子工艺技术 86 Electronics Process Technology 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期无铅 BGA 返修工艺方法张伟, 孙守红, 石宝松 ( 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林长春 ) 摘要 : 总结了无铅 BGA 返修的工艺特点技术要求和温度曲线设置方法 ; 介绍了一种暗红外返修系统的结构与性能特点 ; 结合实际工作详细描述了某航天产品无铅 BGA 返修的实施工艺, 重点阐述了返修时高可靠性的实现方法 ; 从而验证了基于此设备的工艺方法对于无铅 BGA 返修的有效性关键词 : 表面贴装技术 ; 温度曲线 ; 返修技术中图分类号 :TN605 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Lead-free BGA Rework Process ZANG Wei, SUN Shou-hong, SHI Bao-song (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun , China) Abstract: Summarize the characteristics of lead-free BGA rework process, technical requirements and methods of setting temperature curve; describe the structure and performance characteristics of a IR rework system; combine with work experience, describe a product s implementation of lead-free BGA rework process in detail, which focuses on the repair methods of high reliability; Prove the effectiveness of the method based on this machine for lead-free BGA rework process. Key words: SMT; Reflow soldering profile; Rework technology Document Code: A Article ID: (2012) 随着电子产品向小型化网络化和高性能方向发展, 电子元器件封装也逐步向高密度多元化和高可靠性的趋势迈进, 球栅阵列封装 BGA 和芯片尺寸封装 CSP 等芯片越来越多地被用于 PCB 的组装中这对装联工艺提出了新的要求无铅 BGA 的应用, 使装联工艺变得更加困难, 对无铅 BGA 的返修更是带来了极大的挑战 1 无铅 BGA 返修工艺 1.1 无铅返修的难点传统的基于 Sn63Pb37 的锡铅回流焊工艺人们都已经很熟悉了, 其焊料熔点 183, 回流温度在 210 ~230 之间, 而电子元件以及印制板的极限温度为 250, 两者之间存在 40 的工艺窗口, 组装与返修工艺难度相对较低与之相比, 无铅回流焊接的难度将会增大以目前应用最为广泛的 SAC305 焊料而言, 其熔点为 217, 无铅回流曲线最低峰值温度要求 230, 距 250 只有 20 的工艺窗口, 仅为锡铅回流曲线的一半 [1,2] 在这种情况下, 如仍采用以前的温度曲线进行无铅焊接, 极易导致小元件温度过高损坏, 而大元件温度不足冷焊的情况出现同样, 由于 BGA 各个焊点热容量往往不同, 特别是那些与多层印制板中接地层平面相连接的焊点, 温度远大于那些仅与孤立焊盘或细导体相连的焊点, 实际上, 根据芯片尺寸, 封装形式的不同, 同一 BGA 芯片上的焊点温差能达到 15 甚至更高, 因此, 采用传统的回流曲线也容易造成 BGA 焊接的缺陷在无铅回流焊工艺中, 为使电路板上大小元件的焊接温度趋于一致, 将温度曲线的峰值设定为平顶波形是最为有效的方法同样的道理, 在 BGA 返修过程中也应采用平顶波形的设置方式图 1 为一个典型的无铅焊接平顶曲线作者简介 : 张伟 (1979- ), 男, 工程师, 毕业于燕山大学, 主要从事电装工艺技术的研究工作

50 第 33 卷第 2 期张伟, 等 : 无铅 BGA 返修工艺方法 87 温度 θ/ 时间 t/s 图 1 典型无铅焊接平顶曲线 1.2 返修设备由于 BGA 特殊的封装结构, 其焊点位于整个封装体底部, 使得焊点受热困难, 只能使用专用设备进行安装 [3] 回流炉是一种整板回流设备, 电路板上所有元器件同时进行回流焊接, 而返修工作台则是一种局部回流焊设备, 仅对电路板上需要返修的某一个器件进行回流焊接, 因此人们也把返修设备称为选择性回流设备返修系统按加热方式可分为热风加热返修系统和红外加热返修系统两种, 也有两者结合使用的情况表 1 是两种加热方式的对比表 1 热风加热与红外加热特征其主要特点为 : a) 动态红外技术结合温度曲线的平顶设置, 上下加热器功率输出比例由微处理器自动控制, 可有效降低元件各处的温差, 提高返修的成功率 ; b) 采用多重闭环控制, 能防止周边元件过度加热, 防止底面元件的掉落, 使返修工作更为安全可靠 ; c) 采用测量精度更高的智能红外非接触式传感器及四个高精度小型化热电偶温度传感器, 可实现准确的温度测量 ; d) 实时测量与显示功能, 操作界面简洁, 能同时显示预设曲线和返修过程中元件的实际温度曲线, 此外, 具有 25 倍光学变焦和 12 倍数码变焦的高质量 CCD 摄像机, 能对返修过程元件焊点的形状及变化进行实时视觉监视本文描述的无铅 BGA 返修实施方法, 即是基于该款设备的 1.3 返修流程一般来说,BGA 返修包括以下几个步骤 [4-6], 如图 3 所示序号加热方式加热特征 1 热风加热加热特性 :PCB 表面温度 < 焊点温度 < 元器件表面温度 ; 加热时表面温度均匀 ; 耐热温度低的元器件尤其是铝电解电容易过热受损 ; 元器件表面及金属突起部分容易首先受热和温度过高 ; 焊锡向温度高的地方流动, 容易造成焊锡倒流, 导致焊接不良 ; 风速高容易造成元器件偏移 ; 加热效率低, 温度曲线斜率难于控制 2 红外加热加热特性 : 元器件表面温度 < 焊点温度 < PCB 表面温度 ; 元器件阴影部分受热少, 造成焊点间温度不均匀, 温差大 ; 可防止铝电解电容等耐热温度低的元器件过热受损 ; 加热效率高, 温度曲线斜率易于控制 3 复合加热防止铝电解电容过热 ; 高效加热, 节省能源, 节省空间 ; 元器件阴影部分用热风加热 ; 温度均匀, 温差小我们在工作中使用的是一款具有全闭环控制的暗红外返修系统, 结构如图 2 所示图 2 此暗红外返修系统图 3 BGA 返修流程防护处理任何器件的修复操作都可能导致印制板的可靠性问题, 航天标准 QJ2940A 航天用印制板组装件修复和改装技术要求明确要求 : 在元器件更换过程中应避免焊点受到热和机械损伤 ; 拆除元器件的操作, 只应在安装密度足够保证其他相邻元器件的完整性的情况下才可进行无铅 BGA 的返修由于温度更高, 为了保证返修的高可靠性, 更应特别注意避免对印制板和周边元件的损坏, 对于耐热性能较差的接插件和小元件必须采取必要的热防护措施根据红外加热的原理, 可利用红外加热的阴影效应进行热防护, 实际操作中, 我们使用锡箔控制加热窗口以达到热防护的目的图 3 给出了两种热防护方法, 其中图 3(a) 对 BGA 周边器件全部进行了遮盖, 仅留有待返修的 BGA 器件, 此种方法可以有效地对返修部位以外的器件进行热防护, 但是存在一个难以解决的问题, 因为锡箔对热的反射效应, 导致红外测量的温度可能明显低于显示温度的情况这可能导致返修接收的热量远低于设置温度, 从而导致返修失败我们推荐使用图 3(b) 所示的防护方法, 此种方法可以尽可能保证温度曲线的准确性, 从而达到良好的返修效果但是, 缺点是需要操作者清楚地了解印制板上不同器件的耐热性能, 然后针对性地对耐热性能不好的器件进行防护

51 88 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 (a) 采用锡箔对全部器件防护图 3 元件热防护方法温度曲线设定 (b) 针对不耐热器件进行单独防护合理的温度曲线是成功返修无铅 BGA 的关键 [7] 不同的 BGA, 材料厚度和大小都不一样, 它对热量的吸收和传递也不相同因此, 返修时应结合 BGA 印制板以及 BGA 在 PCB 上所处的位置等因素进行温度曲线的设定无铅焊料与传统的 Sb63Pb37 性能差异较大, 温度曲线也有很大不同图 4 为典型的无铅焊接的温度曲线温度 θ/ O 时间 t/s 图 4 无铅焊接温度曲线预热区预热的主要目的是蒸发焊膏中过多的溶剂, 防止回流过程中产生锡珠和气孔为了避免 PCB 单面受热过快而产生翘曲和变形, 有铅工艺中预热温度一般为 120 ~160, 最大升温速率一般不超过 3 /s 而无铅工艺中预热区细分为升温区和保温区, 升温区从室温 30 升到 130, 时间为 30 s~100 s, 保温区从 130 升到 190, 时间为 60 s~120 s 当遇到多层板大尺寸板以及装有大热容元器件, 如 BGA 时, 为使整个 PCB 温度均匀, 减小 PCB 及大小元器件的温差 θ, 无铅焊接需要缓慢升温和预热快速升温区 ( 助焊剂浸润区 ) 助焊剂浸润区的主要作用是清洗焊接面的氧化层, 同时要求助焊剂在焊料熔融时还要保持一定的活性, 它对扩散和溶解形成良好结合层是极其重要的无铅焊料 SAC305 的熔点比 Sb63Pb37 高 34, 另外, 从 180 升到 217 需要升温 37, 这就要求助焊剂浸润区有更高的升温斜率, 以减少此区时间, 否则, 长时间处在高温下的焊膏会过度消耗助焊剂并提前结束活化反应, 严重时会使 PCB 焊盘元件引脚和焊膏中的焊料合金在高温下重新氧化而造成焊接不良回流区回流区是焊料熔化温度到焊料凝固温度间的区域, 即流动的液相区, 它是扩散溶解和冶金结合形成良好焊点的关键区域由于无铅焊接温度高, 既要保证充分焊接还要避免高温损坏元器件和印制板, 因此正确控制回流时间峰值温度以及峰值时间是极其重要的无铅焊料焊接要求大于 217 的时间为 30 s~60 s 之间 ; 大于 230 的时间不超过 20 s, 最高峰值为 240 ± 冷却区冷却区对于良好焊点的形成同样具有重要作用, 一般降温率控制应控制在 3 /s~5 /s 之间为好如降温过慢, 焊点冷却凝固时间过长, 容易造成焊点结晶颗粒长大 ; 如降温过快, 则可能使元器件受热冲击而受损 BGA 拆卸在做好周边器件的防护后,BGA 的拆卸过程也就是正常的回流焊接过程采用暗红外返修系统时, 由于采用了全闭环控制, 可以实现显示温度与设置温度的基本吻合, 十分有利于实现低温焊接操作中, 一般当显示温度达到 225 左右时, 即可用镊子向下轻轻按动 BGA 器件本体, 如果器件能够整体移动, 说明全部锡球已经充分熔化, 可取下 BGA 芯片另外, 也可通过设备自带的 CCD 摄像机实际观察焊点的状态, 当焊点明显发亮时并且开始流动时, 说明焊料已经熔化, 即可用镊子进行拾取操作如果拆除的芯片不再使用, 并且 PCB 耐温能力较强时, 拆除芯片温度可适当提高 ( 较短的加热周期 ), 若 BGA 需要继续使用, 则应采用较低的温度, 以避免器件高温受损 (a) 设置曲线温度 θ/ 时间 t/s (b) 显示曲线图 5 温度曲线

52 第 33 卷第 2 期张伟, 等 : 无铅 BGA 返修工艺方法 89 图 5 是进行返修操作的温度曲线图 5(b) 中峰值较高的为热电偶测试曲线, 峰值较低的为红外测试曲线焊盘处理返修位置的焊盘处理主要有两个目的 : 一是将拆除元器件后留在 PCB 表面的助焊剂和残余焊料清理掉 ; 二是对焊盘进行上锡焊盘清理必须使用符合要求的清洗剂, 为保证焊接的可靠性, 一般不能使用焊盘上残留的焊膏, 除非 BGA 上重新形成 BGA 锡球操作时可采用吸锡绳吸除多余焊料上锡操作可通过涂覆锡膏实现方法是选用与 BGA 相符的模板, 将焊膏涂在电路板上即可对于 BGA 焊接有 3 种焊膏可以选择 :RMA 焊膏免清洗焊膏和水溶性焊膏使用 RMA 焊膏, 回流时间可略长些使用免清洗焊膏, 回流温度应选的低些我们经过大量的实际操作, 认为在焊盘上搪锡不失为一种便捷而可行的焊盘上锡方法操作时, 先在焊盘上刷涂适量的助焊剂, 然后用烙铁对焊盘进行搪锡处理, 随后用清洗剂将助焊剂残留清洗干净即可图 7 是采用搪锡方式处理后的焊盘情况搪锡处理后的未经处理的焊盘焊盘图 7 采用搪锡法处理焊盘 BGA 贴装 BGA 贴装的基本原则是使 BGA 芯片上的每一个焊球与 PCB 上对应的焊盘相对正, 在经典的有铅回流焊工艺中, 允许锡球与焊盘间存在至少 25% 的偏移量, 条件合适时焊料的自对中效应甚至可以纠正 50% 的偏移量由于无铅的润湿效果较差, 则要求芯片的对位精度更高我们采用的返修系统中集成了高精度的光学对中系统, 可轻松实现高精度的贴片操作图 8 为采用高精度光学对中系统实现贴片的情况曲线接近另外,PCB 底部必须充分预热, 以避免由于 PCB 的单面受热而产生翘曲和变形, 对大尺寸 PCB 的 BGA 返修, 底部预热尤其重要我们的一个经验是, 充分利用返修系统的高精度摄像机, 实时观察锡球的熔化情况, 待观察到焊盘锡料与焊球充分融合后即可停止加热, 以避免温度过高的可能性 2 检验返修工作完成后, 应检测焊接质量是否良好无铅焊点外观粗糙气孔多和润湿角大, 外观与有铅焊点有较明显的区别由于 BGA 焊球在芯片的下面, 焊接后很难判断其焊接质量我们经过多年的焊接经验, 采用搪锡法进行的 BGA 返修, 连焊的可能性极小, 除非焊料过多或温度过高此外可采用特性阻抗测试法进行进一步确认具体测试 PCB 和 BGA 上供电电路的滤波电容阻抗, 如果在 30 Ω~500 Ω 之间, 则基本断定无短路发生对于焊点的其他缺陷如焊点内有无空洞, 则必须使用 X 光焊点检查仪 3 结束语无铅 BGA 芯片的返修是一项工艺性极强的工作, 由于整个操作是在一个相对开放的环境下进行, 器件热量的损失很快, 这对设备的加热能力测温精度和操作者经验水平都有更高的要求为提高返修的成功率和可靠性, 操作者应该勤于练习并且采用综合工艺手段, 如在红外测温的基础上使用热电偶辅助测温, 以保证测温的准确性, 选用底部为热风加热方式的设备以减小印制板各点温差等总之, 理想的设备合理的工艺以及高水平的操作经验是保证无铅 BGA 高可靠返修的关键参考文献 : [1] 孙守红, 无铅器件逆向转化有铅器件工艺 [J]. 电子工艺技术, 2010,31(4): [2] 王惠平, 无铅焊接高温对元器件可靠性的影响 [J]. 电子工艺技术,2008,29(2): [3] 张国琦, 曹捷, 麻树波. BGA 返修和返修工作台 [J]. 电子工艺技术,2009,30(1): [4] 汪思群, 王柳. BGA 表面贴装技术及过程控制 [J]. 电子工艺技术,2011,32(3): [5] 章英琴. BGA 器件及其焊接技术 [J]. 电子工艺技术,2010,31 (1): [6] 梁万雷. BGA 的无铅返修工艺 [J]. 电子工艺技术,2008,29 (a) 自动贴片 (b) 贴片效果图 8 精确贴片回流焊接 BGA 返修回流曲线应尽量与 BGA 芯片的原始焊接 (3): [7] 蔡海涛. 回流焊接温度曲线控制研究 [J]. 微处理机,2008,10 (5): 收稿日期 :

53 电子工艺技术 90 Electronics Process Technology 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期氧化膜强化技术在钽电容器生产中的应用焦红忠, 董宁利, 孙红杰 ( 宁夏星日电子有限公司, 宁夏石嘴山 ) 摘要 : 采用氧化膜强化技术在钽阳极体外表面形成抗机械应力的强化氧化膜, 并模拟钽电容器回流焊过程, 研究回流焊前后钽电容器漏电流变化以及对击穿电压 (BDV) 的影响试验结果显示 : 在回流焊安装前后, 应用氧化膜强化技术的电容器漏电流增幅小于普通产品 14%; 耐 BDV 比普通产品高 6 V 关键词 : 钽电解电容器 ; 击穿电压 ; 氧化膜强化 ; 回流焊中图分类号 :TN605 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Application of Reinforced Oxide Film for Tantalum Capacitors JIAO Hong-zhong, DONG Ning-li, SUN Hong-jie (Ningxia Xingri Electronics Co. Ltd., Shizuishan , China) Abstract: Oxide film reinforcement technology was used to form robust oxide film to resist mechanical stress on the outer surface of tantalum anode. Simulated reflow soldering process for tantalum capacitor and made a study on DC leakage current change before and after reflow soldering and influence of reinforced oxide film on breakdown voltage. The result of tests showed for the capacitors prepared with reinforced oxide film, the rise of DC leakage current before and after reflow soldering has reduced by 14% compared with the capacitors prepared with conventional production process; Breakdown voltage measured is 6V higher than the capacitors prepared with conventional production process. Key words: Tantalum electrolytic capacitor; Breakdown voltage; Reinforced oxide film; Reflow soldering Document Code: A Article ID: (2012) 钽电容器是由不同性质的材料组成的复合结构, 包括钽阳极体阴极层引线框架和环氧树脂外壳, 这些材料具不同的热膨胀系数 [1] 在钽电容器表面贴装过程中需要经受温度升高和降低的过程由于热膨胀系数 (CET) 不匹配而产生的应力集中起来然后释放, 如图 1 所示, 应力释放引起钽阳极体外部介质层产生细微裂纹, 致使钽电容器漏电流增大, 成为钽电容器失效的隐患 [2] 本文在钽电容器生产过程中使用氧化膜强化技术, 模拟钽电容器在电路板上的回流焊安装过程, 测量电容器在回流焊安装前后漏电流和击穿电压 (BDV) 变化, 重点研究氧化膜强化技术对提高钽电容器耐回流焊能力的作用, 并对其机理进行了讨论氧化膜强化技术是在已形成完备的钽阳极体介质层表面施加高于介质层形成电压的强化电压, 在钽阳极体表面形成一层更厚的介质层, 从而提高钽电容器耐热应力和机械应力的性能图 1 回流焊过程中材料热膨胀应力释放 1 实验 1.1 样品制备试样采用 16 V 100μF 规格的钽阳极体选用 CU 值 μf V/g 的钽粉, 压制成尺寸为 4.7 mm 3.4 mm 1.8 mm 和质量为 150 mg 的钽块, 在真空作者简介 : 焦红忠 (1970- ), 男, 毕业于昆明理工大学, 高级工程师, 主要从事钽电容器制造技术研究工作

54 第 33 卷第 2 期焦红忠, 等 : 氧化膜强化技术在钽电容器生产中的应用 91 条件下烧结 30 min; 将烧结块浸于 60 和质量分数为 0.1% 的磷酸水溶液中并对其施加 50 V 直流电压, 在钽阳极体上形成五氧化二钽介质氧化膜, 清洗并干燥钽阳极体将阳极氧化后的钽阳极体浸入 85 和质量分数为 0.1% 的磷酸乙二醇溶液中, 以一定升压速率对其施加 85 V 的直流电压, 电压升到设定值后保持 1 min, 在钽阳极体表面形成一层较厚的介质氧化膜, 清洗并干燥钽阳极体将钽阳极芯体浸渍于硝酸锰溶液中, 被覆二氧化锰阴极层 ; 被覆石墨和银浆, 形成电容器阴极 ; 将形成阴极后的电容器模压封装, 用仪器测定样品容量 C 损耗 D 等效串联电阻值 (ESR) 和漏电流 1.2 模拟回流焊工艺客户一般使用回流焊工艺将产品安装在电路板上, 模拟客户双面板的安装过程, 使用无铅焊膏将产品粘贴在 PCB 上, 将 PCB 和产品放入无铅热风回流焊炉中, 按照图 2 设定温度曲线运行 2 次回流焊工艺后将 PCB 取出 [3] 温度 θ/ 时间 t/s 品烧毁时的电压, 即产品的 BDV 2 结果与分析模拟钽电容器回流焊安装过程, 并测试回流焊前后产品的漏电流和 BDV 变化, 测试结果如图 4 和图 5 所示用传统工艺制备的钽电容器漏电流回流焊前为 6.35μA, 回流焊后为 8.63μA, 漏电流增幅为 35.9%; 氧化膜强化电容器的漏电流回流焊前为 4.61μA, 回流焊后为 5.62μA, 漏电流增幅为 21.9% 用传统工艺制备的钽电容 BDV 均值回流焊前为 V, 回流焊后为 V,BDV 的降幅为 30.74%; 氧化膜强化电容器的 BDV 均值回流焊前为 V, 回流焊后为 V,BDV 的降幅为 18.57% 百分比 /% 普通产品 (16 V 100μF) 回流焊前后漏电流的概率图正态 -95% 置信区间漏电流 I/μA (a) 用传统工艺制备的钽电容器氧化膜强化产品 (16 V 100μF) 回流焊前后漏电流的概率图正态 -95% 置信区间图 2 回流焊温度曲线 1.3 测量击穿电压 (BDV) 钽电容器目前大量使用在低阻滤波电路 [4], 为了模拟电容器在滤波电路中的使用情况, 采用图 3 所示的 BDV 测试电路百分比 /% ESR C 图 3 BDV 测试电路电路中充电电路总电阻 (FET 开关电阻和电路电阻 ) 0.5 Ω, 放电电路电阻 1.0 Ω, 储能电容为 100 V μF 的铝电解电容器通过步进浪涌耐压试验的原理对产品进行动态 BDV 的测试, 电路充放电时间为 0.5 s, 在一个电压值下进行 4 次循环 BDV 测试的起始电压为产品的额定电压, 然后按照 1 V 的阶跃进行升压测试, 直至产品烧毁, 记录产百分比 /% 漏电流 I/μA (b) 氧化膜强化的钽电容器图 4 电容器回流焊前后的漏电流变化氧化膜强化产品 (16 V 100μF) 回流焊前后漏电流的概率图正态 -95% 置信区间击穿电压 U/V (a) 用传统工艺制备的钽电容器

55 92 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月百分比 /% 普通产品 (16 V 100μF) 回流焊前后漏电流的概率图正态 -95% 置信区间击穿电压 U/V 于强化氧化膜结构, 使电容器耐压水平提高一个数量级, 这意味着与传统形成工艺相比, 钽电容器的热稳定性提高了记录电容器 BDV 测试过程中浪涌电流的变化情况, 如图 7 所示, 普通产品的峰值电流为 A, 氧化膜强化产品的峰值电流为 A, 二者的峰值电流相差较小, 但是氧化膜强化产品的电流下降速度快, 电流值小, 强化氧化膜技术对电容器表面氧化膜的保护效应得到进一步的验证 (b) 氧化膜强化的钽电容器图 5 电容器回流焊前后的 BDV 对比氧化膜强化电容器在漏电流和击穿电压 (BDV) 方面与传统工艺制备的钽电容器相比有明显改善对氧化膜强化电容器解剖进行电镜 (SEM) 分析, 从图 6 可以看出钽阳极体内部的氧化膜颜色和外部的氧化膜颜色有明显的区别充电电流 I/A 充电时间 t/s 图 7 普通产品和氧化膜强化产品浪涌电流波形对比图 6 氧化膜强化产品钽阳极块氧化膜不同的形成电压使钽阳极体呈现出不同的颜色, 通过区分不同的颜色可以清晰地区别阳极体的形成电压对比不同形成电压下的氧化膜颜色, 可以判定内层氧化膜的形成电压为 48 V, 外层氧化膜的形成电压为 85 V 应用氧化膜强化技术后形成的氧化膜只存在于钽电容器的外表面, 氧化膜厚度只在外表面明显增加, 外层氧化膜的厚度从强化前 76.8 nm, 增加到强化后 136 nm, 有效地增强了电容器抵御生产和安装过程中受到的机械应力和热应力生产过程中电容器会受到碰撞注塑挤压以及回流焊安装过程中环氧塑封料热膨胀应力, 对电容器的漏电流影响很大, 造成漏电流增大恶化由于外层氧化膜的保护作用, 相比传统工艺而言, 采用氧化膜强化技术明显改善了电容器回流焊安装前后的漏电流在电容器的所有最终结构中, 电极的外层表面和边缘是承受电冲击最多的区域进入电极的所有电荷在表面发生分流, 因此电击穿经常发生在表面表面氧化膜的质量决定电容器的耐电击穿能力强化氧化膜的存在降低了表面氧化膜的挤压损伤, 增强了表面氧化膜的耐电冲击能力, 其保护效果在电容器 BDV 分布图上表现得非常明显 ( 图 5), 由 μm 3 结论 (1) 氧化膜强化技术能够增加钽阳极体表面的氧化膜厚度, 对电容器氧化膜形成有效保护 ; (2) 氧化膜强化技术能够降低各种应力对电容器的损伤, 改善电容器的电性能在回流焊安装前后, 强化氧化膜的电容器漏电流增幅比用传统工艺制备的钽电容器低 14%;BDV 值比普通产品高 6 V 参考文献 : [1] 侯宝峰, 湛永中, 马翠英. 100 mf V/g 钽粉在片式钽电容器上的应用研究 [J]. 电子工艺技术,2006,27 (3): , 149. [2] Ladd J. Lowest Available ESR Conformally-Coated Multiple-Anode Tantalum Capacitor[C]. CARTS USA 2000, California, USA, [3] Randy Hahn, Jim Piller, Philip Lessner. Improved SMT Performance of Tantalum Conductive Polymer Capacitors with Very Low ESR[C]. CARTS USA 2006, Orlando, Florida, USA, [4] Teverovsky A. Effect of compressive stresses on performance and reliability of chip tantalum capacitors[c]. CARTS Europe 2007, Barcelona, Spain, 收稿日期 :

56 电子工艺技术 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期 Electronics Process Technology 93 双面 PSD 器件的工艺研究汪继芳, 刘善喜, 简崇玺 ( 华东光电集成器件研究所, 安徽蚌埠 ) 摘要 : 双面 PSD 器件具有很高的灵敏度良好的瞬态响应特性紧密的结构以及简单的处理电路等优点介绍了 PSD 器件的制作技术重点介绍了利用微细加工技术进行双面两侧分流电极型 PSD 的制作, 解决了双面对准光刻技术的工艺难题, 为双面高精度 PSD 器件的制作提供了一条工艺技术途径关健词 : 双面 PSD; 双面光刻 ; 氧化 ; 扩散中图分类号 :TP212 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Research of Double-side PSD Technology WANG Ji-fang, LIU Shan-xi, JIAN Chong-xi (East China Institute of Optoelectronic Integrated Devices, Bengbu , China) Abstract: Double-side PSD is of high sensitivity, good characteristics in transient response, compact structure and a simple circuit. Introduce the production technology of double-sided PSD device, emphasize on double-side lithography technology. Solve some problems of double-side alignment lithography process. A double side PSD device with high precision has been fabricated. Key words: Double-side PSD; Double-side lithography; Oxidation; Diffusion Document Code: A Article ID: (2012) PSD( 位置传感器 ) 器件分单面和双面两种类型目前国内 PSD 器件的制作大部分采用单面工艺, 单面 PSD 器件是在同一面将两对电极设置在 PN 结的同一侧, 并且对称设置, 采用单面光刻工艺加工制作这种器件缺点是两对电极比较集中, 相互影响比较明显, 因此该种结构的器件在对位置进行测试时线性度差 ; 同时由于产生的光电流被两对电极分成四部分, 所以灵敏度也较差 ; 而且两电极在拐角处相互影响严重, 致使边缘失真大双面 PSD 器件电极设置在结的两面, 并且对称分布, 具有体积小噪声低灵敏度高线性范围和光谱响应范围宽以及应用电路简单等优点而倍受欢迎 [1] 本文介绍了利用微细加工技术进行双面两侧分流电极型 PSD 的制作, 解决了双面对准光刻技术工艺难题, 为双面高精度 PSD 器件的制作提供了一条工艺技术途径 1 PSD 器件的工作机理 PSD 作为一种位置敏感器, 它不仅具有空间位置分辨率, 而且还能提供光强信息就敏感光强信息这一点而言,PSD 等价于一个光电二极管 ; 而就其敏感位置的能力来说, 其功能相当于光电二极管阵列或 CCD PSD 不仅能给出连续的位置信息, 而且位置信息的获取无需扫描便可实现, 这完全不同于二极管阵列或 CCD 这全归功于 PSD 的大面积 PN 结结构, 当非均匀辐射或有限大小的光斑作用于 PSD 敏感面时, 不仅在 PN 结的纵向形成了在普通光敏二极管就能见到的光生电流, 而且在沿结面的方向也有电势的分布, 若接有负载, 还能形成横向电流, 这就是所谓的横向光电效应 PSD 器件的 PN 结是由重掺杂的 P + 型半导体和轻掺杂型的 N 型半导体构成, 和一般 PN 结一样由于载流子扩散在结区建立起一个与结面积垂直的自建内电场但是由于 P + 为重掺杂, 载流子浓度大, 故电导率高, 因此在入射点所形成的光生载流子在自建电场的作用下空穴进入 P + 层, 形成漂移电流, 到达 P + 层后便迅速扩散开来, 形成等电位区 ; 而 N 区由于轻掺杂, 电导作者简介 : 汪继芳 (1977- ), 女, 毕业于中北大学, 高级工程师, 主要研究电子薄膜与微细加工技术非硅 MEMS 加工技术

57 94 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月率低, 进入 N 区的电子不易扩散, 仍集中在入射点附近 ; 从而具有相对较低的低电位, 因而形成一个平行于结面的横向电场 [2] 这种效应便是上面提到的横向光电效应,PSD 的工作机理就是基于这一效应的 1.1 单面结构的 PSD 器件单面的 PSD 器件中最好的结构是四叶式电极结构这种结构将每一边枕形电极条从中间断开把外侧电极条弯曲, 使电极长度加长由于其形状相像于四叶植物, 故而叫它为四叶式电极结构, 如图 1 所示这种电极结构使 X 和 Y 输出之间的相互影响降到最小, 由于入射光束位置到两个相临电极的电阻相互相消, 因而其线性度和分辨率比枕形和正方形结构好而且对红外光响应快, 暗电流低, 制作容易, 反偏易于实现缺点是固有灵敏度低 I 1 边缘失真的要求, 选择双面两侧分流电极型结构, 作为工艺制作的结构类型位置线性度是指光点沿着一直线移动时 PSD 的位置输出偏离该直线的程度, 它除了与电阻层制作时所造成的非均匀成因有关外, 还与电极结构和灵敏面形状紧密相关光谱响应特性是指 PSD 的响应随波长变化的特性, 它与所使用的材料有关, 对于硅材料其波长响应范围一般为 300 nm~1 100 nm 响应速度是反映 PSD 瞬态特性的重要指标, 它与 PSD 的工作状态和制作工艺有关, 一般来说, 深度反偏工作状态下的 PSD 较零偏或较小反偏工作状态下的 PSD 的响应速度为快, 结电容和极间电阻越小响应速度越快基片选择单面抛光 N 型高阻硅片采用正性光刻胶及其配套显影液双面两侧分流电极型二维 PSD 是一个 PIN 结构, 其剖面图如图 3 所示,P 型光敏区结深控制在 1μm 以上,N 型层厚度控制在 200μm~300μm 抗反射膜采用二氧化硅, 折射系数为 1.5 I 2 I 4 Y1 抗反模 Y2 图 1 四叶式电极结构形式 1.2 双面结构的 PSD 器件这种器件电极结构设计为长条形形状, 电极设置在结的两面, 并且对称地分布双面两侧分流电极型 PSD 器件结构及等效电路如图 2 所示 I 2 I 1 I 4 I 2 I 4 I 3 I 3 R s 图 2 双面两侧分流电极型结构及其等效电路双面两侧设置的两对电极为 X 电极和 Y 电极若提供足够大的反偏电压, 输出电路便与光点位置成线性关系,P 型层和 N 型层充当电流的分配者, 并且分别相当于一维 PSD, 因而线性度得到了改善另外, 电流的收集同时在 P 型层和 N 型层上, 在同样的量子效率下, 其固有灵敏度高同时由于 X 电极和 Y 电极在 PN 结的两侧, 其间不存在相互干扰, 故其分辨率高 2 工艺设计及流程 2.1 工艺设计考虑 PSD 器件结构的选取根据技术指标对暗电流上升时间灵敏度和 I 3 I 0 R s R sh I 1 X1 X2 P 型层 I 型层 N 型层图 3 双面 PSD 器件剖面示意图双面光刻技术对于二维双面 PSD 器件的制作, 双面光刻是其中必不可少而且重要的一步工艺其工艺中有 3 步背面光刻, 分别是背面电极区光刻背面引线孔光刻和背面铝电极光刻, 这三步光刻分别同正面的电极区光敏区和铝电极版次套准在基片两面制作光刻图形并且实现映射对准曝光, 如果图形不是轴向对称的, 需要事先设计图形成镜像关系的两块掩模版, 每块掩模版用于基片的一个表面曝光在背面光刻时, 首先, 将此次光刻的掩膜版的套准符号用背面套准程序记忆下来, 并且图像停留在显示器上然后, 将需要背面光刻的硅片正面朝下放在承片台上最后, 用背面光刻显微镜将硅片上的套准符号和记忆的掩膜版套准符号套准, 显示器上可见两者套准情况, 图形套准即可曝光背面光刻时, 硅片与记忆的掩膜版的套准情形以 EVG620 光刻机背面引线孔版同光敏区套准为例, 如图 4 所示图 4(a) 是背面孔版在光刻机上用背面套准程序记忆的套刻图像, 图 4(b) 是背面孔版同光敏区

58 第 33 卷第 2 期汪继芳, 等 : 双面 PSD 器件的工艺研究 95 套准时的图像, 在此情形下曝光即可 (a) 背孔版的套刻图像 (b) 背孔版同正面光敏区套准图像图 4 双面对准示意图 2.2 工艺流程设计双面两侧分流电极型二维 PSD 器件的制作工艺流程如下 : (1) 基片清洗及初氧 : 清洗后采用干 O 2 + 湿 O 2 + 干 O 2 的氧化方法获得初氧层 ; (2) 光刻保护环 : 利用光刻技术制作出保护环区 ; (3) 氧化扩散 1: 通过氧化扩散制作出上保护区 ; 采用干 O 2 + 湿 O 2 + 干 O 2 的氧化方法获得氧化层 ; (4) 光刻上电极区 : 利用光刻技术制作出上电极区图形 ; (5) 氧化扩散 2: 通过氧化扩散制作出上电极区 ; 采用干 O 2 + 湿 O 2 + 干 O 2 的氧化方法获得氧化层 ; (6) 光刻下电极区 : 利用背面光刻技术, 在硅片背面制作出下电极区图形 ; (7) 氧化扩散 3: 通过氧化扩散制作出下电极区 ; 采用干 O 2 + 湿 O 2 + 干 O 2 的氧化方法获得氧化层 ; (8) 光敏区光刻 : 利用光刻技术, 获得光敏区图形 ; (9) 氧化扩散 4: 通过氧化扩散制作出光敏区 ; 采用干 O 2 + 湿 O 2 + 干 O 2 的氧化方法获得氧化层 ; (10) 光刻背面引线孔 : 利用背面光刻技术, 在硅片背面制作出下电极引线孔 ; (11) 光刻正面引线孔 : 利用光刻技术, 在硅片正面制作出上电极引线孔 ; (12) 正反面溅纯铝 : 利用溅射技术获得正反面铝电极层 ; (13) 正面铝电极光刻 : 利用光刻技术, 在硅片正面制作出上电极 ; (14) 背面铝电极光刻 : 利用光刻技术, 在硅片背面制作出下电极 ; (15) 去胶合金 : 去胶合金后完成双面两侧分流电极型二维 PSD 器件的制作利用上述工艺技术完成了双面两侧分流电极型二维 PSD 器件的制作 3 常见的问题及解决方法 3.1 结构电阻 R s 的控制在研究普通二极管和光电二极管时, 人们习惯于用阻容等效电路去研究它们的外部特性, 而 PSD 不管是结构上还是对光谱强度响应的特点均与普通的光电二极管有类似之处光照下,PN 结的理想伏安特性可表示为 : I=I 0 [e qu/kt -1] I L 式中 :I 为 PN 结输出的光信号电流 ;I L 为光生电流 ;I 0 为受光 PN 结的反向饱和电流 ;U 为跨接在 PN 结上的电压 ( 外加或光生电压 );q 为库仑电荷 ;k 为波尔兹曼常数 ;T 为 PN 结温度在实际情况下, 该公式需要修正为 : I=I 0 [exp q(u-irs)/kt -1] + (U-IR s )/R sh - I L 式中 :R s 为由二个电极的接触电阻 (R con1 R con2 ) P 区电阻 R p I 区电阻 R i 和 N 区电阻 R n 组成, R s =R con1 +R p +R i +R n +R con2 其结构如图 5 所示 R con1 R n R con2 图 5 R s 的组成在式中 R con1 和 R con2 是定值,R i 在一定的条件下也是常数对于 R p 和 R n, 如果光照覆盖整个光敏区, 则 R p 和 R n 也为常数, 但是如果光仅仅入射到光敏区上的一个点, 则由于光生载流子从不同的点到电极的距离不同, 其 R p 和 R n 也不同 R p 和 R n 是与制作工艺有关的参数 R s 越小, 落在器件 PN 结上的电压就越大, 引起的结电流变化也随之增大, 器件的响应速度越快工艺制作中, 要严格控制 P 区与 N 区的掺杂浓度及结深的推进通常, 要求 P 型层 R p =11 kω,n 型层 R n =10 kω, 光敏区结深 1μm 此时的 R s 及结电容较小, 可获得很好的器件光谱响应 [3] 3.2 双面图形的对准双面对准过程如下 :(1) 刻有对准标记的掩模版固定在设备夹具上, 下方一对数字显微镜拍摄套准标记图像, 存储并同时定位在显示屏上, 然后将已加工完一面的硅片放置在承片台中, 包含套准标记的图样面朝下, 装入掩模版的下方, 并且调平, 如图 6(a) 所示 ;(2) 显微镜调焦, 拍摄硅片的套准标记实时图像, 与掩模版标记的静态图像同时叠加在显示屏上, 如图 6(b) 所示 ;(3) 通过调整硅片承片台的 θ 角 X 和 Y 方向位移, 直到硅片套准标记和已存储的掩模版十字图形重合, 接下来以接近或接触方式进行硅片上表面的曝光, 如图 6(c) 所示 ( 下转第 109 页 ) R p R i P I N

59 电子工艺技术 96 Electronics Process Technology 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期离心清洗设备的研制何英, 岳军 ( 中国电子科技集团公司第二研究所, 山西太原 ) 摘要 : 离心清洗是针对印制电路板焊接后的一种有效清洗方法, 离心作用不仅能对印制电路板表面污染物产生很好的渗透溶解和去污效果, 而且不损伤元器件重点介绍了离心清洗设备的主要结构关键技术创新点以及实际应用情况通过试验和测试证明, 离心清洗设备可以很好地满足高精度和高可靠性 PCBA 的清洗要求关键词 : 离心清洗 ; 印制电路板组件 ; 清洗设备中图分类号 : TN605 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Development of Centrifugal Cleaning Machine HE Ying, YUE Jun (No.2 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Taiyuan , China) Abstract: Centrifugal cleaning is an effective method of cleaning for printed circuit board assembly. Centrifugal cleaning can not only generate good permeability, solubility and decontamination for the pollutants on the surface of the printed circuit board, but also do not damage components. Mainly introduce the centrifugal cleaning equipment, include main structure, key technology, innovation and practical application. The results of experiment and test indicate that centrifugal cleaning can well meet the cleaning requirements of PCBA with high accuracy and high reliability. Key words: Centrifugal cleaning; Printed circuit board assembly; Cleaning equipment Document Code: A Article ID: (2012) 离心清洗技术的应用背景印制线路板组件 (PCBA) 是组成电子整机装备最重要和最常用的部件和基础, 其性能直接影响到整机的可靠性和工作寿命 PCBA 焊接后, 其板面总是存在不同程度的助焊剂残留物及其他类型的污染物, 即使使用了低固态含量不含卤素的免清洗助焊剂仍会有或多或少残留物, 这将直接影响 PCBA 乃至整机的可靠性, 因此在生产过程中必须对其进行有效的清洗 [1,2] 以往电子清洗主要使用的是具有优良清洗效果和兼容性的氟氯烃溶剂的超声波清洗技术, 但是在 20 世纪 80 年代, 发现氟氯烃对大气臭氧层有破坏作用, 故已被联合国列为禁用产品 [3] 随着电子设备不断向高频高功率小型化和高可靠性发展, 印制线路板组件密度越来越大, 也导致传统的方法如喷淋和超声清洗工艺的应用效果越来越不明显, 并且发现超声波对微小型的器件内部有损伤作用, 被各国禁止使用当前迫切需要研究一种新的清洗工艺以解决上述难题离心清洗工艺技术是一种既能减少环境污染又能避免损伤元器件, 而且能高效干净地清洗低架空高度和高密度封装的 BGA 及 CSP 底部, 同时能够满足绿色环保和高可靠性的 PCBA 的清洗要求 [4,5] 2 离心清洗设备的研发制造 2.1 离心清洗设备的作用离心清洗是用离心技术来清洗电子电路元件精密部件和半导体组件的工艺, 具有很好的渗透溶解和去污效果离心清洗设备的研制是在研究印制线路板组件离心清洗工艺的基础上进行设备制造技术的研究, 完成工艺的物化过程, 适用于水碱性溶剂含水溶剂和有机溶剂等多种清洗溶剂离作者简介 : 何英 (1963- ), 女, 毕业于桂林电子科技大学, 高级工程师, 从事电子专用设备的质量计量和标准化工作

60 第 33 卷第 2 期何英, 等 : 离心清洗设备的研制 97 心清洗设备主要是针对 PCBA 焊后去除残留物的专用工艺设备, 其作用就是有效去除残留物, 主要表现在以下方面 :(1) 清除助焊剂残留物胶带纸或阻焊膜的残胶尘埃油脂微粒和汗迹等污染物, 防止对元器件印制导线和焊点产生腐蚀及其他缺陷的产生, 提高组件的性能和可靠性 ;(2) 清除腐蚀物的危害, 保证组件电气性能测试的顺利进行, 如果焊点上有过多的助焊剂残留物会使测试探针不能良好地接触焊点, 从而影响测试结果的正确性 ;(3) 清除组件表面的污染物, 提高三防涂覆层的结合力 ; (4) 使组件外观清晰, 热损伤和层裂等一些缺陷显漏出来, 以便进行检测和排除故障 2.2 离心清洗设备的主要结构离心清洗工艺流程 : 清洗漂洗和烘干三个步骤将工件清洗干净第一步 : 把工件固定在定制的夹具中, 提升电机带动工件进入清洗腔体中, 旋转电机使工件在清洗腔体中旋转, 其离心作用将产生很好的渗透溶解和去污效果 ; 第二步 : 通过磁力泵及过滤器进行喷淋漂洗, 喷淋的溶液不会浸没工件以免对工件造成二次污染 ; 第三步 : 经过加热及过滤的氮气使工件在离心的作用下进行烘干, 大大提高了系统的安全性针对以上工艺流程, 离心清洗设备主要由提升系统旋转系统控制系统喷淋系统装夹系统气体烘干系统和机架等部分组成, 设备结构示意图如图 1 所示, 设备组成结构框图如图 2 所示提升与旋转系统设计制造技术研究提升系统采用气缸及直线导轨结构, 导轨上下运动时有防护罩进行安全防护通过进行关键原材料的选择比较和应用实验, 确保气缸及导轨和控制驱动系统满足要求提升组件结构示意图如图 3 所示伺服电机提升气缸夹具图 3 提升组件结构示意图旋转系统采用交流伺服电机, 保证工件转速可调, 传动选用不同齿数比的同步带, 可减小噪声和振动, 提高了传动的平稳性转轴的轴承座内采用成对向心球轴承两侧安装, 从而提高了系统的刚性清洗腔压盖采用进口有机玻璃材质, 增强了设备运行的可视性旋转组件结构示意图如图 4 所示同步带同步带轮轴承轴承座清洗腔压盖提升系统旋转系统伺服电机轴承座固定架转轴喷淋系统控制系统图 4 旋转组件结构示意图装夹和喷淋系统设计制造技术研究工件的安装与取放将影响到整个设备的工作效率将针对工件的夹具进行专门的研究, 最大范围地适合实际需要和涵盖各类尺寸, 并且应保证不损坏被装夹的产品, 保证效率, 装夹系统结构示意图如图 5 所示机架装夹系统烘干系统图 1 离心清洗设备结构示意图离心清洗设机械系统控制系统转轴调节杆机架提升系统旋转系统装夹系统喷淋系统烘干系统硬件系统软件系统锁紧套筒转轴导套基板夹具图 2 离心清洗设备组成结构图 5 装夹系统结构示意图

61 98 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月基板夹具根据不同的基板尺寸在一定范围内可以调整, 调节杆实现基板的定位, 转轴与转轴导套之间通过锁紧套筒将转轴紧固, 这种装置能很快地实现轴与轴之间的紧固和松开, 从而大大提高了工作效率喷嘴在清洗腔体内呈环形排布, 提高喷淋的均匀性此外, 喷淋溶液的加热采用框式加热器, 选择特氟龙材质, 在既保证洁净度的同时也要保证加热温度的均匀性控制系统设计制造技术研究为了使设备操作灵活方便, 控制系统提供了一个优化的操作界面根据不同清洗需求, 研究清洗工艺编程的适合方法, 应达到可任意修改并储存, 可有效储存多达 80 种清洗工艺, 并具有故障报警功能用户界面可以灵活选择清洗工艺, 并执行多个操作步骤这些步骤包括离心清洗喷淋漂洗和烘干等, 在上述任何一个步骤中的转动频率周期时间和周期数都是可调节的软件系统功能框图如图 6 所示初始化自动运行主模块旋转系统装夹系统喷淋系统烘干系统图 6 控制系统软件功能框图 2.3 离心清洗设备关键技术的解决途径喷淋管的设计喷淋管的设计经过几次试制, 最终确定为水刀的形式采用喷管上安装若干个喷嘴的设计方案, 效果不是很好, 原因在于在喷淋的时候存在个别交叉区域的喷射力不足, 导致清洗效果不好而采用水刀结构并配置大功率喷淋泵的同时进行离心旋转, 漂洗效果良好但是如何保证缝隙的均匀性及缝隙接口处的尺寸精度是水刀制造的难点, 实践中我们采用线切割水刀割氩弧焊和平面精磨等组合工艺保证零部件达到设计要求清洗槽的密封设计清洗槽的密封是清洗过程中的一个关键技术, 槽体内的工件在高速旋转时产生很大的离心力, 如果密封不好将会使溶液流出到设备外, 同时对溶液本身也会存在污染通过大量的试验, 采用在槽体安装不同类型的密封圈进行互补, 第一层采用材质较硬的氟密封圈, 第二层采用较软的丁晴橡胶密封, 第二层密封圈可以把第一层完全包覆, 在接口处采用 AB 胶进行粘接, 这样既保证了强度也同时保证了密封效果, 收到了很好的效果, 解决了密封的难题清洗槽的排水设计在设计过程中, 为避免清洗槽排水速度慢且排不彻底的现象, 将排水由自重排放改为泵的直接抽取排放, 提高了效率 ; 并将槽体底部的液位传感器放置在排水管路中, 从而解决了排水不彻底的问题, 也避免了清洗液越用浓度越低的现象, 提高了设备清洗性能和效果 2.4 主要技术创新点独特的离心清洗工艺技术该设备的研制申请了两项专利, 分别为离心清洗机和印制板组件离心清洗工艺技术研究两项专利将离心清洗工艺方法应用于 BGA 和 CSP 清洗中, 利用离心清洗的原理对 BGA 和 CSP 的高密度组件进行有效清洗, 保证元器件的清洁和不被损伤离心清洗设备以离心清洗工艺为主, 以浸泡和喷淋工艺为辅助手段进行综合整体式清洗利用高速离心旋转的离心清洗作用力作用于元器件和电路板之间的任何空间, 清洗作用力均匀, 清洗洁净度高, 清洗效果好, 能够有效去除 BGA 和 CSP 等器件底部的残留物, 对提高其长期可靠性有较大帮助, 解决了单纯喷淋清洗对器件清洗不够干净的问题, 避免了超声波清洗对器件有损害的影响, 满足了高精度和高可靠性的 PCBA 的清洗要求该设备采用了清洗漂洗和烘干的全自动控制工艺, 各工序时间均可在软件中设置及调整此外还可以单步进行手工操作, 增强了设备的适用性在清洗工艺总体流程确定后, 工艺参数对清洗效果有很大的影响主要影响因素有旋转速度旋转时间正 / 反转次数和喷淋压力等为了获得有效的清洗工艺参数, 通过采用正交试验法对工艺参数进行优化, 获得合理有效的工艺参数正交试验包括 : 取旋转速度旋转时间正 / 反转次数和喷淋压力四种因子, 每种因子取 5 个水平, 选用 L25(56) 正交试验表安排试验, 考察洁净度指标是否可以达到离子残留物含量 <1.56μg/cm 2 (NaCl), 表面绝缘电阻 > Ω cm 通过大量工艺试验后, 总结出了针对 PCBA 进行离心清洗的合理的工艺参数配置清洗网络数据库技术该设备采用了自主研发的离心清洗数据库系统软件在准确了解与充分分析用户对 PCBA 离心清洗的需求后, 对离心清洗工艺离心清洗剂离心清洗对象离心清洗设备离心清洗标准以及离心清洗的流程进行了深刻研究 ( 下转第 117 页 )

62 电子工艺技术 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期 Electronics Process Technology 99 LTCC 电路基板上金丝热超声楔焊正交试验分析金家富, 胡骏 ( 中国电子科技集团公司第三十八研究所, 安徽合肥 ) 摘要 : 进行了 LTCC 基板上金丝热超声楔焊的正交试验, 在热台温度和劈刀安装长度等条件不变的情况下, 分别设置第一键合点和第二键合点的超声功率超声时间和键合力三因素水平, 试验结果表明第一点超声功率和第二点超声时间对键合强度影响明显关键词 : 正交试验 ; 金丝 ; 热超声楔焊中图分类号 :TN305 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Analysis of Orthogonal Test for Thermo-sonic Wedge Bonding on LTCC Circuit Board JIN Jia-fu, HU Jun (The 38th Research Institute of CETC, Hefei , China) Abstract: The orthogonal test for thermo-sonic wedge bonding on LTCC circuit board is discussed. Ultrasonic power, ultrasonic time and bonding force parameters are given for the first bond and the second bond by holding the temperature of heater and length of capillary. Ultrasonic power for first bond and ultrasonic time for second bond are effective for wire bonding strength by the experiment. Keywords: Orthogonal test; Gold wire; Thermo-sonic wedge bonding Document Code: A Article ID: (2012) 目前, 集成电路先进后封装过程关键技术中, 封装管脚的 90% 以上采用引线键合技术所谓的引线键合技术, 是指以极细的金属引线 ( 通常选择延展性好的金和铝 ) 的两端分别与芯片和管脚键合, 形成电气连接的技术对于普通半导体封装, 从性能和成本方面, 引线键合是最优的选择相关资料表明, 在使用微组装技术生产微电子产品的过程中, 失效类型比例为有源器件 31.3% 线焊 23.2% 沾污 21. 4% 基片 8.9% 外壳封装 6.3% 芯片贴装 1.8% 和其他 7.1% 可见线焊的失效比例排在容易发生质量问题的第二位, 金丝在电路模块中数量很多, 并且单根金丝的失效就会危及模块乃至整机系统的正常工作因此, 控制和提高金丝键合质量就显得十分重要 [1,2] LTCC 电路基板在微波多芯片组件中使用广泛, 相对于电镀纯金基板,LTCC 电路基板上金焊盘是丝印后烧结, 楔形键合强度对于参数设置非常敏感, 具体表现为粘附不上和第二键合点不完整等, 所以必须有一种有效的参数设置方法, 为引线键合工艺设计提供依据 1 键合原理线焊键合技术分为三步 [3] : 一是用外力将焊丝压倒在焊接区的表面上 ; 二是提供焊接能量, 热压焊用热能超声焊用超声能量热超声焊使用超声能和热能的组合 ; 三是施加压力和能量后使金属表面产生塑性变形与分子扩散, 从而使两种金属牢固地焊接在一起线焊键合的方式有两种球焊和平焊 / 楔焊本文使用楔形劈刀进行楔焊, 外形如图 1 所示楔形劈刀一般用陶瓷碳化钨或碳化钛制成作者简介 : 金家富 (1981- ), 男, 毕业于哈尔滨工业大学, 工程师, 主要从事微组装工艺工作

63 100 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 45 槽, 键合时可以增大摩擦, 减少超声能量的损失, 有助于完成有效的键合基板 : 由 Dupont 951 生瓷材料经 LTCC 工艺加工而成, 工艺流程如图 2 所示 [4] H BR FR BL T 15 生瓷带冲片打孔通孔金属化和布线检查图 1 Deweyl 公司的 CG 型劈刀键合力的作用就是使金线与基板的键合表面紧密地接触在一起在保证超声输出功率与温度等因素不变的条件下, 在一定的键合力范围内, 键合强度与键合力的大小成正比, 其他范围则成反比键合力的大小还会影响键合界面是否发生滑移或微滑键合时间是一次键合过程中超声开始到超声结束的时间间隔, 只有在合理的键合时间范围内才能形成良好的焊接, 过短的时间会导致剥离, 过长会导致根切现象其本质就是控制超声能量的输入超声功率与键合强度的关系大致为 : 当超声功率小于某一个值时, 增大超声功率有利于提高键合强度 ; 当超声功率大于某一个值时, 增加超声功率将降低键合强度, 并增加键合强度的离散程度当超声功率大到一定程度时, 键合强度就变得毫无规律, 当超声功率处于上述两值之间时, 能够产生比较稳定的具有足够强度的键合 2 试验过程设计 2.1 试验设备及材料试验设备 :West bond 7476E 型手动键合机该型手动键合机具有操作方便和参数设置简单的特点, 获得了较为广泛的应用楔形劈刀 : 选用 Deweyl 公司生产的 KNL-V 系列的 CG 型劈刀 CG 型劈刀的特点是在键合平面上有一凹导带内置元件印制烧结检查通断检测热压叠片表层导带电阻印制烧结生瓷切片基板检验图 2 LTCC 工艺流程图由于微波传输的需要, 表层导带通常由金浆料印制烧结, 且厚度保持在 10μm 左右, 烧成后的 LTCC 基板如图 3 所示图 3 LTCC 基板 2.2 试验过程根据键合工艺的参数设置, 选择超声时间超声功率和键合力作为影响键合强度的影响因素, 采用七因素两水平安排实验, 形成 L 8 (2 7 ) 因素水平表, 最后一列作为误差估计每一水平键合 2 根金丝, 用 WEST BOND 70PTE 拉力测试机进行键合强度测试, 将测试值分别填入表格中正交试验 L 8 (2 7 ) 因素水平表见表 1 正交试验方法与结果见表 2 表 1 正交试验 L 8 (2 7 ) 因素水平表因素 A ( 第一点 ) 超声时间 t/s B ( 第一点 ) 超声功率 P/mW C ( 第一点 ) 键合力 F/N D ( 第二点 ) 超声时间 t/s E ( 第二点 ) 超声功率 P/mW F ( 第二点 ) 键合力 F/N 误差水平各因素水平变化对试验指标影响的大小, 可用该因素各水平间的极差 R 表示这是由于正交表具有搭配均匀的特性 A 列上的拉力 K j1 和 K j2 的差异可认为主要由 A 列上的不同水平引起的 ; 同样 B 列 C 列 D 列 E 列 F 列上的拉力间的差异也可认为主要是由 B 列 C 列 D 列 E 列和 F 列上的不同水平引起的 3 数据分析根据正交试验分析方法, 分别从极差和方差角度对数据结果进行分析 3.1 极差分析从正交试验的计算结果来看, 第一点的超声功率和第二点超声时间对键合强度影响最大, 其次是

64 第 33 卷第 2 期金家富, 等 :LTCC 电路基板上金丝热超声楔焊正交试验分析 101 第一点键合力理论上讲, 两个键合点的参数应当比较接近, 第二键合点因为兼顾到断丝, 一般参数比第一点大一些就可以了实际上, 键合时除了设定第一点和第二点键合参数, 还会利用操纵杆完成引线的成弧, 线弧一般不会是相对于两点对称的圆弧形, 从第一键合点到达拱弧最高点的斜率会大一点, 根据力的合成与分解原理 [5], 从拱弧最高点测定键合强度时第一点的贡献会更大因此, 第一键合点的参数设置尤为关键, 它对提高键合拉力测试值作用明显表 2 正交试验方法与结果列号实验号 A B C D E F 误差拉力值 F/N K j K j 极差 R 方差分析一致, 见表 3 表 3 中 B C 和 D 三因素所得 F 值均比应用方差计算公式, 查 F 临界值, 判断各因素 F 0.05 (1, 9) 大, 说明其对键合拉力测试值的影响显著对键合拉力测试值的影响, 所得结果与极差计算表 3 方差计算方差来源离差平方和自由度均方 F 值 F 临界值 A B C D E F 0.20 (1, 9) =1.9 F 0.05 (1, 9) =5.1 F 0.01 (1, 9) =10.6 F 误差总和验证试验利用试验得出的参数组合 A 1 B 1 C 1 D 1 E 1 F 2 进行键合试验, 所得键合拉力测试值均在 N 以上, 满足军标要求 4 总结 1) 本文给出了正交试验优化 LTCC 基板上金丝楔焊的实现过程, 利用较少的试验次数获得了较满意的试验结果 2)LTCC 基板上金丝楔焊拉力测试值受第一点的超声功率和第二点超声时间对键合强度影响最大, 其次是第一点键合力 ; 优化后的参数组合是 A 1 B 1 C 1 D 1 E 1 F 2 研究 [J]. 电子工艺技术,2009,30(6): [2] 胡蓉, 徐榕青, 李悦. 微波电路引线键合质量的影响因素分析 [J]. 电子工艺技术,2009,30(2): [3] 晁宇晴, 杨兆建, 乔海灵. 引线键合技术 [J]. 电子工艺技术, 2007,28(4): [4] 郎鹏. 微组装中的 LTCC 基板制造技术 [J]. 电子工艺技术, 2007,29(1): [5] 刘春芝, 贺玲, 刘笛. 键合拉力测试点对键合拉力的影响分析 [J]. 电子与封装,2008,8(5):9-11. 收稿日期 : 参考文献 : [1] 李孝轩, 丁友石, 严伟. 统计过程控制用于金丝键合质量控制

65 电子工艺技术 102 Electronics Process Technology 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期新工艺新技术深槽 LIP 太阳能电池栅线电极技术欧萌, 赵晓明 ( 中国电子科技集团公司第二研究所, 山西太原 ) 摘要 : 介绍了深槽 LIP 太阳能电池栅线电极的制造方法, 对 LIP 工艺及装置进行了详细的说明通过试验表明, 用新工艺制造的太阳能电池片的转换效率可达 19.4% 讨论了与传统工艺相比较, 深槽 LIP 太阳能电池片在光学和电学性能上的提升机理关键词 :LIP; 埋栅电极 ; 太阳能电池中图分类号 :TM914 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Technology of High Aspect Ratio on Silicon Solar Cell Grid by LIP OU Meng, ZHAO Xiao-ming (No.2 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Taiyuan , China) Abstract: Introduce a method for high aspect ratio on silicon solar cell grid structure by light-induced plating process (LIP). Explicate the technology of LIP in detail., efficiency of silicon solar cell is increased up to 19.4% with the new process through the test. The principle is discussed on optical and electrical capabilities of solar cells by LIP comparing with the traditional process. Key words: LIP; Grid electrode; Solar cell Document Code: A Article ID: (2012) 年, 全世界太阳能电池产量为 23.9 GW, 其中中国 GW, 占世界的 45% 产量排名前 5 的厂商中有 4 家中国企业但是我国光伏市场仅占全球的 2.86%, 我国光伏制造业和市场发展不平衡的矛盾, 并没有随着近几年太阳能光伏行业的高速发展而缓解, 相反表现日益突出, 这也给我国光伏行业的良性发展埋下了隐患刚进入到 21 世纪的第二个 10 年, 就迎来了巨大的考验, 全球金融危机的余波尚存, 欧债危机又愈演愈烈, 欧洲各国均削减了对光伏行业的补贴, 占产品出口 80% 以上的欧洲市场严重缩水, 对我国光伏企业的冲击可想而知目前, 很多中小企业已经难以为继市场的危机随时存在, 要想在市场的竞争中保持不败, 技术上保持领先至关重要以深槽 LIP 太阳能电池栅线电极新技术替代传统的丝网印刷工艺, 将可使硅太阳能电池的光电转换效率大大提升光电转换效率是太阳能光伏电池片两大核心技术指标之一 [1,2], 其每提高 1%, 即意味着成本会降低 7% 光生伏特效应的过程为 : 光照到硅电池片的 pn 结上, 激发产生电子 - 空穴对, 光生载流子向 pn 结结区扩散,pn 结内建电场将电子流入 n 区, 空穴流入 p 区, 构成光生电流, 光生电流经正负电极流向外电路负载在电池片的光生伏特过程中, 每一步都会产生一定的损失, 从而影响到电池片的光电转换效率, 其损失大致分为两类, 即光学损失和电学损失光学损失大致有以下几种 : (a) 光子能量低于半导体带隙宽度 Eg 的长波光不能被吸收, 将透射穿过电池 ; 如被金属下电极所吸收, 则将变成热能 (b) 晶体硅是带隙宽度为 1.12 ev 的间接带隙作者简介 : 欧萌 (1969- ), 男, 毕业于太原工业大学, 高级工程师, 现主要从事电子专用设备的研发工作基金项目 : 电子发展基金项目 (2009); 山西省科技创新项目 (2010)

66 第 33 卷第 2 期欧萌, 等 : 深槽 LIP 太阳能电池栅线电极技术 103 半导体, 对于波长接近 1.1 μm 的红外光吸收系数很低, 硅片厚度大于 300 μm 时才能把有用的阳光充分吸收 ; (c) 光子能量高于 Eg 时, 多出的能量将传给晶格, 转换为热能 ; (d) 电池表面的光反射损失 ; (e) 上电极阴影损失电学损失大致有以下几种 : (a) 电流损失, 光生载流子在被 pn 结收集前复合 ; (b) 电压损失 ; (c) 串连和并联电阻引起的损失, 实际表现为电压损失, 使开路电压 (U OC ) 下降或使峰值电压 (U PM ) 与开路电压的差增大对于优良的结特性, 避免工艺操作过程中对 pn 结造成的损伤, 并联电阻 (R sh ) 的影响将很小但是由串联电阻 (R s ) 引起的焦耳损失是无法完全避免的在构成串联电阻的各项因素中, 硅片体电阻和下电极的影响可忽略, 主要由发射区薄层电阻上电极与硅之间的接触电阻和栅线电阻决定硅太阳能电池片的转换效率见表 1 表 1 硅太阳能电池片的转换效率理论上限转换效率量产最高转换效率单晶 29% 17%~18% 多晶 24% 16%~17% 换在结构设计上, 它主要通过减少上电极阴影损失和串并联电阻损失来实现光电转换效率的提升 1 LIP( 光诱导电镀 ) 技术深槽 LIP 栅线技术是指在太阳能电池片的生产过程中, 在制作减反射膜后, 采用激光刻槽二次扩散和 LIP 制造太阳能电池片栅线电极的新技术其中 LIP ( 光诱导电镀 ) 是利用扩散后的硅片已具有光伏效应, 通过一定的光照射硅片自然产生电流, 配合相应的 LIP 装置, 在硅片上形成所需要的栅线金属 [4,5] 其工艺原理如图 2 所示光源扩散层电池片背电极电源阳极 SiNx 图 2 LIP 的工艺原理 LIP 装置结构示意图如图 3 所示整体采用喷镀方式, 喷杯口进行了引流设计, 保证硅片的单面处理, 极大地简化了硅片的湿法处理流程电源从表 1 可以看出, 目前量产的太阳能电池片的实际光电转换效率与理论值相差还是很大的, 当然有些损失是不可避免的, 但是有些通过对硅太阳能电池片的结构进行改进, 还是可以避免的 [3] 太阳能电池的生产流程如图 1 所示光源阳极电池片硅片制绒发射区扩散图 3 LIP 装置结构示意图 LIP 装置中光源的选择至关重要, 它直接影响到镀速和镀层的结合力有实验表明, 硅太阳能电池片对波长为 500 nm~1 000 nm 的光感度最强, 所以在进行光电转化时, 应尽可能满足其感光度最好的条件可见光的着色与波长见表 2 表 2 可见光的着色与波长边缘结刻蚀传统工艺印刷银电极深槽 LIP 电极新技术光的颜色波长 λ/nm 光的颜色波长 λ/nm 检测紫 400~435 黄光绿 560~580 蓝 450~480 黄 580~595 图 1 太阳能电池的生产流程相比于传统的丝网印刷银电极, 用深槽 LIP 栅线电极所产生的硅太阳能电池结构, 更有利于光电的转青 480~490 橙 595~605 蓝光绿 490~500 红 605~700 绿 500~560

67 104 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月从表 2 可以看出红光的波长范围最符合要求, 目前, 随着 LED 的快速发展, 出现了很多大功率的 LED 器件, 这也为 LIP 的发展提供了保障, 因此,LIP 装置的光源选择应以大功率的红光 LED 为佳 LIP 的具体工艺流程是 : 活化 LIP 镍烧结活化 LIP 镍 LIP 银活化一般采用体积分数 5%~10% 的 HF 即可, 当然, 这要求减反射膜的致密性要好, 否则在后面的 LIP 镍中会出现漏底的现象, 如不能解决, 则只能降低 HF 浓度, 或适量加入缓蚀剂, 但是这样有可能会影响到最终的结合力 LIP 镍工艺可采用氨基磺酸镍体系, 氨基磺酸镍体系沉积速度快, 结晶细致, 镀液分散性好, 可获得低应力的柔韧性镀层, 广泛应用于电子行业中的底层电镀具体配制及操作工艺为 : 氨基磺酸镍 Ni(NH 2 SO 3 ) 2 4H 2 O 300 g/l, 硼酸 H 3 BO 3 40 g/l, 去应力剂 40 ml/l, 阳极活化剂 5 ml/l, 润湿剂 1 ml/l,ph 值 3.0, 温度 90, 电流密度 2 A/dm 2, 搅拌强度中等第一次 LIP 镍后, 需要进行烧结, 主要是为了使镍与硅形成良好的互掺, 降低串联电阻, 增加镍层与硅基体的结合力最后 LIP 银层,LIP 镀银工艺可采用无氰镀银工艺, 如甲基磺酸镀银工艺, 甲基磺酸银 90 g/ L~100 g/l, 丁二酰亚胺 180 g/l, 乙二胺 0.2 g/l, 络合剂 1.5 g/l,ph 值 11.0, 温度 25, 电流密度 1 A/dm 2 镀银层也可由铜和锡的组合镀层来来替, 这样可有效降低成本, 其中铜层主要作用是导电,LIP 铜时要注意溶液中的铜离子浓度, 最好使用低铜工艺, 避免铜离子对透导光强度的干扰, 锡层的作用是可焊, 其可焊性优于银层, 也无变色问题如需镀锡可采用甲基磺酸工艺, 该工艺是近年来才发展起来的新工艺, 相比于传统的硫酸氟硼酸体系有着明显的特点甲基磺酸属有机酸, 镀液性能十分稳定, 水解产物少, 锡盐的溶解性高, 可以高浓度下进行电镀操作, 允许高电流和高镀速, 配合相应的添加剂, 可得到平整性良好的镀层, 并且镀液腐蚀性相对较小, 对设备的腐蚀性低 2 结果与讨论用 LKX-3500 激光设备进行刻槽扩散, 用 TDS-15 太阳能电极金属化设备进行电镀, 其他按太阳能电池片标准工艺制作了 48 片 125 mm 125 mm 的单晶太阳能电池片, 在 AM 和 100 mw/cm 2 的条件下, 测出结果见表 3 由试验结果可以看出 : 深槽 LIP 栅线技术完全可以替代传统太阳能电池片生产中的丝网印刷工艺, 该技术对于太阳能电池片的光学和电学性能的提升有极大的帮助表 3 深槽 LIP 太阳能电池片测试结果短路电流密度 J SC /(ma cm -2 ) 开路电压 U OC /mv 填充因子转换效率 η/% 参数平均值测试条件 :AM1.5,25,100 mw/cm 2 深槽 LIP 法和印刷法太阳能电池的结构示意图如图 4 和图 5 所示扩散层深槽电极扩散层印制品电极图 4 深槽 LIP 法氮化硅硅片背电极氮化硅硅片背电极图 5 印刷法在光学性能方面, 深槽 LIP 的栅线宽度只有丝网印刷的四分之一, 丝网印刷的太阳能电池片上, 栅线所占面积达 10%~12%, 而 LIP 的栅线面积仅占 3%~4%, 在吸光面积上有着很大优势, 这也为太阳能电池的构架设计提供了更大的空间发射区的磷扩散设计是提高光电转换效率的一个重要环节, 以往采用的紫电池方法, 虽然解决了一些问题, 但是却增加了扩散层的薄层电阻, 使扩散层的横向电阻功耗增加, 限制了太阳能电池光电转换效率的提升扩散层的横向电阻功耗的计算公式如下 : P=R S 2 J mp /(12U mp ) 式中 :P 为扩散层的横向电阻功耗 ;R 为扩散层的薄层电阻 ;S 为栅线间距 ;J mp 为太阳能电池输出特性的功率最大点的输出电流密度 ;U mp 为该点的输出电压从上式可以看出, 要使横向电阻功耗不再增加, 也就是说保证光电转换效率进一步提升,R 在因浅结扩散而增大的情况下, 可采用缩小栅线间距 ( 即密栅法 ) 的方法解决, 而 LIP 工艺所产生的细栅, 正是采用密栅工艺的基础此外, 深槽 LIP 栅线技术采用了二次扩散, 因此, 在第一次扩散时, 可采用轻参杂, 这样可有效减小死层的影响, 改善电池片的短波光谱响应而丝网印刷法, 只采取一次扩散, 扩散的多了, 引起

68 第 33 卷第 2 期欧萌, 等 : 深槽 LIP 太阳能电池栅线电极技术 105 晶格变形, 死层影响增大 ; 扩散的少了, 电池开压降低, 串联电阻增加, 功率损失增加, 对于扩散工艺只能找一个平衡点在电学性能方面, 深槽 LIP 的栅线三面与硅片接触, 并且硅片接触处又进行了二次扩散, 降低了串联电阻, 减少了功率损耗从栅线材质来看, 丝网印刷使用的银浆中含有大量有机物, 造成栅线金属不纯, 电阻率只有 3 μωcm 2, 而 LIP 的栅线金属电阻率可达 1.7 μωcm 2 相对于丝网印刷工艺深槽 LIP 电池效率的绝对值增长如图 6 所示栅线面积死层影响栅线电导接触电阻图 6 相对于丝网印刷工艺深槽 LIP 电池效率的绝对值增长 3 结束语埋栅电极硅太阳能电池片的研发已经有很长的历史了, 埋栅电极的制作一直是该类电池片的瓶颈技术, 而 LIP 合理地利用了电池片的光伏效应, 与传统的电镀工艺相结合, 很好地解决了栅线电极的制作问题, 使得埋栅电极硅太阳能电池片有了进一步的发展参考文献 : [1] 陈宁, 张丽英, 张耀中. 银浆中的玻璃粉对晶硅太阳电池串联电阻的影响 [J]. 电子工艺技术,2011,32(53): [2] 王海东, 王鹤, 杨宏. 晶体硅太阳电池逆电流的研究 [J]. 电子工艺技术,2012,33(1):7-9. [3] Bruton T M, Heasman K C, Nagle JP, et al.large area high efficiency silicon solar cells made by the laser grooved buried grid process[c]. Proceedings of the 12th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Amsterdam,Holland, [4] Mette A, Schetter C, Wissen D, et al. Increasing The Efficiency Of Screen-Printed Silicon Solar Cells By Light-Induced Plating[C]. Proc 4th WCPEC, Hawaii, US, [5] Allardyce G, Cahalen J, Rasch J, et al. The Commercial Application Of Linduced Electroplating For Improving The Efficiency Of Crystalline Silicon Solar Cells[C]. 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Milan, Italy, 收稿日期 : ( 上接第 74 页 ) 中间厚两边薄, 在焊点和铜板的接触部位受到边缘铜板的热传递使边缘温度升高, 原子受热运动速度加快, 生长加快因此, 相较于中间部分, 焊点边缘位置的晶粒组织粗大 3 结论 (1) 四氢糠醇和聚丙二醇对冰白和水白松香都具有较强的溶解性和较好的抗结晶性, 冰白松香的溶解度较小 ; (2) 四氢糠醇与聚丙二醇复配获得的助焊剂具有助焊性能良好不易挥发和残留量较少等特点 ; (3) 四氢糠醇与聚丙二醇以质量比 9 1 复配获得的焊膏平均铺展率可达 87% 以上, 焊点完整饱满无焊球和桥连等缺陷, 焊后残留较少 ; (4) 焊点断面观察显示焊料与基板形成金属焊接, 并且焊点边缘的金属间化合物大于焊点中部参考文献 : [1] 林延勇, 李国伟, 夏志东, 等. 无铅焊料免清洗助焊剂的研究 [J]. 电子工艺技术,2008,29(1): [2] 揭元萍. NCSF-1 新型免清洗助焊剂的研制 [J]. 科技进展, 1997,3(20):172. [3] 王伟科, 赵麦群, 邬涛. 焊膏用免清洗助焊剂制备与研究 [J]. 电子工艺技术,2006,27(1):8-13. [4] 周永新, 雷永平. 溶剂对助焊剂性能的影响 [J]. 电子元件与材料,2009,28(9): [5] 肖尚明. 焊锡膏配用焊剂的研制 [J]. 电子工艺技术,1998, 19(2): [6] 宋湛谦. 松香的精细化工利用 (Ⅰ) 松香的组成与性质 [J]. 林产化工通讯,2002,(4): [7] 李涛, 赵麦群, 薛静, 等. 松香树脂对 SnAgCu 焊膏性能的影响 [J]. 电子工艺技术,2009,30(1): [8] 宋胜梅, 王亚明, 谢惠定. 松香结晶原因分析 [J]. 临产化学与工业,2001,21(3): [9] 张文典. 实用表面组装技术 [M]. 第 2 版. 北京 : 电子工业出版社,2006: [10] 马鑫, 何鹏. 电子组装中的无铅软钎焊技术 [M]. 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学出版社,2006: [11] 赵小艳, 赵麦群, 王亚辉. Ce 对 Sn-Ag-Cu 系焊料合金的组织与性能影响 [J]. 电子元件与材料,2006,25(6): [12] Loomans Me, Vaynman S. Investigation of Multi-component Lead- free Solders[J]. Elect Matls,1994,23(8):741. [13] Tu PL, Chan YC, Lai JKL. Effect of inter-metallic compounds on the thermal fatigue of surface mount solder joints[j]. IEEE Trans on Components, Packaging and Manufacturing Technology,Part B,1997,20(1): 收稿日期 :

69 电子工艺技术 106 Electronics Process Technology 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期多晶硅定向凝固工艺中石墨加热器的影响戴鑫 1, 杜海文 1,2, 张军彦 2 2, 王锋 (1. 太原理工大学, 山西太原 ; 2. 中国电子科技集团第二研究所, 山西太原 ) 摘要 : 石墨加热器作为多晶硅铸锭工艺中的热源, 它的尺寸和位置直接影响了多晶硅晶体生长过程中的温度分布和固液界面通过对顶加热器侧加热器以及顶 - 侧加热器三种不同的加热器的热场模拟研究, 计算结果表明 : 目前采用的顶 - 侧加热器在多晶硅熔融和晶体生长过程中能够获得较好的效率和固液界面关键词 : 多晶硅锭 ; 石墨加热器 ; 定向凝固 ; 数值模拟中图分类号 :TN304 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Effect of Graphite Heater During Directional Solidification Process for Multi-crystalline Silicon Ingot DAI Xin 1, DU Hai-wen 1,2, ZHANG Jun-yan 2, WANG Feng 2 (1. Taiyuan Technology University, Taiyuan , China; 2. The Second Research Institute of CETC, Taiyuan , China) Abstract: Graphite heater is the only heat source during the multi-crystalline silicon ingot casting process. And the temperature field of the solid-liquid interface is affected by the size and position of graphite heater. Three different graphite heaters were studied. The results show that the lateral and vertical heater produces the better shape of the solid-liquid phase boundary and the casting process has better efficiency. Key words: Multi-crystalline silicon ingot; Graphite heater; Directional solidification; Numerical analysis Document Code: A Article ID: (2012) 全球能源危机以及全球变暖问题迫使世界各国加速在可再生能源上的发展, 其中太阳能由于其清洁和可无限使用受到重视 [1,2] 然而晶硅光伏电池中硅片的生产费用占电池生产费用的较大部分由于多晶硅电池片的生产成本远低于单晶硅, 转换效率稍低于单晶硅电池, 多晶硅电池已远超过单晶硅电池得到了广泛应用 [3] 用于太阳能电池的多晶硅铸锭技术在 20 世纪 80 年代得到了发展 [4], 有浇铸法布里奇曼法和热交换法等多种技术其中定向凝固技术基于热交换法, 生产的硅锭的质量较好, 在国际上得到了广泛应用这种技术使用人工少, 炉内活动器件少, 采用自动化控制, 通过控制垂直方向的温度梯度, 使凝固过程中的固液界面尽量水平, 则生长柱状多晶硅的趋向性好, 这样生产的多晶硅太阳能电池片不但具有稳定的转换效率, 其性价比也比单晶硅电池片有很大优势石墨加热器作为定向凝固技术的热源, 主要通过辐射传热为熔融和长晶过程提供能量, 直接关系到硅锭熔融和长晶时的温度场是否合理稳定, 因此需要研究不同的加热器尺寸和位置对铸锭炉内的热场分布的影响对多晶硅凝固过程中温度场进行数值模拟是一种高效和重要的技术手段, 可以更经济和快捷地确定和优化工艺条件本文采用有限元法分别对采用顶加热器侧加热器和顶 - 侧加热器的铸锭炉内的热场进行了初步的作者简介 : 戴鑫 (1983- ), 男, 硕士, 主要从事半导体材料制备及光伏研究工作杜海文 (1964- ), 男, 毕业于东南大学, 研究员高工, 现从事电子专用设备的研发与管理工作

70 第 33 卷第 2 期戴鑫, 等 : 多晶硅定向凝固工艺中石墨加热器的影响 107 模拟比较, 为今后加热器进一步的改进与应用提供理论参考加热器隔热罩加热器加热器 1 理论方法和求解流程 1.1 定向凝固铸造多晶硅工艺多晶硅铸锭工艺过程主要包括 : 加热熔化结晶退火和冷却 5 个阶段将石英坩埚装上硅料放在导热性很强的石墨冷却块上, 关闭炉膛后抽真空加热到硅料完全熔融后, 通过提升隔热罩将硅料结晶时释放的热量辐射到下炉腔内壁上, 使硅料中形成一个竖直温度梯度这个温度梯度使坩埚内的硅液从底部开始结晶凝固, 并向顶部生长 [5] 当所有的硅料都凝固后, 在 PLC 程序的控制下, 硅锭经过退火和冷却后出炉即完成整个铸锭过程工艺过程中硅料温度变化如图 1 所示早期铸锭炉为了获得水平的固液界面采用顶加热器, 但实际效果并不理想接着改用侧加热器, 获得了较为理想的硅锭, 目前还有不少铸锭炉使用侧加热器, 现在使用的多为顶 - 侧加热器温度 T/K 加热 0 融化时间 t/h 硅锭底部中心温度退火结晶冷却图 1 多晶硅铸锭过程中的温度曲线及工艺阶段 1.2 计算求解流程采用有限元分析软件进行数值计算, 其流程如图 2 所示本文对物理模型进行简化, 采用二维模型, 三种加热器的尺寸和位置如图 3 所示为了便于仿真比较, 铸锭炉均采用相同的尺寸, 以电子科技集团公司第二研究所生产的 DDL450 铸锭炉为参考其中主要材料物理参数值见表 1 计算采用硅的熔点为 K 坩埚硅锭硅锭硅锭冷却块冷却块冷却块 (a) 顶加热器铸锭炉 (b) 侧加热器铸锭炉 (c) 顶 - 侧加热器铸锭炉图 3 三种加热器的尺寸和位置表 1 物理模型中主要材料物理参数值物理特征石墨挡板液体固体冷却块硅硅石墨电极密度 ρ/(kg m -3 ) 热导率 λ/(w m -1 K -1 ) 比热 c/(j kg -1 K -1 ) 热辐射系数 ε ~0.9 多晶硅锭熔融和结晶过程都属于瞬态传热过程, 在这个过程中, 系统的温度热边界条件以及系统内能都随时间有明显变化为了方便计算, 本文只考虑了热传导和热辐射, 各器件交界面上无接触热阻, 并且忽略炉内气体对流通过对电极和炉体采用加载温度来仿真铸锭过程, 其中假定炉体温度恒定为 300 K, 各器件初始温度为 300 K, 电极加热最高温度为 K, 凝固时温度降至 K 由于采用加热器不同以及位置不同, 铸锭炉的温度分布不同, 并且所用时间也会有所差别首先, 对加热 10 h 内的热场进行模拟, 其次, 对达到稳态的热场模拟冷却 10 h 内的热场 2 数值模拟结果及讨论对铸锭过程进行模拟, 我们需要重点考虑的是硅锭熔融以及凝固过程中硅锭的温度分布, 并通过对计算得出的固液界面来讨论三种加热器的性能顶加热器铸锭炉在不同时间段硅锭的热场分布如图 4 所示 (a) 顶加热器铸锭炉加热 5 h 后硅锭的热场分布图 2 计算流程 (b) 顶加热器铸锭炉加热 10 h 后硅锭的热场分布

71 108 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 (c) 顶加热器铸锭炉冷却 5 h 后硅锭的热场分布 (d) 顶加热器铸锭炉冷却 10 h 后硅锭的热场分布图 4 顶加热器铸锭炉在不同时间段硅锭的热场分布 ( 单位 :K) 由图 4(a) 和图 4(b) 可以看出, 由于是顶部加热, 硅锭内出现了较大的温度梯度, 温度近似垂直由上而下, 热量由顶部向下及四周传递, 因为坩埚和护板的传热等温线以及固液界面呈现微凹形, 在实际生产中造成硅液对流不充分, 使得掺杂和杂质扩散不充分由图 4(c) 和图 4(d) 可以看出, 凝固过程从底部和侧壁开始, 而靠近侧壁的凝固会产生微晶, 使靠近侧壁的柱状晶体生长方向偏向中心, 挤压中部柱状晶体的生长空间, 并且容易产生枝状晶体, 使得产出的晶片表面少子复合中心增多, 品质下降 [6] 凝固过程硅液对流也不充分, 使得生成晶体尺寸较小, 并且加热阶段掺杂和杂质扩散的不充分会使硅锭的反型区较多而且位置不定, 然而硅锭中聚集的杂质如碳化硅等会使部分硅块成为废料因此, 顶加热器用在早期 240 kg 以下的硅锭, 并很快被淘汰侧加热器铸锭炉在不同时间段硅锭的热场分布如图 5 所示 (d) 侧加热器铸锭炉冷却 10 h 后硅锭的热场分布图 5 侧加热器铸锭炉在不同时间段硅锭的热场分布 ( 单位 :K) 由图 5(a) 和图 5(b) 可以看出, 由于是侧部加热, 热量由顶部和四周向中心传播, 固液界面是微凸的, 侧面温度高, 中间低, 使得对流搅动很显著, 掺杂和其他杂质都能均匀地分布在硅锭中由于硅液密度大于硅块, 实际生产中有些较大的硅块由于搅动会漂浮在硅液上, 如果融化后保持时间较短, 会使得凝固后硅块突出在硅锭表面由图 5(c) 和图 5(d) 可以看出, 凝固过程从底部开始, 侧面较高的温度抑制了微晶生长, 固液界面凸起, 硅液中较强的对流使得固液界面的杂质被带走, 生成晶体的尺寸更大, 杂质最后集中在顶层, 从生产硅锭的剖面可观察到靠近侧壁的柱状晶体向外略倾, 硅锭的成品率高, 生产的晶片质量较好, 因此侧加热器广泛使用顶 - 侧加热器铸锭炉在不同时间段硅锭的热场分布如图 6 所示 (a) 顶 - 侧加热器铸锭炉加热 5 h 后的热场分布 (b) 顶 - 侧加热器铸锭炉加热 10 h 后的热场分布 (a) 侧加热器铸锭炉加热 5 h 后的热场分布 (c) 顶 - 侧加热器铸锭炉冷却 5 h 后硅锭的热场分布 (b) 侧加热器铸锭炉加热 10 h 后的热场分布 (c) 侧加热器铸锭炉冷却 5 h 后硅锭的热场分布 (d) 顶 - 侧加热器铸锭炉冷却 10 h 后硅锭的热场分布图 6 顶 - 侧加热器铸锭炉在不同时间段硅锭的热场分布 ( 单位 :K)

72 第 33 卷第 2 期戴鑫, 等 : 多晶硅定向凝固工艺中石墨加热器的影响 109 由图 6(a) 和图 6(b) 可以看出, 由于是顶 - 侧部加热, 图 6(a) 中顶部和四周与中心有明显的温度梯度, 固液界面是微凸的, 侧面温度高, 中间由于冷却块导热使得温度较低, 对流搅动同样也很显著, 同侧面加热方式类似由于加热器包括顶和侧面, 加热效率较高, 全部融化所用时间较短由图 6(c) 和图 6(d) 可以看出凝固过程从底部开始, 侧面较高的温度抑制了微晶生长, 固液界面微凸, 顶部加热器的存在使得垂直方向温度梯度较小, 固液界面趋于水平, 生长的柱状晶体尺寸更大和方向更加竖直, 而且当晶界垂直于晶片表面时, 对少子寿命的影响较小, 提高了光伏转换效率 [7] 因此, 目前 450 kg 及以上的铸锭炉多使用顶 - 侧加热器 3 结论本文通过对采用顶加热器侧加热器以及顶 - 侧加热器三种不同石墨加热器的铸锭炉的热场模拟, 分析了加热器尺寸和位置对多晶硅晶体生长过程中的温度分布和固液界面的影响结果表明, 采用顶 - 侧加热器相比前两种拥有更佳的热效率和固液界面等证明了数值模拟对多晶硅定向凝固工艺的分析 ( 上接第 95 页 ) 但是这里存在一个问题, 存储的掩模套准标记的图像位置是以显微镜物镜为参照系的, 图 6(b) 中的调焦过程不可避免会导致物镜的抖动, 而且两个目镜都需要重新调焦, 如果物镜侧移则必然会带来对准误差, 因此在调整套准工艺过程中, 应极力避免物镜的重新调焦其做法是把焦平面固定在硅片承片台的表面, 首先放置掩模版, 接触到承片台的表面, 拍摄并存储对准标记的数字图像, 然后平稳地垂直提升掩模版接下来在承片台上放置硅片, 硅片的已加工面朝下, 由于套准标记仍然在承片台表面, 无需重新调焦, 因此避免了可能导致的目镜侧移带来的对准误差, 这是双面对准技术的主要保证措施之一掩模版对准标记 (a) (b) (c) 掩模版硅片正面 y x 承片台硅片对准标记显微物镜图 6 双面套准过程示意图 3.3 光刻背面时的正面保护光刻硅片背面之前, 首先要对硅片的正面进行以及改进具有实际意义今后还可通过建立 3D 模型对加热器的实际尺寸和位置进行更深的研究分析参考文献 : [1] 靳建鼎. 新能源形势下储能元件及其装备的发展机遇 [J]. 电子工艺技术,2009,30(5): [2] 王海东, 王鹤, 杨宏. 晶体硅太阳电池逆电流的研究 [J]. 电子工艺技术,2012,33(1):7-9. [3] Flamant G, Kurtcuoglu V, Murray J, et al. Purification of metallurgical grade silicon by a solar process[j]. Solar Energy Materials and Solar Cells,2006,90: [4] Adolf Goetzberger. Christopher Hebling.Photovoltaic materials, past, present, future[j]. Solar Energy Materials&Solar Cells, 2000, 62(1-2): [5] Khattak C P. Directional solidification of 80 kg multicrystalline silicon ingots by HEM [C]. Twenty-Second IEEE PVSC, Berlin, Germany, 1998: [6] 陈君, 杨德仁, 席珍强. 铸造多晶硅晶界的 EBSD 和 EBIC 研究 [J]. 太阳能学报,2006,27(4): [7] 席珍强, 杨德仁, 陈君. 铸造多晶硅的研究进展 [J]. 材料导报, 2001,15(2): 收稿日期 : 保护, 不然在后续腐蚀工艺时会对正面造成破坏经过对比实验, 采用了光刻胶保护硅片正面的方法这种方法在后续工艺中既能起到保护作用, 又能在保护功能完成后容易去除具体做法 : 将加工过的硅片正面用增黏剂进行增黏处理, 然后旋转涂胶 ; 热版 150 烘 3 min; 背面匀胶曝光和腐蚀 ; 最后, 剥离液 80 去胶, 反面和正面的光刻胶同时去除 4 结束语通过对双面 PSD 器件工艺的研究, 解决了双面 PSD 位置传感器制作的工艺难题, 实现了灵敏度高和线性度好的二维双面 PSD 器件制作制作出的双面 PSD 器件样品经测试主要技术指标如下 : 响应度 940 nm,0.6 A/W; 暗电流 350 na; 输入电容小于 300 pf; 上升时间小于 2μs; 位置非线性度误差 10μm 参考文献 : [1] 张广军. PSD 器件及其在精密测量中的应用 [J]. 北京航空航天学报,1994(3): [2] 缪家鼎, 徐文娟, 牟同升. 光电技术 [M]. 浙江 : 浙江大学出版社,2001. [3] 黄梅珍, 林斌, 唐九耀, 等. 不同阳极结构二维 PSD 的电流位置输出特性 [J]. 光电子激光,2001(8): 收稿日期 :

73 电子工艺技术 110 Electronics Process Technology 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期太阳能硅片丝印机视觉定位系统魏海滨, 朱跃红, 郎鹏, 郑海红, 张素枝 ( 太原风华信息装备股份有限公司, 山西太原 ) 摘要 : 太阳能硅片丝印机是太阳能电池生产行业中的关键设备, 如何提高丝印精度印刷质量和印刷效率成为研究重点, 而对位技术则是其中的关键技术之一介绍了基于机器视觉的精密对位技术在太阳能硅片丝印机中的典型应用, 阐述了视觉精密定位系统的基本组成设计原理及硬件选型, 给出了 CCD 光学系统与 UVW 工作平台坐标系之间的各运动关系和对位过程关键词 : 太阳能电池 ; 丝网印刷机 ; 视觉定位系统 ;UVW 平台中图分类号 :TM914 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Vision Alignment System of Solar Cell Screen Printing Machine WEI Hai-bin, ZHU Yue-hong, LANG Peng, ZHENG Hai-hong, ZHANG Su-zhi (Taiyuan Fenghua Information Equipment Co., Ltd. Taiyuan , China) Abstract: Solar Cell Screen Printing Machine is the key equipment in solar cell production industry. How to improve the precision, quality and efficiency of screen printing is very important, the alignment is one of the key technologies. Introduce the typical application of precision alighnment based on computer vision in the solar cell screen printing, and illustrate the basic components, design principle and hardware selection of vision precision alignment system, give out the motional relationship between CCD optical system and UVW worktable and the alignment process. Key words: Solar cells; Screen printing; Visual alignment system; UVW worktable Document Code: A Article ID: (2012) 系统功能介绍太阳能硅片丝印机是太阳能电池生产行业的关键设备之一, 用于太阳能硅片的背电极背电场正电极及栅线的印刷在丝印机上可实现硅片预定位快速上片精密对位硅片丝印和硅片下料等主要功能 [1,2] 在太阳能硅片丝印机中, 关键技术之一就是基于机器视觉的精密对位系统该视觉定位系统由 4 组相机组成的机器视觉和平面 UVW(X X Y 三轴共面运动 ) 精密运动平台构成通过机器视觉识别丝印网框的 4 个基准 (mark) 点和硅片上的 4 条边, 计算硅片中心坐标和丝网中心坐标, 计算出 UVW 的偏移值, 由控制系统驱动 UVW 运动平台进行对位系统具有以下特点 : (1) 全自动视觉对位系统, 定位精度高, 硅片尺寸 125 mm 125 mm,156 mm 156 mm, 最大速度块 /h,uvw 运动平台各轴的重复定位精度不超过 ±2 µm, 丝印精度 ±12.5 µm; (2) 可通过视觉系统判断硅片尺寸是否超差 ; (3) 全自动控制, 不需人工干预, 碎片率 0.2%; (4) 更换不同规格的产品生产时, 设备调整周期短 2 系统设计原理基于机器视觉精密对位技术的太阳能硅片丝印机, 集成了精密机械技术图像处理技术运动控制技术和软件技术太阳能硅片丝印机的定位部分由自动控制系统机器视觉识别系统和精密定位平台组成作者简介 : 魏海滨 (1971- ), 男, 毕业于天津工业大学, 高级工程师, 主要从事电子专用设备的研究与开发工作

74 第 33 卷第 2 期魏海滨, 等 : 太阳能硅片丝印机视觉定位系统自动控制系统设计原理太阳能硅片丝印机要求速度快和精度高, 所以采用了高速的可编程控制器 (PLC) 为主控, 发挥其强大的逻辑性和稳定性 ; 采用高速的微型工控机组成的机器视觉识别系统为辅控, 发挥其强大的运算能力通过 PLC 发送指令, 视觉系统采集图像识别计算和返回数据,PLC 接收到位移数据后驱动 UVW 平台完成对位自动控制系统设计原理框图如图 1 所示 RS232 通讯工控机可编程控制器相机 1 相机 2 相机 3 相机 4 驱动器驱动器驱动器构和降低平台厚度, 同时能够消除部分误差, 并且控制较为简单, 使得系统精度得到有效提高, 从而达到控制要求该工作平台适合移动量小的运动, 特别对于 θ 轴的运动可以做到很小的分辨率, 满足精密工作平台的对位要求 2.4 机器视觉精密定位平台的对位原理图 3 为太阳能硅片丝印机 UVW 平台视觉对位系统示意图硅片固定不动, 丝网随 UVW 平台运动, 通过调整丝网的位置使丝网与硅片对准四个相机对丝网基准点和硅片边缘同时成像, 计算丝网基准点中心与硅片中心的偏移量 Δx Δy, 硅片与四个基准点之间的角度偏差 Δθ, 然后将偏移量 Δx Δy 和角度偏差 Δθ 转换为 UVW 平台的控制量 Δu Δv 和 Δw, 控制平台移动完成对位光源 1 光源 2 光源 3 光源 4 U 电机 V 电机 W 电机图 1 自动控制系统原理框图 2.2 机器视觉识别系统设计原理在机器视觉识别系统中, 常用到多 CCD 相机图像识别技术 [3], 本系统采用了 4 组相机共面设计, 以中心对位为主的定位方式工作原理如图 2 所示, 丝网在上, 硅片在下, 相机从下往上拍摄成像, 通过丝网上 4 个基准点和硅片的 4 条边进行对位丝网置于 UVW 平台上, 硅片和相机一起上下运动, 水平方向相对 UVW 平台静止丝网 ( 包含 4 个圆形基准点 ) W 电机 (Y 方向 ) U 电机 (X 方向 ) V 电机 (X 方向 ) 丝网 ( 包含 4 个圆形基准点 ) 图 3 UVW 平台视觉对位系统示意图图 4 为理想的 UVW 平台模型示意图, 建立如图所示的坐标系 XOY U V 轴电机平行,W 轴电机垂直于 U V 轴 ;U V W 轴分别与其对应的挡板垂直 ; U 轴连接点的坐标为 (0,L 1 ),V 轴连接点的坐标为 (0,-L 2 ),W 轴连接点的坐标为 (-L 3,0) 在这种理想情况下, 给定一个偏移量 Δx Δy 和角度偏差 Δθ, 可以计算出对应的 Δu Δv 和 Δw [4,5] Y 图 2 视觉识别系统原理示意图 2.3 UVW 精密定位平台设计原理丝印机对位系统是一个复杂而又精密的系统, 针对丝印机的精密对位要求, 专门设计了一种 UVW 工作平台机构, 该机构由两个 X 方向 (U,V ) 电机和一个 Y 方向 (W) 电机组成, 能实现平面内 X Y θ 三轴运动当 U V 电机向同一方向移动相同的距离时, 平台做 X 方向运动 ; 当 W 电机运动时, 平台做 Y 方向运动 ; 当 U 电机和 V 电机移动的量不同时, 平台将旋转 θ 角度如图 3 所示该工作平台采用共平面设计, 不仅能够简化结 U 轴挡板 U 轴电机 U 轴联接点 L1 W 轴电机硅片 W 轴联接点 L3 O W 轴挡板 L2 V 轴联接点 V 轴挡板 V 轴电机图 4 UVW 平台模型示意图在图 5 中, 丝印网框从 O (x 0,y 0 ) 运动到位置 O'(x 1,y 1 ), 移动量为 (x,y,θ), 则相应的 U X

75 112 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 V W 部分对应的运动距离为 u v w 建立 ( u, v, w) 与 (x,y,θ) 之间的关系, 即为平面运动解析模型 Y U U 轴电机 L1 影响通过视觉校正系统, 在机械加工和装配精度范围内, 能够校正上述误差, 同时标定当前视觉平台的机械位置和丝印台高度等特性 Y U 轴电机 W 轴电机 w L3 O' O L2 V 轴电机 v X W 轴电机 O X anq 2 L1 anq 2 L 2 1 L3 图 5 UVW 平台对位模型示意图在应用中, 顺时针转动为正,U V 轴电机向左为正向,W 轴电机向下为正向, 平台从 (x 0,y 0,θ 0 ) 移动到 (x 1,y 1,θ 1 ) 可得 : 平台从 (x 0,y 0,θ 0 ) 移动到 (x 2,y 2,θ 2 ) 可得 : 则移动量为 : 得出的 u v w 就是从坐标 (x 1,y 1,θ 1 ) 移动到 (x 2,y 2,θ 2 ) 时,U V W 电机的移动偏移距离 u1 = (L1 y1)tanq1 θ 1 x1 v1 = (L 2 + y1)tanq1 θ 1 x1 w1 = (L 3 + x1)tanq1 θ y1 1 u1 v1 w1 = 1 tanq1 θ 1 L1 x1 1 tanq1 θ 1 L 2 y1 tanq1 θ 1 1 L3 tanq1 θ 1 u 2 = (L1 y2)tanq 2 x2 θ 2 v2 = (L 2 + y2)tanq θ 2 x2 w2 = (L 3 + x2)tanq θ 2 y2 u 2 v2 w2 u v w = = 1 tanq θ 2 L1 x2 1 tanq θ 2 L 2 y2 tanq θ 2 1 L3 tanq θ 2 1 tanq θ 2 L1 x2 1 tanq θ L 2 y2 2 tanq θ 2 1 L3 tanq θ 2 x2 1 tanq1 θ L1 1 x1 y2 1 tanq1 L 2 θ 1 y1 tanq 2 tanq1 1 L3 θ 1 tanq1 θ 1 1 tanq1 L1 1 tanq1 L 2 tanq1 1 L3 然而, 由于 CCD 装配误差机械零件加工误差安装误差和电机装配误差, 实际的 UVW 平台模型有偏差, 如图 6 所示 U V W 轴电机分别与 U V W 轴导轨存在一定的角度偏差,3 个连接点也分别存在一定的位置偏差通过视觉校正系统对 UVW 平台进行校正, 可以消除这些角度偏差和位置偏差带来的 V 轴电机图 6 实际的 UVW 平台模型示意图 3 系统设计根据丝印机印刷精度和工作速度要求, 分析得出了视觉定位系统的相关技术指标网板 X 方向有效行程 : 30 mm, 分辨率小于 1μm; 网板 Y 方向有效行程 :30 mm, 分辨率小于 1μm; 网板 θ 转角范围 :-2 ~2 ; 相机视场范围 :16 mm 21 mm; 视觉对位精度 : ±4μm 3.1 机器视觉系统设计相机选型系统要求丝印精度为 ±12.5μm, 经误差分解视觉对位精度为 ±4μm 能够满足要求本系统中视野越大越好, 视场范围为 16 mm 21 mm, 取硅片边的长度为 16 mm 基于以上分析, 选择相机分辨率为像素, 像元尺寸 :7.4μm 7.4μm, 成像分辨率为 33μm, 通过 CCD 亚像素细分处理以及相关算法可实现 ±4μm 的对位精度选择相机的帧率为 80 帧 /s, 接口型号为 1394b, 传输速率可达 800 Mb/s, 满 x1 足高速运 y1 行 tanq1 镜头选型由上所述, 可得到放大倍数 =0.22, 选择焦距为 16 mm,f=1.4~16, 分辨率 100 lp/mm 的镜头光源选型采用了专用的 LED 光源, 该光源具有波长短速度快和寿命长等特点同时配套滤镜, 滤除了杂光等干扰, 从而提高网板基准点和硅片边的识别图像采集选型选择 2 块双路接口型号为 1394b 的高速采集卡作为视频采集 3.2 平面 UVW 精密运动定位平台设计太阳能硅片丝印机空间结构紧凑本文设计了平面 UVW 精密运动平台, 采用直线电机作为执行部

76 第 33 卷第 2 期魏海滨, 等 : 太阳能硅片丝印机视觉定位系统 113 件, 顶着导轨运行, 拉簧部件用于使平台回位导轨安装于上平台上, 上平台安装丝印部件, 由 UVW 电机顶着导轨运行, 上下两层由 4 个万向支撑球支撑, 上下两层通过弹簧部件拉紧, 如图 7 所示直线电机 V 连接网版平台第 2 次拍照, 确认丝网与硅片是否定位同时拍摄硅片 4 条边线和 4 个基准点, 通过计算, 得出 UVW 平台的移动距离, 确认是否定位,UVW 的微调结果回传给 PLC, 作为丝网与硅片定位的确认依据 ; 同时, 硅片边缘和基准点的成像及标记显示在显示器上第 3 次拍照, 完成回原点在丝印后, 通过拍摄 4 个基准点, 记录丝网的当前位置, 计算出回原点的 UVW 值, 作为回初始位置的依据万向支撑球导轨拉簧上下拉紧弹簧图 7 UVW 运动平台结构设计图丝印网框由 3 个直线步进电机驱动, 通过驱动器的细分, 可实现小于 1μm 的分辨率, 运动稳定, 精度高拉簧分为两种, 一种用于上下拉紧两层平台, 消除上下平台的间隙, 丝印平台可靠地贴于万向支撑球上, 另外一种用于水平导轨与电机之间, 消除间隙 3.3 软件设计视觉定位系统的软件控制是由 PLC 和工控机配合完成的设备第一次开机后首先是执行回原点过程, 等待送入电池硅片, 视觉对位印刷流程如图 8 所示硅片吸附在升降台相机第 1 次拍照, 对硅片边缘成像, 并将硅片边缘的图像显示在人机界面上, 同时计算丝网的移动距离反馈给 PLC UVW 对位平台根据硅片与丝网相对位置的偏移量进行第 1 次对位相机第 2 次拍照, 对硅片边缘和基准成像, 并将硅片边缘和基准的图像显示在人机界面上, 同时计算丝网的移动距离反馈给 PLC UVW 对位平台根据硅片与丝网相对位置的偏移量进行第 2 次对位执行 1 次丝印 4 结束语太阳能硅片丝印机的机器视觉识别系统和 UVW 精密定位平台设计紧凑易维护成本低精度高并且具有一定的移植性该系统在太阳能硅片丝印机中运行稳定和可靠, 达到了设计要求, 满足了生产需求, 得到了很好的应用 (1) 太阳能硅片丝印机最大的难点在于丝印精度 ±12.5 µm 的实现, 这一指标的实现, 不仅要保证 UVW 平台的精度视觉识别系统的精度和丝印系统的精度, 而且与硅片的细微缺陷有很大的关系, 本文通过提高视觉系统的算法和提高光源的光度和纯度等来满足丝印的精度 (2) 本文设计的 UVW 运动平台结构紧凑, 实际测试重复精度小于 ±2μm, 该平台可移植于转角和运动范围较小的高精度应用当中参考文献 : [1] 张世强, 李万河. 硅太阳能电池的丝网印刷技术 [J]. 电子工业专用设备,2007,37(5): [2] 应用材料公司. 晶体硅太阳能电池的丝网印刷技术 [J]. 电子与电脑,2010,27(7): [3] 杨青, 裴仁清. 精密对位系统中共平面 UVW 工作平台的研究 [J]. 机械制造,2007,45(7): [4] 史建卫, 张成. 一种 3-PRP 共平面并联微动平台的研究 [J]. 电子工艺技术,2011,32(4): [5] 贺智. 机器视觉系统在 LCD 行业中的应用 [J]. 电子工艺技术, 2007,28(3): 收稿日期 : 相机第 3 次拍照, 采集丝网基准位置, 作为控制平台回到初始位置的依据图 8 视觉定位丝印流程第 1 次拍照, 完成丝网与硅片的定位拍摄硅片 4 条边缘, 通过与基准点所在的位置进行计算, 得出 UVW 平台的位移距离, 结果回传给 PLC, 作为丝网与硅片对位的依据 ; 同时将硅片边缘的成像及标记显示在显示器上

77 电子工艺技术 114 Electronics Process Technology 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期锗抛光片干燥技术研究戚红英, 王云彪 ( 中国电子科技集团公司第四十六研究所, 天津 ) 摘要 : 在锗加工工艺中, 干燥技术对于加工的成品率和抛光片表面质量有着重要的影响介绍了异丙醇脱水干燥技术的原理, 分析了异丙醇脱水技术对超薄锗抛光片的适用性采用湿法清洗技术, 有效去除了表面沾污和抛光后的表面氧化产物, 控制了抛光片表面 GeO 2 的生成采用异丙醇脱水技术成功实现了 140 µm 厚锗抛光片的干燥关键词 : 异丙醇脱水 ; 湿法清洗 ; 表面沾污中图分类号 :TN305 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Research of Dry Technology of Germanium Polished Wafers QI hong-ying, WANG Yun-biao (The 46th Research Institute of CETC, Tianjin , China) Abstract: The drying technology has very important influence to the surface quality of the polished wafers in the processing technology of germanium. Introduce the theory of the isopropyl alcohol (IPA) drying technology, analyze the applicability of IPA drying technology on the ultra thin germanium polished wafers. The surface oxidation and quality are effectively controlled by using the IPA dry technology. IPA dry technology is applicable to dry the ultra thin germanium polished wafers, controlling generation of the polishing surface GeO 2. Drying 140 µm germanium polished wafers are achieved by using IPA dry technology. Key word: Isopropyl alcohol drying; Wet cleaning; Surface contamination Document Code: A Article ID: (2012) 随着太阳能光伏产业的发展, 锗抛光片为衬底的三结太阳能电池因其光电转换率高抗辐射阈值比硅电池高和性能衰退小, 被各国越来越多地运用到空间供电电源中目前, 全球在空间供电电源中, 采用以锗晶片为基板的砷化镓太阳能电池已超过 80% 化合物太阳能电池在外延 (MOCVD) 工艺中需要生长多层晶体材料, 并且是异质结生长, 容易产生晶格畸变因此, 化合物太阳能电池对 Ge 单晶抛光片的表面质量提出了较为苛刻的要求 Ge 片表面质量除了与抛光工艺有关外, 还取决于表面清洗技术湿法化学清洗仍然是主流半导体制造厂商在实施晶片清洗工艺时的主要选择, 晶片经过清洗后, 晶片表面会留下很多水或清洗液的残留物由于这些水或清洗液的残留物中溶有杂质, 如果让这些残留液体自行蒸发干燥, 这些杂质就会重新粘结到晶片的表面上, 造成污染, 甚至破坏晶片的结构为此, 需要对晶片表面进行干燥处理, 以除去这些残留液体为适应 45 nm 工艺和大尺寸晶圆制造工艺的需要, 有效去除表面深亚微米颗粒降低表面金属离子含量和避免水痕缺陷的产生, 异丙醇脱水技术得到了广泛的应用, 目前已成为干燥技术的主流技术干燥作为整个清洗工艺的最后一步, 对于加工的成品率和表面质量有着决定性的影响, 同时也是晶片质量得以保持的关键在锗抛光片加工过程中, 人们多集中在抛光和清洗工艺的研究, 对于干作者简介 : 戚红英 (1983- ), 女, 毕业于天津科技大学, 主要从事半导体材料的测试工作

78 第 33 卷第 2 期戚红英, 等 : 锗抛光片干燥技术研究 115 燥技术的相关报道和研究较少, 本文分析了异丙醇脱水技术对锗抛光片干燥的实用性和原理, 通过工艺试验有效地进行了 140 µm 锗片的干燥 1 理论分析 1.1 适用性分析锗是一种脆性材料, 抗机械冲击性能比较差在太阳能电池由单节向多节的转变过程中, 为了满足空间器件体积小和质量轻的要求, 锗衬底片的厚度由 200 µm 向 175 µm 以至于 135 µm 发展如此薄的晶片, 任何的挤压或碰撞都会造成晶片的破损传统的旋转淋洗烘干机在干燥过程中的冲洗与高速旋转不可避免地会对晶片形成撞击, 存在着造成损伤或破片的可能性如何在加工过程中减小或避免晶片受到撞击力成为超薄锗片加工的一项关键技术异丙醇脱水干燥技术主要是利用 MARANGONI 效应产生的表面张力梯度, 使晶片表面的水膜被剥离除去, 得到表面干燥而超洁净的晶片整个过程基本上没有机械力的作用, 非常适合超薄锗片干燥 1.2 MARANGONl 效应在两个不相混溶的液 - 液或气 - 液体系中, 由于系统化学和物理性质的变化而引起局部界面张力梯度的出现, 可能导致自发的界面变形界面流动和界面运动, 这种现象被称之为 MARANGONI 效应, 由此导致宏观流体的流动, 即为 MARANGONI 对流根据其界面张力梯度产生的诱导因素不同, 可分为温度驱动的 MARANGONI 对流和浓度驱动的 MARANGONI 对流 [1] 1.3 IPA 蒸汽干燥机异丙醇 (IPA) 蒸汽干燥机的原理图如图 1 所示, 将潮湿的晶片传送至去离子水的溢流槽内蒸发代替水的 IPA 层 IPA 环境浓缩 IPA 层液面晶片 IPA 层随水向下滴落图 1 异丙醇 (IPA) 蒸汽干燥原理图异丙醇则由 N 2 作为传输气体把 N 2 导入加热的异丙醇液体, 使高挥发性的异丙醇产生气态 IPA 传入槽内结合晶圆从溢流去离子水的槽内缓慢拉起的动作, 将使晶圆表面的 IPA 浓度高于去离子水液面的 IPA 浓度, 这样借由 IPA 浓度差水倒流入槽内同时 IPA 的高挥发性可将晶圆表面水分脱水干燥, 避免水痕微粒及金属杂质利用异丙醇的干燥法的特点有 :Marangoni 制程可克服深窄沟渠内的水分子脱水之因难 ( 表面张力克服分子力 ); 与晶圆表面的亲水性质关系密切 IPA 脱水技术的主要变量为 IPA 的纯度与排水量 IPA 蒸汽的流量及流速和 IPA 蒸汽的洁净度 [2] 2 工艺设计 2.1 影响因素分析晶片表面材质亲水或斥水特性对于使用氮气 (N 2 ) 与异丙醇 (IPA) 作为干燥媒介的干燥机构的干燥性能有着密切的影响在相同的干燥机工艺参数条件下, 不同的表面材质亲水或斥水特性, 对表面干燥状况和成品率是不同的相同表面材质的晶片, 经过不同的化学品处理后, 其表现出来的表面亲水特性也不同因此, 只有在清楚了晶片表面在经过不同化学品处理后的表面亲水特性, 才能更有效地优化干燥机的各个不同参数来避免水痕的产生根据资料报道, 纯净的锗片表面是疏水性的, 而锗的氧化物 GeO 和 GeO 2 的表面是亲水性的抛光去蜡后, 晶片表面主要为 Ge GeO 和 GeO 2 的组合物, 表面性质不一, 不利于清洗与干燥锗抛光片制备后要进行 MOCVD 外延生长, 表面最容易产生的缺陷是雾状斑纹, 这种缺陷占 Ge 片所有缺陷的 90% 左右外延雾是由于晶格叠加失败造成表面粗糙, 在平行光照射下发生光散射的现象外延雾缺陷是 Ge 片清洗工艺中最难解决的技术问题外延雾的产生主要有以下三方面的原因 :(a) 抛光片表面有残存的有机沾污或其他沾污, 这些污染物使晶体无序生长, 宏观上看就是雾缺陷 ;(b) 抛光片表面氧化层不均匀或成分不一致, 造成外延时表面局部有氧化层存在, 这些氧化层存在会使外延层晶体的晶格混乱, 从而造成雾缺陷的产生 ;(3) 加工过程中机械应力过大, 造成 Ge 片的晶格损伤并且不可恢复, 在外延过程中晶格损伤的位置容易产生雾缺陷因此, 必须控制锗抛光片表面氧化层的厚度和一致性 2.2 表面氧化层的控制锗化学性质稳定, 常温下不与空气或水蒸汽作用, 但是在 600 ~700 时, 很快生成二氧化锗

79 116 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月与盐酸和稀硫酸不起作用浓硫酸在加热时, 锗会缓慢溶解在硝酸和王水中, 锗易溶解碱溶液与锗的作用很弱, 但是熔融的碱在空气中, 能使锗迅速溶解在有氧化剂存在的溶液里,Ge 被氧化产生的两种氧化物是 GeO 和 GeO 2 在反应过程中, 首先产生的氧化物是 GeO, 然后在一定的条件下 GeO 被氧化成 GeO 2, 反应式为 : Ge + O GeO GeO + O GeO 2 GeO 2 有两种形态 : 一种是石英结构, 可溶于水 ; 另一种是金红石结构, 这种结构的 GeO 2 很难溶而达到去除颗粒的目的如果采用 APM 液清洗, 为了降低生成 GeO 2 的速度, 可以适当降低腐蚀液的温度另外, 在抛光液中加入化学反应抑制剂, 同样可以控制 GeO 2 的产生 [4] GeO 易溶于酸和浓强碱溶液, 产物都有明显的还原性二氧化锗是以酸性为主的两性氧化物, 在空气中和加热下都稳定, 不溶于水也不跟水反应, 可溶于浓盐酸生成四氯化锗, 也可溶于强碱溶液, 生成锗酸盐因此, 可以采取浓盐酸浸泡的方法去除锗抛光片表面的氧化物, 得到一致性的纯锗元素表面, 然后利用 APM 液生成一层极薄的均匀氧化层于水因此, 抛光结束后抛光片表面存在两种氧化物,GeO 和金红石结构的 GeO 2 GeO 在 600 ~650 就显著挥发, 而 GeO 2 至少 ~1 200 才开始挥发 Ge 抛光片一般用于 MOCVD 外延, 而 MOCVD 外延生长 GaAs 的温度在 700 左右如果抛光片上存在两种氧化物, 在 MOCVD 外延生长时, 表面的 GeO 2 会阻挡晶体的生长因此, 为了便于 MOCVD 外延工艺, 应尽量控制 Ge 抛光片表面 GeO 2 的产生 [3] 将 Ge 抛光片置于 APM 试剂中, 使表面由疏水表面变为亲水表面 APM 清洗液是由 NH 4 OH H 2 O 2 和 H 2 O 组成, 由于 H 2 O 2 的作用,Ge 抛光片表面产生了一层自然氧化膜, 然后这层氧化膜被 NH 4 OH 腐蚀, 因此附着在 Ge 片表面的颗粒便落入到清洗液中, 从 3 实验验证 3.1 样品所用锗单晶是垂直布里奇曼 (VB) 法生长的 P 型 Ge 单晶锭, 直径为 100 mm 晶向为 <100> 偏 (110) 9, 抛光后厚度为 140 µm 3.2 工艺参数采用 SB-150C 台式湿式全自动清洗机进行超薄锗抛光片的干燥清洗, 具体工艺参数见表 1 表 1 中各溶液配制比例均为体积比, 所用试剂均为 UP 级高纯试剂 NH 4 OH: 氨水 ;H 2 O 2 : 双氧水 ;HCl: 体积分数为 38% 的盐酸 ;QDR: 兆声水洗 ;IPA 干燥 : 异丙醇干燥表 1 工艺参数设定清洗槽槽 1 槽 2 槽 3 槽 4 槽 5 槽 6 槽 7 槽 8 清洗槽溶液配制或功能溢流 φ(hcl) φ(h 2 O)=2 1 溢流 φ(nh 4 OH) φ(h 2 O 2 ) φ(h 2 O)= QDR φ(hcl) φ(h 2 O)=1 100 QDR IPA 干燥清洗时间 t/s 首先, 通过浓盐酸清洗去除抛光片表面的 GeO 和 GeO 2,GeO 2 与盐酸的反应是可逆的, 为防止 GeCl 4 水解, 盐酸浓度必须大于 6 mol/l, 其反应式 : GeO + 2HCl GeCl 2 + H 2 O GeO 2 + 4HCl GeCl 4 + 2H 2 O 其次, 通过稀释的 APM 液结合兆声清洗有效地去除抛光片表面颗粒和有机沾污, 通过添加表面活性剂和降低清洗液温度, 有效控制了表面氧化层的均匀性和厚度, 形成了亲水性表面清洗液温度稳定在 20 ~25, 表面活性剂为 NCW1002, 溶液配制比例均为 φ(ncw1002) φ(h 2 O)=1 100 最后, 通过稀盐酸溶液结合表面活性剂去除晶片表面的金属离子沾污, 通过 IPA 干燥系统进行干燥干燥时间 12 min, 氮气流量 60 L/min, 水箱温度 60, 干燥系统如图 2 所示电阻率测试仪冷却器侧壁加热器 ULPA 过滤器晶圆片 LID 风扇接受器 IPA 排出口过滤器底部加热器排气高纯度气氛 IPA-SE 容器图 2 IPA 干燥系统结构示意图 3.3 实验结果干燥后检验,25 片晶片表面无水痕和沾污并且无

80 第 33 卷第 2 期戚红英, 等 : 锗抛光片干燥技术研究 117 晶片破损经测试, 晶片表面颗粒度大于 0.2 µm 的颗粒少于 10 个, 表面金属离子小于原子 /cm 2 4 结论采用浓盐酸清洗去除了抛光表面的氧化产物, 采用稀释 APM 溶液清洗去除了表面颗粒沾污, 得到了均匀的氧化层, 有效控制了 GeO 2 的生成, 形成了亲水表面, 最后通过 IPA 干燥系统成功实现了 140 µm 厚锗抛光片的干燥, 得到了有利于后续 MOCVD 工艺的高质量抛光片细流的方式用溶液冲洗测试板的两面 1 min 以上, 用电桥或等同量程和精度的仪器测冲洗液的电阻率传统的萃取法不仅测试繁琐, 还要考虑周围环境影响的因素, 相比传统的萃取法测试该检测方法大大提高了测试的准确性自动出具的检测报告含有表面绝缘电阻值, 从而完成清洗工件洁净度的检测试验数据如图 7 所示参考文献 : [1] 胡学铮, 虞学俊, 倪邦庆, 等. 界面不稳定现象 [J]. 日用化学工业,1998,(2): [2] 肖方. 晶圆清洗工艺中水痕问题的研究 [D]. 上海 : 上海交通大学,2007. [3] 赵权. 半导体单晶抛光片清洗工艺分析 [J]. 半导体技术, 2007,32(12): [4] 刘玉岭, 古海云. ULSI 衬底 Si 单晶片清洗技术现状与展望 [J]. 稀有金属,2001,25(2): 收稿日期 : ( 上接第 98 页 ) 制定了包括离心清洗工艺工艺装备制造和洁净度检测等规范, 建立了由清洗标准数据库清洗剂数据库清洗对象数据库清洗工艺数据库和清洗设备数据库等五个部分组成的基于网络的电子印制线路板组件离心清洗数据库, 满足了离心清洗及其工程化的需要与此同时, 针对实际情况设计了清洗效果评价库和评价方法库, 极大地提高了清洗评价效率, 使离心清洗效果的评价更加科学化主要实现了以下功能 : (1) 能够适应远程及本地访问 ; (2) 能适应印制线路板组件清洗工艺溶剂和设备等有效管理 ; (3) 能实现印制线路板组件等相关标准的输入查询快速检索浏览和输出, 为离心清洗提供指导与帮助 ; (4) 功能实用, 操作方便, 人机界面友好 3 离心清洗设备的实际应用及展望在离心清洗试验中, 依据企业标准印制电路板装焊后的洁净度检测及分级, 运用 PCBA 洁净度通用检测仪器 600SMD 进行离子污染度的检测该检测方法不同于常规用溶剂萃取的电阻率测试法, 将每 250 mm 的印制电路板组件用 100 ml 冲洗溶液, 以图 7 实验数据结果图以上检测结果表明 : 清洗工艺参数的合理控制使洁净度指标超过了标准中规定的高可靠电子产品的指标要求研究结果表明清洗溶剂选择正确清洗工艺流程设计和清洗工艺参数设置合理, 将会获得良好和满意的清洗效果通过进行大量的试验和产品样件可靠性应用的验证以及在一些用户单位进行的工艺验证, 取得了令人满意的效果总之, 该设备的研制解决了传统清洗方法对于 PCBA 洗净难对器件有损伤和对大气有污染的难题, 清洗的洁净度高, 对于目前很多 PCBA 采用的难以用传统清洗方法洗净的免清洗助焊剂也具有很好的清洗效果相信离心清洗设备必将在印制线路板组件生产中拥有广阔的应用前景参考文献 : [1] 张玲云. 印制电路组件的清洗工艺 [J]. 电子工艺技术,2009, 30(4): [2] 吴民, 孙海林, 陈兴桥. 印制板半水清洗技术研究 [J]. 电子工艺技术,2010,31(4): [3] 陈正浩. 印制电路板组装件绿色清洗技术 [J]. 电子工艺技术, 2007,28(6): [4] 岳军, 牛进毅. 离心清洗应用于印制电路板的研究 [J]. 电子工艺技术,2009,30(6): [5] 阎德劲, 谢明华. 高密度印制板组件离心清洗工艺技术研究 [J]. 电子工艺技术,2011,32(1): 收稿日期 :

81 电子工艺技术 118 Electronics Process Technology 2012 年 3 月第 33 卷第 2 期不锈钢半球形零件的引伸模设计与研究冯红玲 1, 邵 2 (1. 陕西凌云电器集团有限公司, 陕西宝鸡 ; 2. 陕西长岭电气有限公司, 陕西宝鸡 ) 摘要 : 不锈钢半球引伸, 因其强度大硬度高和不易压边, 引伸时极易起皱, 成形质量差通过对不锈钢零件材料性能和引伸成形工艺分析, 确定了合理的成形工艺方案, 设计了在液压机上成形半球形零件的引伸模, 有效地防止了零件的起皱, 提高了合格率, 解决了高强度不锈钢半球引伸成形的难题关键词 : 不锈钢 ; 半球零件 ; 引伸模 ; 成形质量中图分类号 :TG76 文献标识码 :A 文章编号 : (2012) Design and Research on Drawing Dies for Hemispherical Parts of Stainless Steel FENG Hong-ling 1, SHAO Zhe 2 (1. Shanxi Lingyun Electronics Group Co., Ltd. Baoji , China; 2. Shanxi Changling Electric Appliance Co., Ltd. Baoji , China.) Abstract: The forming quality of hemispherical parts of stainless steel is poor because of its high strength, high hardness and difficulty to edge pressing, the drawing is extremely easy to wrinkle. Determine the optimum process and design the drawing die which is used to manufacture the hemispherical parts on the hydraulic press based on analyzing the stainless steel performance and the drawing forming techniques, effectively prevent wrinkling of the parts and increase the rate of qualified products. Solve the problems of hemispherical drawing of high strength stainless. Key words: Stainless steel; Hemispherical part; Drawing dies; Forming quality Document Code: A Article ID: (2012) 在某产品试制生产中, 需要高强度和耐高压的不锈钢封闭圆球该圆球直径为 260 mm, 厚度 2 mm, 材质为 Cr21Mn9Ni6 不锈钢圆球零件可由两个半球采用自动激光焊而成, 而半球则由 2 mm 的 Cr21Mn9Ni6 钢板引伸成形关于半球成形, 目前国内的制造业主要通过常规引伸成形旋压成形和聚氨酯橡胶模引伸成形方式实现, 个别的还有诸如爆炸成形等常规设计的半球引伸模, 一般在冲床或双动压力机上引伸成形 [1,2] 工作时压力机运行速度快, 冲击力大, 模具结构复杂引伸成形时, 由于大部分毛坯不在压边圈下, 引伸件极易起皱, 表面质量欠佳, 零件合格率较低, 引伸效果不好旋压成形适用于小批量生产, 基本属于手工作业, 劳动强度大旋压过程中, 零件表面易冷作硬化, 需要一次或二次退火处理, 生产效率很低, 零件成本较高, 对操作者的技能要求较高聚氨酯橡胶模引伸成形适合于薄而复杂且强度不高的铝制品和低碳钢类零件, 对于高强度的 Cr21Mn9Ni6 不锈钢半球引伸, 成形把握性不大针对上述问题, 考虑改变成形设备, 在 YB 型液压机上将毛坯预引伸成带法兰的半球引伸件, 然作者简介 : 冯红玲 (1962-), 女, 工程师, 主要从事电子机械工艺装置研究及设计工作

82 第 33 卷第 2 期冯红玲, 等 : 不锈钢半球形零件的引伸模设计与研究 119 后利用线切割将其加工成产品所需的半球零件 [3] Cr21Mn9Ni 6 不锈钢化学成分见表 1, 力学性能见表 2 1 零件工艺性分析 1.1 零件材料性能分析 Cr21Mn9Ni 6 不锈钢, 属于氮强化高锰奥氏体不锈钢, 强度和硬度高, 延伸率好耐腐蚀性能接近 304L, 含碳量低, 抗晶间腐蚀, 在常温下具有良好的抗高温氧化性能 [4] 这使得它被广泛运用于飞机发动机蒸汽高压容器和污染控制设备等方面由表 1 可知,Cr21Mn9Ni6 不锈钢的化学成分与 304L 接近, 所以其加工性能与 304L 相当 304L 是低碳的 304, 用于需要焊接的场合较低的碳含量使得靠近焊接区析出的炭化物极少, 炭化物的析出会导致不锈钢在某些环境中容易腐蚀 ( 焊接腐蚀 ) 由表 2 可知,Cr21Mn9Ni6 不锈钢的抗拉强度和屈服强度均比 304L 高很多表 1 化学成分分析牌号化学成分 w(c)/% w(mn)/% w(p)/% w(s)/% w(si)/% w(cr)/% w(ni)/% Cr21Mn9Ni ~ ~ L ~ ~ 表 2 力学性能分析牌号抗拉强度 σ b /MPa 屈服强度 σ s /MPa 延伸率 δ/% 硬度 HRB Cr21Mn9Ni L 零件精度分析半球零件如图 1 所示由于 Cr21Mn9Ni 6 不锈钢强度高和塑性好, 引伸时所需变形力及弹性回跳大, 而球体半径 130 mm±0.5 mm 的精度要求高因此, 为了保证零件精度, 引伸成形后视情况需增加校形工序度较低运行平稳和下顶出缸有足够恒定压边力的 YB 型液压机上引伸成形 145 (5) D260 R S 130 R8* R S 130±0.5 h d 1 d 图 2 半球工序图 ( 单位 :mm) 2 图 1 半球零件图 ( 单位 :mm) 2 成形工艺方案成形工艺方案有两种 : (1) 方案一 : 将零件预引伸成带法兰的半球, 半球与法兰之间采取圆弧过渡优点是引伸力小, 缺点是零件成形后回弹大, 需要增加校形工序另外, 零件后续加工时找正困难, 而且半球高度方向精度不易控制 (2) 方案二 : 将零件预成形成图 2 所示形状在方案一基础上, 对半球与法兰圆弧过渡处增加 5 mm 圆柱面这样既可以克服方案一的不足, 又能增加压边力, 减少回弹, 有效地预防零件起皱, 提高零件成形精度综上所述, 最终选择方案二, 在精度较高速 3 引伸工艺计算 3.1 毛坯直径 D 毛坯直径可按下式确定 : D= d 12 + d d 1 h = (mm) (1) 式中 :D 为毛坯直径 ;d 1 为图 2 所示的圆筒形直径 ;d 2 为图 2 所示的凸缘外径 ;h 为凸缘中性层到半球口部的引伸高度 3.2 毛坯相对厚度毛坯的相对厚度可按下式确定 : t = (2) D 式中 :D 为毛坯直径 ;t 为材料厚度由于毛坯的相对厚度小于 3, 所以半球零件引伸时必须带有压边装置 3.3 引伸系数引伸系数是引伸的重要参数, 一般是指引伸后

83 120 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月与引伸前的工件直径之比, 可表示零件变形程度大小, 是衡量零件能否一次拉伸成功的指数半球零件的引伸系数在任何直径下都是 m=0.71, 但是图 2 所示零件是半球与凸缘零件的组合体, 因此不能简单地采用无凸缘筒形件或半球形零件引伸系数 m =d 1 /D 的方法来计算引伸系数, 而必须依据零件相对厚度 (t /D ) 100 和凸缘相对直径 d 2 /d 1 来确定该零件的引伸系数由 d 2 /d 1 = =1.14 及 (t/d) 100=0.49 查出该零件引伸系数 m=0.54, 查不锈钢的引伸系数为 0.52, 故可一次引出 4 模具结构设计 4.1 模具总体结构设计根据不锈钢半球成形工艺要求及 YB 型液压机使用情况, 确定模具总体结构如图 3 所示液压机上工作台 15 液压机下工作台 1 底板 ;2 套筒 ;3- 顶板 ;4- 垫板 ;5- 固定板 ;6- 导正钉 ; 7- 卸料板 ;8- 凸模 ;9- 定位钉 ;10- 凹模 ;11- 衬板 ;12- 上模板 ;13- 聚氨酯弹顶器图 3 引伸模结构图模具总体结构主要由上模板上模顶出机构凹模凸模卸料板下模顶出机构底板套筒和导正钉等组成上模板 12 与液压机上工作台用螺钉压板紧固底板 1 与凸模固定板 5 通过圆周均布的 4 个套筒, 形成高度为 H 的活动空间, 保障凹模 10 下行时, 卸料板 7 和顶板 3 有同步下移空间顶板 3 与卸料板 7 通过圆周均布的 6 个导正钉导向并连接用 4 个穿入套筒 2 的长螺栓 15 将定模部分与液压机下工作台紧固模具结构典型装配容易和操作便利 4.2 凹模结构设计凹模材质选 Cr12MoV 材料, 热处理硬度 HRC 60~64, 工作表面氮化处理, 氮化深度 0.35 mm~0.40 mm 由于凹模较厚, 为降低成本, 将凹模不参与成形的上半部做成衬板 11, 衬板材质选 T8A, 热处理硬度 HRC 52~ 凸模结构设计凸模材质选 Cr12MoV 材料, 热处理硬度 HRC 58~62, 工作表面氮化处理, 氮化深度 0.35 mm~0.40 mm 为防止引伸后卸料时零件抽真空, 凸模设计了 2 个 d 8 mm 的排气孔, 孔端面周围倒钝 4.4 上顶出机构设计由于 Cr21Mn9Ni6 不锈钢强度高, 成形时冷作硬化严重, 引伸结束零件滞留在凹模, 而且张力很大, 所以选用高硬度高弹性耐撕裂及良好机械加工性能的聚氨酯橡胶垫作上模的弹顶器, 通过推板 14 将零件从凹模推出 4.5 下顶出机构设计巧妙地利用套筒 2 设计出活动空间 H, 用液压机的下顶出缸推动顶板 3, 再由导正钉 6 将推力传递给卸料板 7, 将零件从凸模卸下 5 模具工作原理工作时, 将毛坯放在卸料板 7 上, 利用圆周均布的 3 个定位钉 9 定位, 启动液压机, 凹模下行, 接触坯料, 压紧毛坯开始拉伸, 在拉伸终了时, 拉伸凸模与凹模和推板接触, 对毛坯进行拉伸并校形若工件留在凹模, 由推板 14 推出 ; 若工件包在凸模, 由卸料板顶出为减少引伸件与模具之间的摩擦, 降低金属中的应力, 从而降低引伸系数和引伸力, 防止模具工作表面过快磨损和发生磨伤及擦痕, 选用黏度大的机油作为润滑剂, 涂抹在与凹模接触的毛坯面, 进行润滑, 取得了好的效果但切忌不要在凸模一侧的毛坯表面润滑, 因为这样可以促使材料沿凸模滑动, 使材料变薄 6 引伸前后材料强度和硬度对比实测引伸前后材料强度和硬度值, 汇总见表 3 不难看出, 引伸前后材料硬度变化不大, 但是强度成倍增加这正是我们所需要的, 满足了零件的特殊使用要求表 3 强度和硬度对比状态抗拉强度 σ b /MPa 硬度 HRB 引伸前引伸后 1 407( 平均 ) 44.3( 平均 ) ( 下转第 126 页 )

84 电子工艺技术 2012年3月第33卷第2期 Electronics Process Technology 121 SMT论坛冷却速率对无铅再流焊焊点质量的影响 (续完) 史建卫日东电子科技深圳有限公司广东深圳摘要无铅再流焊中冷却速率影响焊点力学性能及可靠性快速冷却可以细化组织间接控制金属间化合物厚度和形态影响焊点断裂模式提高焊点综合性能但是由于元件与PCB等材料的热不匹配性而造成的较大应力易造成元件或焊点失效等通过对文献中研究结果的总结设计了炉冷空冷和水冷等几种再流焊冷却方式并对焊点进行了强度测试和组织成分分析建议工业用最佳冷却斜率控制在3 /s 6 /s 关键词冷却速率无铅再流焊金属间化合物焊点质量应变速率中图分类号 TN605 文献标识码 A 文章编号 Effect of Cooling Rate on Solder Joint Quality In Lead-free Reflow Soldering SHI Jian-wei (Sun East Electronic Technology Company Ltd., Shenzhen , China) Abstract: Cooling rate affects mechanic property and reliability of solder joint markedly in lead-free reflow soldering. Rapid cooling rate can fine structure, control indirectly thickness and modality of intermetallic compound, affect failure style and reinforce performance of solder joint, but stress induced by mismatching between components and PCB materials brings about invalidation of produce. Summarize the work of documents and projects a experiment of oven cooling, air cooling and water cooling for reflow soldering, test solder joints strength and analyze metallograph of interface compound as well. The optimums cooling rate is 3 to 6 Celsius per seconds in electronic industry. Key words: Cooling Rate; Lead-free Reflow Soldering; Intermetallic Compound (IMC); Solder Joint Quality; Strain Rate Document Code: A Article ID: (2012) 上接第1期第62页 2.2 冷却速率对焊点组织和IMC形态及厚度的影响图13为不同冷却速率下SAC305焊点的微观组织比较焊点引线和焊盘两侧的IMC层发现水冷机制冷条件下和循环水冷却条件下的IMC层厚度相差不焊点拉脱强度相对较低图15为相结构影响IMC形态示意图可以看出快速冷却下组织细化相结构限制了IMC的生长从而形成薄而平缓的层状结构大形态也较接近 Ag3Sn化合物细小弥散拉脱强度值大而随炉冷却条件下的IMC层就显得异常突出由图14可以看出慢冷焊点引线处有长条状IMC伸入 (a) 冷却速率4.90 /s (b) 冷却速率2.80 /s (c) 冷却速率1.30 /s 到钎料当中这在焊点加载时将会成为薄弱环节故图13 不同冷速下SAC305钎料QFP焊点界面 SEM 作者简介史建卫男硕士毕业于哈尔滨工业大学主要从事SMT工艺与设备方面的研究工作

85 122 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 (a) 冷却速率 6.50 /s (b) 冷却速率 2.10 /s (c) 冷却速率 1.15 /s 图 14 不同冷却速率下 SAC305 钎料 QFP 焊点界面 (SEM) 相由焊点拉脱试验结果表 7 可见, 经 150 高温时效 5 d 的焊点界面化合物增厚, 强度迅速减小, 断裂位置发生在钎缝处, 而时效 10 d 以上的焊点断裂为焊盘剥离这说明高温时效对焊盘与 PCB 的接合力影响很大, 随着高温时效时间延长, 焊点强度不再发生明显变化, 而基板与 Cu 焊盘的接合力降低表 6 不同再流焊时间下 QFP 焊点的拉脱载荷值再流焊时间 t/s 平均载荷值 F/N 注 : 测定速率 :5 mm/min 图 15 相结构影响 IMC 形态示意图 2.3 冷却速率对焊点储藏寿命的影响快速冷却有利于提高焊后产品使用寿命在产品后期使用与储存时, 焊点内部的 IMC 层厚度会继续增长, 其与温度和时间之间的关系为 : δ=δ 0 + k (5) 式中 :δ 为 t 时 IMC 层厚度 ;δ 0 为初始 IMC 层厚度 ; k 为常数 ;t 为老化时间一般化合物厚度在 0.5μm~4.0μm 时焊点强度及可靠性高, 快速冷却是通过减少初始 IMC 层厚度来延长焊点服役寿命对于初始厚度, 除了受冷却速率影响外, 更主要受再流焊温度和时间的影响研究人员对峰值温度 245 不同再流焊时间下 QFP 焊点界面 IMC 厚度进行测量计算, 结果见表 5 表 5 不同再流焊时间下 QFP 焊点界面 IMC 平均厚度 IMC 平均厚 d/μm 再流焊时间 t/s Sn3.5Ag SAC 一般当峰值温度不超过 240 再流焊时间在 30 s~60 s 之间时, 无铅钎料 /Cu 界面 IMC 厚度在 1.5μm~3.5μm 之间, 即初始厚度周惠玲等人选用 SAC305 钎料钎焊 QFP 元件再流焊温度取 240 ~245, 再流焊时间取 60 s 120 s 和 180 s, 焊后进行拉脱试验, 结果见表 6, 长时间的再流焊时间会导致焊点拉脱强度迅速下降通过对 60 s 试件在 150 高温时效后的焊点拉脱试验, 来进行老化前后的比较高温时效前与时效 10 d 的焊点组织如图 16 所示, 可以看出时效 10 d 的焊点界面化合物层厚而平直, 且在钎料与引线和焊盘之间的 Cu 6 Sn 5 相上出现了 Cu 3 Sn 图 16 高温时效前与时效 10 d 的焊点组织表下不同老化时间的焊点拉脱载荷值老化时间 t/d 平均载荷 F/N 注 : 测定速度 :5 mm/min Min He [13] 等人对无铅钎料 /Ni-P 界面进行了不同再流时间和冷却速率的研究, 结果如图 17 图 17 不同再流焊时间和冷却速率下无铅钎料 /Ni-P 界面组织 (SEM) 当再流焊温度和时间为 250 /30 s 时, 快速冷却下 Ni 3 Sn 4 成针状,IMC 层较薄 ; 慢速冷却下 Ni 3 Sn 4 成棒状或块状,IMC 层较厚当再流焊温度和时间为 250 和 180 s 时, 快速冷却和慢速冷却下 Ni 3 Sn 4 颗粒均变粗大, 以棒状和块状为主, 且棒状和块状所占面积分数增大,IMC 层厚度增加相比较而言, 慢速冷却比快速冷却下 Ni 3 Sn 4 颗粒更大,IMC 层更厚当再流焊时间延长至 600 s 时,IMC 多为块状图 18 为 Sn3.5Ag/Ni-P 界面 IMC 层厚度与再流焊时间和冷却速率的关系, 可以看出随再流焊时间的延长, 冷却速率对 Ni 3 Sn 4 颗粒和 IMC 层厚度影响减弱,IMC 厚度介于 1μm~4μm 之间 ( 注 : 快速冷却 4.50 /s, 中

86 第 33 卷第 2 期史建卫 : 冷却速率对无铅再流焊焊点质量的影响 123 速冷却 3.00 /s, 慢速冷却 0.35 /s) 研究人员试验发现, 高温老化后焊点强度开始下降 [14], 而且快速冷却焊点强度下降程度要高于慢速冷却, 如图 19 所示, 可能是因为快速冷却焊点在老化时化合物厚度增长速度快的原因表 8 为不同冷却速度条件下化合物随老化温度的增长常数 k 值, 可见冷却速度快时化合物增长速度快 ; 老化温度高时化合物增长速度快 Ni 3 Sn 4 厚度 d/μm Ni 3 Sn 4 厚度 d/μm Ni 3 Sn 4 厚度 d/μm 慢速冷却中速冷却快速冷却再流焊时间 t/s 图 18 Sn3.5Ag/Ni-P 界面 IMC 层厚度与再流焊时间和冷却速率关系快速冷却中速冷却慢速冷却老化时间的平方根 t/h 1/2 快速冷却中速冷却慢速冷却老化时间的平方根 t/h 1/ 图 19 Sn3.5Ag/Ni-P 界面 Ni 3 Sn 4 化合物厚度增长速率表 8 不同冷却速度下 Ni3Sn4 化合物厚度增长常数 k 值冷却速度 v/ 钎料 ( s -1 ) 老化温度 θ/ Sn3.5Ag Sn3.5Ag 冷却速率对断裂方式的影响断裂是一个复杂的过程, 宏观上断裂表现为一瞬间发生, 实际上断裂是由裂纹的产生长大和失稳扩展等一系列过程组成与材料的塑性变形有关, 但是与塑性变形不同, 这个过程不是发生在金属材料的整体, 而是发生在金属材料的局部, 材料中局部薄弱区域成了断裂发生和发展的通道当施加载荷时, 产生的应变量超过材料本身所具有的塑性变形能力时, 焊点就会发生开裂, 因此裂纹一般从高应力应变位置产生 [15] 对于翼型引脚, 焊点的内圆角部位在拉脱载荷加载过程中处于高应力应变状态, 所以裂纹一般是从内圆角位置产生的从焊点断面的微观形貌可知, 在界面处有 IMC 层存在, 其脆硬性较大, 断裂发生在钎料 /IMC 层之间的可能性也较大丁颖等人单独从机械载荷角度考查了焊点抗疲劳特性, 发现对于再流焊点, 钎料靠近元件引线处始终为高应力应变区域, 裂纹从此处萌生并扩展, 与理论相吻合此时焊点形态的差异会大大影响焊点拉脱强度, 影响可靠性日本琼马大学 SHOHJI 博士进行了 QFP 引脚焊点 45 角拉脱试验, 研究了热循环和老化条件下 Sn5Ag8In0.5Bi/QFP 焊点的强度和微观结构, 拉脱试验后得到两种断裂模式 : 钎料 /IMC 层断裂和 Cu 焊盘剥离 0 ~125 温度循环和 125 老化条件下, 随着热循环次数和老化时间的增加, 接头强度降低, 主要原因是基板与 Cu 焊盘间结合力降低, 断裂模式从钎料 /IMC 层断裂转变为 Cu 焊盘剥离在 -40 ~85 温度循环条件下, 断裂模式基本不变, 但是焊盘剥离程度减小 Janne.Sundelin 等人对翼型引脚焊点进行 45 拉脱试验来评价 SAC 钎料 /QFP 接头强度和热循环可靠性, 试验发现断裂模式可分为 : 引线断钎料内部断钎缝 /IMC 层断和焊盘剥离但是认为只有钎缝内部断裂的失效模式才被认为是真正的拉脱断裂周惠玲等人通过对 QFP 引脚焊点拉脱断口的微观分析, 发现在钎缝处的断裂模式如图 20 所示, 主要有钎料内部断和钎料 /IMC 层断, 兼有钎料内部断和钎料 /IMC 层断的混合断 3 种方式试验还发现不同断裂模式对应的拉脱载荷平均值不同, 结果见表 9, 钎料 /IMC 层断强度最高, 钎料内部断强度最低与表 3 不同条件下 QFP 焊点拉脱载荷值相联系, 推得快速冷却断裂一般发生在钎料 /IMC 层, 而慢速冷却断裂一般发生在钎料内部然而实际情况是钎料 /IMC 层断裂少, 钎料内部断裂较多, 混合断裂最多, 且其裂纹扩展路径形式多样, 主要原因是受焊点内部缺陷

87 124 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月的影响 (a) 钎料内部断 (b) 钎料 /IMC 层断 (c) 混合断图 20 QFP 引脚焊点拉脱断裂模式表 9 不同断裂模式对应的拉脱载荷平均值焊膏拉脱载荷平均值 F/N 种类钎料内部断裂钎料 /IMC 层断裂混合断裂裂纹扩展过程中的塑性变形, 在裂纹尖端前方塑性区内由于材料的各种损伤累积而形成微裂纹, 并与主裂纹连接使裂纹向前扩展焊点钎料中裂纹的扩展优先选择高应力应变区域以及组织畸变和弱化区域, 裂纹的扩展路径沿界面或者某些短路通道 ( 如材料尺寸的薄弱部位 ) 与应力应变状态和组织状态密切相关研究人员对 SAC305 钎料在不同冷却速率下焊接的片式电阻元件 2012 剪切断口形貌进行 SEM 和 EDX 分析, 如图 21 和图 22 所示, 发现图 20 快冷断口表面主要成分为 Sn 和 Cu, 韧窝内是 CuSn 化合物颗粒, 韧窝边缘是 Sn 基体, 这表明钎料体强度高于钎料 /IMC 层接合强度, 裂纹扩展沿着金属间化合物层进行水平扩展 Sn3.5Ag SAC 注 : 测定速率 :5 mm/min 熔融钎料合金流动填缝来形成钎缝, 钎料合金的流动特性及钎剂成分的气体挥发导致钎缝中不可避免地存在空洞类缺陷对于含初始缺陷固体,Huang 的理论认为空洞演化过程中的静应力存在一个极值, 超过此值后空洞将长大进入失稳状态, 而无需外加应力的增加因此当空洞类缺陷较多的时候, 钎缝内部就会优先断裂裂纹扩展都不经过引线和焊盘两侧的界面化合物层, 转变为载荷值比较低的钎料内部断裂当钎料中存在某些缺陷时, 裂纹容易沿着缺陷方向扩展并形成一些分支, 甚至可以改变裂纹原来的传播方向形成混合断裂, 因为裂纹向该方向扩展只需要较少的能量, 并有利于应力的释放钎料 /IMC 层断裂有两方面的原因 : 一是由于钎料与金属间化合物之间热膨胀系数相差较大, 快速冷却过程中造成较大的应力集中 ; 二是在冷却之前金属间化合物会不断向钎料内部长大, 在其顶端产生较大的体积应力裂纹在扩展中沿着钎料 /IMC 层的薄弱界面向前传播, 然而这种沿单纯的界面化合物扩展的裂纹情况发生很少一方面由于 IMC 相为脆性相, 导致内部晶粒结合力不强 ; 二是钎料内部存在某些缺陷当裂纹贯穿 IMC 层扩展受阻时, 就会穿过断裂的 IMC 层, 沿着消耗能量最小路径, 即体内薄弱区继续扩展, 形成混合断裂混合断裂的情况最为常见, 根据金属断裂的理论, 焊点失效过程经历裂纹形成与裂纹扩展两个阶段, 裂纹形成在受载情况与材料质量配合最为不利的部位, 并沿着消耗能量最小的路径扩展裂纹的扩展过程与裂纹尖端会产生塑性区, 一方面裂纹尖端的塑性变形能直接引起裂纹的扩展, 另一方面, 冷速 :6.50 /s 冷速 :4.15 /s 冷速 :1.15 /s 图 21 SAC305 钎料不同冷却速度下焊接的 R2012 焊点剪切断口形貌计数 N/( 10 3 个 ) 计数 N/( 10 3 个 ) 1.8 Sn Cu Cu Ag 能量 E/keV 冷速 :6.50 /s 6.5 Ag 5.2 Sn Cu Cu 能量 E/keV 冷速 :1.15 /s 图 22 SAC305 钎料不同冷却速度下焊接的 R2012 焊点剪切断口 EDX 分析

88 第 33 卷第 2 期史建卫 : 冷却速率对无铅再流焊焊点质量的影响 125 快冷细化焊点内部组织, 提高体强度, 而且使焊点内 IMC 弥散分布, 进一步提高体强度慢冷时组织粗化, 焊点内 Ag 3 Sn 化合物成针状分布, 富 Sn 基体与 Ag 3 Sn 颗粒之间的结合力弱于钎料 /IMC 层之间的结合力, 因而断裂发生在钎料内部中速冷却下强度介于快速和慢速冷却之间, 混合断裂较多研究人员对 Cu 焊盘镀 Ni 和 Au/Ni 焊盘进行焊后强度测试, 发现 :1) 铜镀层时含铅钎料拉脱强度高于无铅钎料, 断裂主要发生在钎料内部, 随着老化时间增加强度降低 (50 d 后为一定值 ), 断裂模式改变为钎料 / 界面断裂 ; 无铅钎料断裂模式主要是钎料 / 界面断裂,IMC 层的生长严重影响了无铅钎料的焊点强度, 所以对无铅钎料来说 Cu 焊盘并不是最理想的 2)Ni 镀层时含铅钎料拉脱强度高于无铅钎料, 断裂主要发生在钎料内部, 随着老化时间增加强度降低 (50 d 后为一定值 ), 但是含铅钎料强度低于了无铅钎料, 断裂模式改变为钎料 / 界面断裂 ; 无铅钎料强度几乎为定值, 断裂主要发生在钎料内部, 钎料与 Ni 层间的界面强度大于钎料体的强度 3)NiAu 镀层时无铅钎料拉脱强度高于有铅钎料, 随着老化时间的增加, 有铅钎料强度降低 (50 d 后为一定值 ), 但是无铅钎料强度无变化, 断裂主要发生在钎料 /IMC 层, 钎料与 Ni 层间的界面强度小于钎料体的强度值得注意的是, 从 SEM 和 EDX 分析结果发现 Au/ Ni 层与 Ni 层的 IMC 相似,Au 在回流时扩散到钎料中 Ho 等人详细研究了这种现象,Au 层与钎料快速反应形成 AuSn 4 和 AuSn 2,AuSn 4 和 AuSn 2 的生长比率为 1μm/s,AuSn 2 立即转化为 AuSn 4 接着 AuSn 4 晶粒开始从 Ni 层底部分离出来落到钎料中, 在 AuSn 4 离开界面后,Ni 层与 Sn 反应生成 NiSn 化合物 AuSn 4 弥散分布在钎料中增强了钎料的拉脱强度, 所以断裂模式为钎料 /IMC 层断裂 Ni 层与 Sn 的反应速率极慢, 所以老化时间对无铅钎料没有明显影响, 此类焊盘适合于无铅钎料即对于含铅焊料, 铜焊盘上最好镀铜 ; 对于无铅焊料, 铜焊盘上最好镀 Au/Ni 2.5 冷却速率的选择实际生产中, 冷却速度并不是越大越好, 应考虑冷却系统的能力和对元件及焊点热冲击的危害性, 快速冷却应该在保证焊点质量的同时不会损坏多数组件根据文献研究结果和本文试验分析, 建议无铅焊接中最小冷却速度大于 3 /s, 而最大冷却斜率要根据实际情况而定, 一般控制在 6 /s~10 /s, 原因是冷却速度大于 6 /s 后焊点组织对强度的影响程度减小冷却系统的方式及速率的要求要根据焊料元件和 PCB 的特点和要求而定冷却速率受组装板大小的影响一般较大的组装板含有质量和热容相差较大组件, 造成相同的冷却系统在大小元件之间形成不同的冷速, 一般相差 2 /s~4 /s, 这种情况下必须提高冷却能力, 使大元件冷却速度满足最小冷却速度要求冷却速率还受元件性能的影响元件开裂现象与温度材料热膨胀系数和元件尺寸等有直接的关系, 比如陶瓷电阻和铝电解电容对冷却速率非常敏感, 陶瓷体 ( / ) 与芯片及 PCB( / ) 的热膨胀系数相差大, 快速冷却时容易造成元件体和焊点裂纹, 一般要求冷却速率为 2 /s~4 /s, 最大不超过 6 /s 如要准确计算冷却速率, 可设定驻留时间后做出形变幅度与循环周期之间的对数关系图, 然后通过形变估算公式来设计芯片尺寸 σ= Eε= E(Δγ Δθ b)/h (6) 式中 :σ 为钎料焊点上产生的应力 ;E 为钎料弹性模量 ;Δγ 为热膨胀系数差 ;Δθ 为温度变化范围 ;h 为焊点高度 ;b 为芯片最远两焊点之间的距离, 一般位于对角线上当知道钎料本身的屈服应力, 就可以反求出 Δθ, 即冷却速率的值 3 结论冷却速率影响着焊点的微观组织及界面化合物形貌和厚度, 从而影响到焊点及产品的综合性能快速冷却导致相对细小的 β -Sn 原始晶粒结构二次枝晶及间距, 产生相对薄而平坦的 η -Cu 6 Sn 5 界面相 ( 而非较厚的扇贝状 ) 和细小且成球形的 Ag 3 Sn 和 η -Cu 6 Sn 5 体相 ( 而非针状或块状 ), 增加了焊点的接合强度, 减少了偏析现象 (1) 大应变下位错产生滑移且占主导时, 快速冷却下细颗粒结构会导致较高的材料强度 (2) 快速冷却有利于提高焊点应变抗力, 改善焊点抗疲劳性能, 但是实际生产中产生的气孔及空位会不断聚集形成较多空洞韧窝和不平整的断面, 降低了焊点的热循环寿命, 但是不呈现线形关系在实际焊接过程中要求优化工艺流程, 调整温度曲线, 降低焊剂残留量, 使快速冷却的优势得以发挥 (3) 在峰值温度 240 ~245, 再流焊时间为 30 s~60 s 内, 无铅焊点在冷却速率大于 2.1 /s 情况下, 都具有较高的剪切强度, 冷却速率大于 2.5 /s 的情况下强度变化比较缓慢, 而且 Sn3.5Ag 焊点拉脱强度都低于 SAC305 焊点, 可能的原因是 SAC305 中更细小的 η-cu 6 Sn 5 和 Ag 3 Sn 颗粒的强化作用 (4) 高温老化后无铅焊点强度开始下降, 而且快速冷却焊点强度下降程度要高于慢速冷却, 但是强度还是高于慢速冷却, 主要是因为快速冷却焊点在老化时化合物厚度增长速度快

89 126 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 (5) 快速冷却下无铅钎料 /Cu 的断裂一般发生在钎料 /IMC 层, 而无铅钎料 /Ni 的断裂一般发生在钎料内部, 慢速冷却下两者的断裂一般均发生在钎料内部, 主要原因是受界面化合物形态和厚度的影响,Cu 层与 Sn 反应较快而 Ni 层与 Sn 和反应较慢但是快速冷却下无铅钎料 /Au/Ni 的断裂又为钎料 /IMC 层, 主要原因是 AuSn 化合物的弥散分布增强了钎料基体的强度 (6) 无铅焊接中冷却速率大于 1.5 /s 焊点组织不会出现明显变化, 推荐最小冷却速度大于 2.5 /s, 最佳大于 3 /s 最大冷却斜率要根据实际情况而定, 考虑到焊料元件和 PCB 的特点, 一般控制在 6 /s~10 /s 冷却速度过大一方面设备冷却系统难以实现, 另一方面会产生裂纹等缺陷 (7) 根据设备冷却系统的方式及能力, 大小元件吸放热的不同, 不同产品的最小冷却斜率必须可变, 所以要求设备冷却速率可调, 最好选择配有冷却速度可调的冷水机设备参考文献 : [11] 赵智力. 无铅钎料波峰焊焊点剥离现象试验研究 [D]. 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学,2004. [12] 周慧玲. 无铅化电子组装 QFP 引线焊点拉脱试验研究 [D]. 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学,2005. [13] He Min, Chena Zhong, Qi Guojun, et al. Effect of post-reflow cooling rate on intermetallic compound formation between Sn- 3.5Ag solder and Ni-P under bump metallization[j]. Thin Solid Films, 2004, : [14] Masazumi Amagai, Masako Watanabe, Masaki Omiya, et al. Mechanical characterization of Sn-Ag-based lead-free solders[j]. Microelectronics Reliability, 2002, 42: [15] YU Qiuping, Diran Apelian. Influence of cooling rate on deformation due to effective stress in a solidifying alloy[j]. Journal of Materials Science, 2000, 35: 收稿日期 : ( 续完 ) ( 上接第 120 页 ) 7 结束语通过小批量试制生产, 本工装满足了实际需求, 取得了良好的效果, 拉深成功率达到 98% 模具结构简单制造容易和装配方便, 明显地提高了零件的成形质量, 并且模具有一定的通用性, 设计方法对成形类似形状零件具有借鉴作用参考文献 : 京 : 第四机械工业部标准化研究所,1981. [2] 苟文熙, 代树之. 冷冲压模具模设计 [M]. 北京 : 国防工业出版社,1980. [3] 郭成, 赵新怀. 冲压件废次品的产生与防治 200 例 [M]. 北京 : 机械工业出版社,1994. [4] 朱中平. 中外不锈钢和耐热钢牌号速查手册 [M]. 北京 : 化学工业出版社,2008. 收稿日期 : [1] 第四机械工业部标准化研究所. 冷压冲模设计 [M]. 第 5 版. 北 ( 上接第 66 页 ) 参考文献 : [1] 史建卫. 无铅焊接工艺中常见缺陷及防止措施 [J]. 电子工艺技术,2008,29(6): [2] 陈该青. PBGA 器件焊点的可靠性分析研究 [J]. 电子工艺技术, 2009,30(1): [3] 贺光辉, 罗道军. BGA 枕头效应焊接失效原因 [J]. 电子工艺技术,2011,32(4): [4] 孙磊, 刘哲, 樊融融. 无铅再流焊接 BGA 球窝缺陷研究 [J]. 电子工艺技术,2009,30(3): [5] 刘涛. 玻璃化转变温度对层压板性能的影响 [J]. 浙江林学院学报,1999,16(3): 收稿日期 : 科技兴国和谐发展电子工艺技术编辑部宣

90 2012 年 3 月电子工艺技术第 33 卷第 2 期 Electronics Process Technology A IPC 中国电子制造年会 (CEMAC) 赞助机会 IPC CEMAC 是 IPC 中国每年上半年在华东地区举办的综合性大型技术交流活动, 历时一周的盛会包括 : 主题研讨会专题讲座和培训会员联谊会技术委员会和各理事会会议和管理论坛等项目目的是为了更好地服务电子行业, 在对当年业界普遍关注的技术应用及发展中所遇到的问题进行探讨的同时, 请专家为来年的发展趋势指点迷津和答疑解惑 IPC WorksAsia 是 IPC 中国另一综合性大型技术盛会, 每年下半年在深圳举办, 与 IPC CEMAC 遥相呼应! 2012 年时值 IPC 中国成立十周年, 我们决定采用回馈广大听众的方式来庆祝这一盛典今年组织的所有技术类活动, 除了宣讲时段, 议题全部为纯技术演讲, 演讲免费! 听众免费! 机会难得! 联合主办赞助商, 限 2 个名额 IPC 会员价 : ; 标准报价 : 联合主办赞助商裨益 : 活动现场背景板各种宣传资料及物料中, IPC 会员特价 : 5 100; 标准报价 : 主办方的位置联合主办赞助商和 IPC 的徽标或字样普通赞助商裨益 : 以相同大小共同展示 ; 活动现场展示区提供 : 活动开幕式致辞环节, 联合主办赞助商作为张贴海报, 尺寸 :594 cm 420 cm; 主办方之一致辞 ; 资料展示架 1 个 ; 活动抽奖环节, 联合主办赞助商给中奖者颁奖 ; 15 min 公司宣讲时段, 宣讲时段可以按照 15 min 在会议资料册的封二或封三位置上刊登广告 ; 一个单位购买 ; 宣传资料一同放入 IPC 资料袋一起发放 ; 参会人员名单联合主办赞助商领导将作为 IPC 十周年庆典特公司徽标展示在所有印刷资料上邀嘉宾, 出席庆典仪式并讲话 ; 活动现场背景板赞助商区展示徽标免费获得为期三个月在 IPC 中文网站主页上该公司徽标展示在所有电子版资料上展会网站链接 ; 会议资料册上赠送一页彩插广告同时享受普通赞助商所有裨益普通赞助商, 名额不限慕尼黑上海电子展即将拉开帷幕中国电子元器件行业的旗舰展会慕尼黑上海电子展将于 2012 年 3 月日在上海新国际博览中心盛大开幕作为一个专业展览会, electronicachina 立足于电子元器件, 融合了包括功率电子显示器技术和移动通讯等在内的重要行业 ProductronicaChina 着眼于电子生产设备, 是生产设备技术的革新平台全面展示电子产业链无论是国内外领军大企业中小型公司还是业界新兴企业, 均毫不犹豫地加入其中展示最新的科技成就和创新产品, 这也使得慕尼黑上海电子展成为了电子行业的风向标在 2012 年 3 月的慕尼黑上海电子展上, 村田 Murata 松下电工 Panasonic TDK 罗姆 Rohm 欧姆龙 Omron 和基美 Kemet 等众多元器件国际厂商将集体亮相, 展示他们在各热门应用领域的新产品与解决方案, 值得大家期待! 展会同期还将举办国际 LED 创新论坛, 村田 Murata 意法半导体泰克科技飞兆半导体 Cree 和 Recom 等厂商将与业内专家, 围绕 LED 热点技术最新应用领域和市场发展方向等进行深入交流慕尼黑上海电子展主办方将继续开展万元奖金, 回馈产业! 和高效工作, 快乐生活! 系列奖项, 为您的工作及生活增添便利与乐趣, 期待您的积极参与

91 A2 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 IPC APEX EXPO 的免费技术项目和活动为重点行业的竞争技术提供解决方案 IPC APEX EXPO 于 2012 年 2 月 28 日 -3 月 1 日在圣地亚哥会展中心举行除了享誉全球的行业高级技术会议和课程之外, 还提供了更多机会让参与者免费了解行业问题和寻求解决方案 IPC APEX EXPO 展会提供免费的预注册, 包括激动人心的信息型主题会议, 覆盖重点行业话题的 BUZZ 讨论会,NPL 工艺缺陷诊所, 免费的特别活动以及北美最大的印制电路板设计和制造电子组装和测试的展览会好莱坞巨星 William Shatner 在周二的开幕式上就他的人生使命探索新世界, 寻找新生命发表激动人心的主题演讲周三的主题会议聚集了业内著名的专家小组, 他们对行业未来的主导者发布独特的见解 2 月 28 日 -3 月 1 日的 BUZZ 讨论会讨论了重要的行业问题, 例如工艺缺陷嵌入技术冲突矿产供应线过时问题部件和仿造部件的质量和符合性断裂的学术研究行业内首个用于电子组装的太阳能标准以及最近发布的 IPC 国际技术蓝图 2 月 28 日,IPC 政府关系委员会将举行一个开放论坛, 介绍 IPC 在国际武器贸易条例 (ITAR) 下为保护军用产品的印制电路板设计所做的倡议和努力, 同时还提供冲突矿产法规的最新信息在展厅内, 通过 NPL 缺陷数据库诊所, 观众在工艺方面所遇到的问题将得到免费公正的帮助和解决除此之外, 观众可以到新产品中心参观开拓行业新领域的设备材料和服务, 然后, 在 IPC APEX EXPO 的手工焊接竞赛现场为选手和冠军加油喝彩展会在为行业人员提供大量与世界各地同行交流沟通的机会, 包括国际招待会新手早餐会电子行业女性交流会和周三下午扩充的展厅招待会聚焦印制电子技术的 IPC APEX EXPO 展会汇集了 400 多个参展商, 为观众提供购买和比较最新技术和服务的最佳机会欲查看完整的参展商名单, 请访问如需注册或了解所有 IPC APEX EXPO 活动的更多信息, 包括技术会议标准开发会议和专业发展课程, 请访问 IPC 发布 2011 年 12 月份 PCB 行业调查结果 2012 年 1 月 31 日,IPC- 国际电子工业联接协会发布了北美印制电路板 (PCB)12 月份的统计调查结果 PCB 行业增长率和订单出货比公布从 2010 年 12 月到 2011 年 12 月, 刚性 PCB 出货量下降了 3.6%, 订单上升了 0.1% 截至发布日,2011 年刚性 PCB 出货量减少了 1.9%, 订单下降了 8.8% 与上月相比, 刚性 PCB 出货量环比增加 7.2%, 刚性 PCB 订单环比增加 10.7% 2011 年 12 月份北美刚性 PCB 工业订单出货比达到 1.00 与去年同期相比,2011 年 12 月挠性电路板出货量同比下降 19.8%, 订单同比增加 27.7%, 截至发布日, 今年柔性电路板出货量减少了 2.5%, 订单减少了 0.4% 与上月相比, 柔性电路板出货量环比增加 2.9%, 柔性电路板订单环比下降 10.7% 2011 年 12 月北美柔性电路板订单出货比上升到 1.03 从去年 12 月份至 2011 年 12 份, 刚挠性结合板出货量减少了 5.1%, 同时订单减少了 2.8% 年初至今, 刚挠性结合板出货量下降 1.9%, 订单下降 8.1% 与上月相比, 刚挠性结合板出货量环比增加 6.9%, 订单环比增加 8.7% 2011 年 12 月刚挠性结合板的订单出货比增长到 1.00 IPC 市场研究总监 Sharon Starr 说 : 12 月份北美 PCB 销售额与上月相比有所增加, 订单出货比有所提高, 是去年夏天后第一次达到平衡今年北美 PCB 销售额比去年下降了 1.9%, 但是目前的趋势也预示着 2012 年将恢复适度的增长订单出货比是以 IPC 调查的公司作为样本, 用过去三个月的销售额除同期的订单额计算出来的比率大于 1.00 说明当前供不应求, 预示着在今后的 2~3 个月, 销售会向着增长的态势发展刚挠性结合板订单出货比和增长率主要受到刚性 PCB 这部分的影响根据 IPC 全球 PCB 生产报告统计 : 在北美, 刚性 PCB 约占当前 PCB 行业 89% 的份额

92 第 33 卷第 2 期行业信息 A 3 国内生产的作用 IPC 对北美 PCB 行业的每月调查数据来自美国和加拿大生产单位的订货量和出货量, 其显示了该地区的需求指标这些数据并不能度量美国和加拿大的 PCB 生产量为了掌握该地区的生产情况,IPC 要求参与调查的公司提供其在美国和加拿大本土生产的出货量百分比报上来的数据显示,2011 年 12 月份,PCB 总出货量的 81% 是由本土企业生产的通过 IPC 调查,12 月刚性 PCB 出货量的 82% 是由本土企业生产的, 柔性 PCB 出货量的 81% 产自本土这些数据明显受到 IPC 调查取样公司的综合影响,1 月份数据稍有变化, 但是其余月份都保持恒定裸板与组装的比较挠性电路板销售额中除了裸板之外, 还包括增值服务部分, 如组装 12 月份,IPC 对挠性电路板制造商调查样本中显示, 裸板约占发货总值的 48% 组装和其他服务在柔性电路生产厂家业务中占据了相当大的份额并且在逐步增加这个数字对调查样本的变化也是敏感的, 这在每个年度开始时有可能产生数据解读同比数据和年初至今的增长率对于探究行业的发展趋势很具有指导意义月与月之间的比较应该谨慎, 因为他们可能反映的是周期性和短期变动因素影响结果因为订单数据与出货数据相比更不稳定, 月与月之间订单出货比的改变可能不重要, 除非有连续三个月以上的明显改变的趋势探究订单和出货的变化的原因与了解订单出货比的变化同样重要 IPC 的每月 PCB 行业统计信息是基于美国和加拿大有代表性的刚性和挠性 PCB 制造厂家的样本提供的数据 IPC 会每月发布 PCB 订单出货比和 PCB 统计项目报告每月的统计报告会在下个月的最后一个星期发布 IPC CEMAC 2012 诚邀中国电子企业参与 IPC 技术路线图制定技术路线图因其具有准确评估行业技术发展现状预测行业发展的未来方向识别技术和商业投资的价值提前感知市场需求的变化等方面的指导作用, 使得它对于一个公司甚至整个行业的发展来说, 都具有不同寻常的意义, 从而受到很多高瞻远瞩的公司和组织的重视, 受到很多有远见的领导者的青睐拟于 4 月日在上海光大会展中心酒店举办的 IPCCEMAC2012 中国电子制造年会上, 负责 IPC 技术转让事务的总监 Marc Carter 先生将把 IPC 技术路线图的制定方法机构运作模式内容和独特之处介绍给中国听众, 并且邀请中国电子企业加入到制定 IPC 技术路线图的国际工作组中来, 为中国电子企业和专家提供一个在国际舞台上发挥能力奉献智慧的机会和平台, 与处在领导地位的国际性大公司的专家一起描绘全球电子行业的发展蓝图, 成为引导行业发展的生力军, 影响行业发展进程的推动者和领导者, 持续增强本土企业的核心竞争力! 市场需求法律法规技术发展和商业行为等外部因素的瞬息变化会直接影响到一个企业的可持续性发展, 可能会导致一个公司发展中曾经一度仰仗的核心竞争力不知不觉中不复存在作为一名深处电子行业的领导人员和技术专家, 如何才能客观准确地判断贵公司在行业中所处的地位? 如何才能清晰瞄准行业未来前进的目的地? 适时调整自己前进的方向和步伐踏上行业发展的快车道? 如何才能成为一个行业发展的引领着而不是追随者? 一个合适的技术路线图将不仅为您带来找到这些问题的解决思路, 更重要的是将为您提供一个发挥能力和运用智慧来影响世界电子行业未来发展进程的机会和平台, 以最大限度地支持您对未来市场需求的准确把握每种技术路线图代表了特定的观点或群体了解 IPC 的人都知道, 我们每二年更新一次的技术路线图更密切关注现实的和未来的技术可操作性, 从而让负责指导公司发展和投资的管理者和技术人员知道如何满足客户未来的需求我们也能够确认那些尚待解决的技术障碍的存在, 并为此提出可能的解决方案 IPC 技术转让总监 Marc Carter 说道, 非常欢迎中国专家和企业加入进来, 并且相信这个路线图将会造福于整个业界! 由于今年适逢 IPC 中国成立十周年, 为了回馈广大陪伴支持 IPC 发展的业界同仁, 此次中国电子制造年会对所有听众免费详情请登录 IPC 中国官方网站 : cn/events/ipccemac-2012/default.asp

93 A4 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 LED 照明成宠儿, 电解电容是否成明日黄花? 访村田电子贸易 ( 上海 ) 有限公司产品副经理孙萍随着各国淘汰白炽灯的日期临近,LED 照明愈加走热, 中国政府再次加大了对 LED 照明的支持力度, 这无疑将推动全球 LED 照明市场的发展, 展望 2012 年,LED 照明市场有哪些变局?LED 照明技术有哪些新变化? 最近, 相关媒体采访了知名的株式会社村田制作所 ( 以下简称村田 ), 请村田专家分享了对 LED 照明技术未来发展的研究, 村田公司将和其他知名元器件厂商参展 2012 年慕尼黑上海电子展, 届时, 众多 LED 新技术将集中亮相现将采访转载如下问 : 根据您的预测,2012 年 LED 照明市场的走势如何? 哪类相关产品会有较快增长? 为什么? 村田 :2012 年 LED 照明市场将继续保持强劲增长的势头, 主要需求还是来自海外市场, 日本欧洲和北美等, 但是, 中国市场也将有明显的增长 LED 照明补贴政策即将公布,2011 年的补贴数量约 400 万只, 估计补贴金额仅约 2 亿元人民币 2012 年将超越 1 千万只仅补助室内照明, 其中又以商业照明为主, 产品应用锁定 LED 筒灯和 LED 射灯产品, 现阶段以规格标准化为主, 补助对象不限国内外厂商, 只要有在中国境内设厂, 并且已通过大陆 CQC LED 照明灯具产品认证的产品即可 ; 而明年进入第二阶段后, 补助规模将扩大至千万只以上, 补助范围再扩大至隧道灯球泡灯和路灯等另外, 欧盟与其他各国陆续宣布新车加装昼行灯, 以及全面禁用禁产白炽灯法令后,LED 车灯照明的市场也值得关注问 : 贵司会大力推广 LED 照明中的无电解电容方案吗? 为什么? 无电解电容方案是否可以流行? 挑战在哪里? 村田 : 在越来越多的 LED 照明设计中, 陶瓷电容正广泛地替代电解电容, 并成为工程师首选的器件 LED 照明对使用寿命的要求越来越高, 尺寸的要求是越来越小, 电解电容将不再适用于 LED 室内照明我认为主要的挑战来自于陶瓷电容产品的技术方面, 在广泛的应用环境中, 替代电解电容的关键就是提高陶瓷电容的容值和电压, 我们正在努力从材料到工艺到技术方面做积极的改进, 以期实现陶瓷电容更高的容值和额定电压问 :LED 灯具无线调光是否成为主流应用? 为什么? 您认为哪种无线调光技术会流行?Zigbee 蓝牙还是 WiFi? 村田 :LED 的调光功能现在得到普遍关注, 在 LED 路灯应用中, 可以实现增加 LED 路灯使用寿命, 达到节约能源的效果使用无线方式与调光相结合, 目前能够实现这一技术的厂家不多, 该方案不仅需要一种无线调光功能, 还需要一套无线智能控制方案来做支撑从无线技术方面, 相比较蓝牙 WiFi 等无线传输技术,ZIGBEE 已经展现了其突出的长距离低功耗点对点通信以及适用于低速通信环境等特点, 可以广泛应用于智能家居以及无线控制领域在无线灯光控制方面, 我们相信 ZIGBEE 传输方式将会在未来成为主流问 :LED 照明市场井喷的关键因素是什么? 2012 年 LED 照明市场的发展会如何? 村田 : 与传统的白炽灯以及荧光灯照明相比, LED 照明的电子回路设计简洁, 进入门槛低, 使得大量厂商蜂拥而至加入 LED 照明领域同时, 节能环保的理念目前深入人心, 作为一种节能环保产品,LED 照明灯较传统白炽灯节省耗电近 7 成以上, 从节能减排角度来说, 大规模采用 LED 照明来替代传统照明也是大势所趋目前, 从国家政策层面到照明企业到普通消费者都非常关注 LED 照明市场的发展通过以往的行业分析数据来看, 目前 LED 照明市场还处于一个缓步发展的阶段, 随着 LED 产品价格的进一步下降, 应用前景将会更为广泛在 LED 关键技术包括散热和稳定性等方面无法取得巨大突破并成本依旧居高不下的情况下, 我相信 2012 年 LED 照明市场的发展会延续并保持稳定的增长势头问 : 请介绍一下贵公司 LED 照明安规电容的出货和份额情况? 和同类产品相比有哪些独特的优势? 村田 : 具体的出货情况不便透露, 村田占到的份额约在 35% 左右与同类产品相比的话, 体积比较小, 适合各种类型的 LED 驱动电路另外, 我们会根据客户的要求积极改进我们的产品, 满足不断变化的市场需求明年年初, 额定电压为 AC 300 V, 无卤的 Y1 安规电容即将面世, 性价比非常高, 将满足更广泛的市场需求问 :2011 年贵公司的安规电容产品销售较好,

94 第 33 卷第 2 期行业信息 A 5 原因是什么? 主要应用在哪些领域? 村田 : 我公司的安规电容是业内最小型化的安规电容, 并且是首家获得 UL 新标准 UL 的电容厂商, 能保证 -55 ~125 的工作温度范围, 适应 LED 照明电路对于元器件高可靠性长寿命的要求我们拥有额定电压为 AC 250 V 的 Y1 Y2 电容, 广泛应用于 LED 驱动电源电路中问 : 在 2012 慕尼黑上海电子展上, 贵公司将展示哪些用于 LED 照明的产品或方案? 村田 : 在 2012 年慕尼黑上海电子展上, 我们将分享村田在智能家居领域一些成功的经验和案例, 为大家带来村田针对 LED 照明智能控制的新的解决方案和产品我们将展示最新的用于 LED 照明远程控制和智能控制的产品, 包括结合了 ZIGBEE 通信模块的 PIR 红外传感器, 用于开路故障保护反熔丝元器件和电源模块等此外, 我们仍将关注传统器件在 LED 照明中的应用, 我们会带来最新的安规电容金属端子电容以及热敏电阻等产品的信息 IPC 征求行业对 IPC-8701 太阳能板总装视觉验收标准草案的意见经过两年的开发历程, 行业第一个关于太阳能板组装的标准草案,IPC-8701 太阳能板总装视觉验收标准发布了 IPC - 国际电子工业联接协会正在广泛征求行业对该草案的审查和意见, 截至日期为 2012 年 2 月 9 日 IPC 标准和技术副总裁 Dave Torp 指出太阳能标准的开发是一个改良的过程他说 : 最初,IPC 召集了一些核心成员, 他们在寻找并弥补许多太阳能标准的缺陷在过去的几年中, 一些 IPC 成员进入了竞争激烈的太阳能板组装市场, 他们才发现需要更多的指导, 他们也知道能够在 IPC 获得帮助 Torp 解释道 : 虽然, 目前许多组织都有大量的太阳能标准, 但是却没有标准面向太阳能组装 IPC 的特别之处就在于坚持我们自己的制造标准并提供太阳能板组装的最佳实践方法 IPC-8701 草案包含晶体太阳能电池板的视觉验收标准这些模块是太阳能行业中太阳能组装的最普遍形式, 也为标准的开发做好了准备 Torp 还说 : 随着最佳实践方法的传播,IPC 标准推动着改革创新, 使整个供应链拥有共同语言 IPC-8701 目前流通的是工作草案版本, 供业内人士检阅并提供反馈建议标准草案 (.pdf) 可以在下载 IPC-8701 草案的意见必须以反馈表 ( 的形式提交 IPC-8701 草案意见反馈截至日期为 2012 年 2 月 9 日所有意见将在加利福尼亚圣何塞的二月中旬会议上由 IPC E-15 小组委员会审核如需了解更多信息, 请联系 Torp,DaveTorp@ipc. org 爱法发布全新 ALPHA LED 材料技术制造电子焊接材料的全球领先者 -ALPHA 在照明战略博览会 (Strategies in Light) 暨研讨会 (2 月 7-9 日, 加利福尼亚州圣克拉拉市 ) 上发布全新的 ALPHA LED 材料技术系列全新的产品技术将囊括 LED 照明系统制造工艺的五个层次, 包括芯片粘接和封装基板封装光源模块功率驱动器 / 电源和控制系统 ALPHA 能源技术副总裁 Ravi Bhatkal 说 : ALPHA 的材料技术是基于研发团队的努力以及对客户在 LED 生产过程中需求的透彻了解, 从而在每个关键制造步骤中创造有价值成果我们的产品不仅关注于优化效率和加强亮度, 更提供极高可靠性能并且降低单位光通量的成本我们的专业焊接材料知识, 让我们能够深入了解 LED 装配过程中会遇到的各种具有挑战性的难题本次盛会推出了 ALPHA Lumet SAC 焊膏产品系列和全新 MAXREL 合金这些新产品提供极优异的热循环性能, 优化抗振能力并大大降低 LED 受到的热辐射此外, 重点展出了 ALPHA 有芯焊丝 Exactalloy MAXREL 预成型焊锡 SACX Plus 低银合金焊条 Argomax 烧结银产品以及 Atrox 导电胶

95 电子工艺技术 Electronics Process Technology A6 2012年3月 Scheugenpflug 2012注胶设备助跑国内高端电子领域访Scheugenpflug 中国区销售总监尤林峰近日 Scheugenpflug中国区销售总监尤林峰接受了慕尼黑上海电子生产设备展主办方的采访就注胶设备在2012年的发展以及Scheugenpflug的产品策略重点进行了交流采访全文如下 2011年贵公司的尤林峰在中高端注胶市场 Scheugenpflug 哪类设备销售较好注胶设备占有领导性的市场份额细分行业内规原因是什么主要应模最大产品针对不同的胶水和应用领域要求用在哪些领域进行产品开发拓展 Engineering Improved一直是尤林峰从整个 Scheugenpflug公司秉承的创新理念模块化定制注胶行业来看 2011 化小型化和简易化更多地关注到客户真正的显年全球业务继续保持性与隐形需求高质量和稳定性成为其重要保障高速增长市场对高在运输新能源和电子医疗和工业等热门应性能高质量的注胶用中您认为贵公司的设备在哪些领域中会有较快技术还是情有独钟增长为什么贵公司将采取哪些措施来抓住这些多系列设备和产品连续畅销其中A310真空备料系统尤为突出通用型的备料单元A310具有得天独厚增长机遇尤林峰新能源是国家第十二个五年规划纲要的优势它同时适用于对环氧中最为重要的行业之一树脂聚氨酯和硅胶等材料的而目前国内市场制造业所处理模块化的设计更贴近客面临着市场增速放缓增户定制化需求它包括了对材长停滞产能过剩劳动料的自动加料搅拌真空脱力成本上升和产业急需升泡加热和循环处理等工艺流级等不确定因素给技术程确保材料达到最佳物理状革新创造了历史机遇态保证注胶产品质量简易 Scheugenpflug公司在欧洲便捷化的操作界面更加符合操标准生产单元CNCeII 作人员的使用习惯主要的应用领域汽车电子家用电器变压器电容传感器医疗和太阳能等行业可否分享一些贵公司在生产注胶方面的新技术和新工艺桌面型标准生产单元已经成功进行产品技术开发并拥有诸多成功应用经验一定会助跑国内新能源等新兴行业的发展在2012慕尼黑上海电子生产设备展上贵公司将展示哪些新的设备或技术尤林峰今年我们将展示桌面型标准生产单元尤林峰产品多样化小型化和高品质的 CNCell 胶水备料单元A310和标准生产单元CNCell 要求给点胶行业的发展带来了新的发展机遇多功能生产单元CNCell可以灵活地配置到生产流水线 Scheugenpflug 肖根福罗格公司迎合了市场与客户中满足各种自动化生产适合很多应用例如的需求成功地开发了处理高填料和高黏度的处理抓取检测注胶压盖和锁螺丝等单元A280 弥补了市场的空白主要工艺克服了材在2012年3月的慕尼黑上海电子生产设备展上料中填料对压盘泵和供料系统的磨损让高填料材 Scheugenpflug肖根福罗格携众多国际注胶设备厂商将料通过A280特殊双泵处理系统能够出色完成供料集体亮相并展示他们在各热门应用领域的新产品请介绍贵公司的市场份额情况如何设计产品线和同类产品相比有哪些独特的优势和创新与解决方案值得大家期待

96 第33卷第2期 A7 行业信息为SMT焊接质量保驾护航让焊接工艺管理透明化访Esamber中国服务中心首席技术官孙鹏正是印证了物竞天 Esamber再流焊工艺性能检测技术用在再流择适者生存这句话焊设备制造方面让厂家能够透视自己生产的 ESAMBER想客户所想所再流焊炉的性能从而获得改进设计的启示提高开创的焊接工艺检测技术研发能力和产品的竞争力用在SMT组装企业可以得到了业界越来越广泛的帮助生产线工程师全面地了解再流炉的性能根据采纳和应用并被引入新 PCBA的需要合理优化配置焊接设备在保证一定水的国际标准中协助SMT业平的焊接直通率的前提下让各种炉龄的设备潜力界同仁越来越轻松地做好都能够得到充分有效的利用最大限度地发挥设备再流焊制程降低企业能的价值在 IPC-9853热风再流焊工艺性能检测耗全面提升焊接品质和良品率标准的开发制定中 Esamber积极投入其中并为标 Esamber为电子组装业提供了全面的工艺检测设准的开发制定提供了实验等便利条件为推动行业备焊接工艺解决方案以及焊接设备检测服务帮的进步做出了杰出的贡献目前这一标准正在收集助业界将制造中的缺陷消除在萌芽状态下为电子行业的意见相信这个标准会很快普及于全球电子组装企业提高产品质量和节省资金创造了条件组装行业为此记者专门对ESAMBER中国服务中心首席技术官孙鹏进行了采访 1 问请谈谈焊接工艺检测设备在SMT工艺制程中的重要性体现在那些方面答首先得感谢业界同仁的慧眼近年来越来越重视焊接设备的体检电子产品朝着多功能复杂化和精益化生产等方向发展生产企业除了配备先进的生产设备外更需要配备先进的分析仪器来为生产设备保驾护航传统的温度曲线测试就如量体温不能 3 问 ESAMBER为客户的焊接工艺提供了哪些具体解决方案答: Esamber作为电子行业的工艺领航者我们提供了一系列的整套解决方案解决方案A 精益求精协助焊接设备制造商做到优生保证出厂的再流焊炉性能达到最佳状态解决方案B 慧眼识才通过科学的焊接设备评测方法和手段选择性价比最优的焊接设备解决方案C 适才而用对每一台焊接设备根据体检结果优化配置生产线避免消化不良完整辨别设备的健康状况满足不了精益生产的需解决方案D 防范未然通过性能分析 SPC监求焊接设备需要更全面的健康检查需要控和实时监控等多种技术手段提前保养实现有效医师来为设备做诊断分析并对症下药这是非预防常必要的这也正是Esamber的追求为SMT焊接设备提供体检仪器为SMT行业培养更多专业的医师焊接工艺工程师 2 问贵公司的检测技术是基于什么样的目标和理念答: Esamber理念很简单就是让黑匣子工艺透明化我们的目标一直是全面专业实现焊锡零缺陷我们一直肩负着为客户实现此目标的使命将Esamber 30多年的顶尖SMT工艺制造经验融入到每一套产品中引导快速实现焊接零缺陷管制技术真真实实贴近客户需求解决制造过程各种疑难杂症解决方案E 失效定位在遇到焊接品质问题后 Esamber装备技术可以快速分析问题所在及时补救和改善工艺制程仪器装备如下 1 温度曲线记录仪从最窄型 50 mm宽带隔热箱到最多通道数 32通道从低温零下200 到高温1 370 为用户配置2套软件兼用于回流焊波峰焊 2 替代测温系统让SMT测温完全脱离了依赖消耗大量昂贵的PCBA和耗材 3 回流焊工艺性能分析仪用于回流焊设备全面体检 4 波峰焊工艺性能分析仪用于波峰焊设备

97 A8 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月全面体检 ; (6) 轨道性能测试系统 :Esamber CBP 可全面测试轨道的平行度水平度翘曲前后左右振动和链速等关键参数 ; (7) 短路定位探测仪 : 采用巡航扫雷技术, 快速定位 PCB PCBA 以及元器件的短路位置 ; (8)PCBA 应力测试仪 : 为 PCBA 制造过程全程护航, 不受应力的侵袭 4 问 :ESAMBER 在今年 4 月上海 NEPCON 的展会上是否有新的产品推出? 答 : 确实, 创新是领航者的使命, 本次展览会, 我们将展出 Esamber 2012 创新产品技术如下 : (1) 热风再流焊炉性能分析仪, 硬件软件相应增加了诸多功能 ; (2) 波峰焊性能分析仪, 新增 2012 款 SDT4-M, 更智能, 更强大 ; (3) 轨道平行度测试仪, 新增 CBP-3000e 款, 可测试空气温度震动测试功能链速以及轨道倾角测试等功能 ; (4) 炉温曲线测试仪, 新增 R8T-D 等型号, 不同于传统的通过温度换算估算沾锡时间的方式, 可以更高精度直接测试沾锡时间, 适用于波峰焊精益控制和选择性波峰焊的管制软件功能也更强大, 操作更简易 ; (5)RTB24x7 实时监控系统, 新增 4 轨实时监控 5 问 : 回顾过去, 展望 2012, 请问孙总对今年的市场预期如何? 答 : 首先感谢广大 SMT 同仁对 Esamber 热风再流焊炉性能测试技术的认可和支持, 得以让该技术更快地普及并成为行业标准今后, 我相信电子工艺需要更多的创新, Esamber 也将一如既往地加大研发投入, 为电子行业提供有力的技术支持及售后保障 ; 同样,Esamber 也将继续和各高校和研究所等单位合作, 不断为 SMT 行业注入新的元素, 新的动力, 从而更好地服务于整个行业, 最后祝愿所有参展的单位同行和企业都有更好的收获和突破, 谢谢关注! 电子组装业的将来发展趋势 IoanTempea, ing: 我一直在思考我们未来的贸易我们目前所用的电子组装方式 5 年左右会被淘汰吗? 我的意思是随着印刷电子和纳米材料的应用, 目前的焊膏印刷机插件机和波峰焊机到那时还有用吗? 因为 Joe Fjelstad 的奥克姆工艺需要使用完全不同的机器你也许会猜到, 底线是我们目前就应当开始考虑将来需采用的技术和设备, 只有这样到本世纪前十年我们才不至于破产 Mike Buetow: 一个智者曾对我说, 千万不能低估现有技术的可持续性 Stadem, Richard : 现有技术也在进步, 不会被抛弃再说了还有返工的需求我读到一篇关于焊点自我修复的文章, 一开始觉得很酷, 但是后来觉得将整个器件逆向装入板子不是一个好的方法 Eric Christison: 未来学家 ( 确实有这样一个职业 ) 曾经说过未来总是被过度吹嘘并且多为虚构的微电子封装技术的进步, 如芯片堆叠和芯片级封装, 使得一个器件上有了更多的细节距 I/O 口这个或许可以减少 PWB 上的元件数量, 但是节距更细, 使得几乎没有哪种产品能够承受手工组装或返工诸如嵌入式电容等形式会越来越普遍但是, 我觉得在多数场合, 这会造成比他们自身价值更大的麻烦我觉得自动化将会更完善更便宜这里我说的自动化是指当前工艺过程的自动化而不是所谓的新工艺目前, 我看不出任何革命性变化也许有人跟贴, 会说我错了如果你做的是大功率产品, 那么, 看看目前手机的内部情况, 就可以设想到几年时间内在航空等领域可能会发生的变化 Dave Hillman: 我赞成 Mike 引用的智者的说法我曾经被告知波峰焊工艺已经老掉牙了, 会在几年之内被淘汰要知道这个所谓的预言是 1988 年说的! Goodyear, Patrick: 我预计进步会首先发生在快速成型上三维打印会在不远的未来实现板子将完全采用打印来完成很有可能元器件本身也会采用打印方式制造 Graham Naisbitt: 我是 1979 年进入这个行业的当时, 我被业界的领袖们告知, 只需要 3 年的时间, SMT 会完全取代通孔技术谁能告诉我, 为什么人们要购买选择性焊接机器?

98 第 33 卷第 2 期行业信息 A 9 我认为, 那就是对你的问题的答复 Stadem, Richard: 选择性焊接也仍然是波峰焊, 并且不会很快被淘汰 Matthias Mansfeld: 印刷线路板依然会有多年的生命期 ( 多年前就有人这么说了 ) Larry Dzaugis: 唯一可以确信的是, 从现在开始的 10 年时间, 产品会越来越小和越来越便宜, 上市时间越来越短摩尔定律 ( 过去 20 年对于每 5 年的预测 ) 将寿终正寝作为一种经验模型, 曾经得到很好地验证 I/O 数量将随着元件的集成度越来越高嵌入软件越来越多而增加新产品发布前将需要大量的测试传统的产品和工艺依然很重要我居住的小镇有二个天线厂, 但是现在只有一个了, 但运转得很好前沿技术产品是如何开发出来的呢? 它是一场随着生产的运行和才智的积累而发生的改变年轻人提出的新想法, 在积累了经验后才能得以实现因循守旧的则会使业绩不断地下滑而离开 30 年前, 我们谁也没有预测到今天中国会成为世界工厂今后 10 年会有一些变化,20 年也许会有根本性的改变 20 年前, 我们看不到如视觉系统引入而带来的贴片机和贴装技术的改变但是, 它确实使得贴装过程在高速度下进行大面积的高精度贴装 X 光机的性价比也在不断提高 Larry Dzaugis Stadem, Richard: 我相信随着纳米技术的发展, 电子工业会发生根本上的变化会从机电加工过程变成一种化学加工过程, 其中焊接组装工艺变得极少甚至被淘汰倒不一定是 Joe Fjelstad 的奥克姆法, 我能够想像的是化学堆积形式 Harvey: 未来的电子组装向什么趋势发展? 这是一个很大的议题! 要想了解未来, 我认为必须要提出并回答有关当今电子新装联占有统治地位的表面贴装技术的一系列的问题首先, 通孔技术依然存在, 只是 SMT 占据了主导地位同样,SMT 在失去主导地位后也将依然存在焊料和焊膏仍将继续使用第二, 会有什么问题吗? 我问了一些目前工作在组装一线的人员, 他们被 SMT 的极限和产生的难题所困扰凡是认真阅读 TECHNET 的人都应该有很深的印象, 这里曾经就焊膏的问题无论是有铅还是无铅或者其他成分讨论了一遍又一遍没有什么问题能够威胁到 SMT 未来的主导地位, 尽管有那么多焊点密度极限问题 0.25 mm 焊点节距的模板印刷和再流焊接会是未来组装难题的开始 2014 年 INTEL 将会发布 14 nm 的芯片也就是说, 每个芯片上将会有超过 30 亿个晶体管我还没有认真计算过, 但是, 艾微桥结构的 I/O 口的数量将会超过你会如何将他们挤在同样面积中呢? 一位专家提到了 JOE FJELSTAD 的奥克姆法这个是我们讨论的背景吗? 我倒想引入别的方法首先, 对于嵌入元件, 采用成熟的 3M OAK MITSUI TICER DUPONT 和 DOW 等公司的方法, 多数焊点由电镀导通孔代替 JOE 提出的通用方案能够处理所有的引线和测试后的元器件其他方法是将主动元件看作裸芯片对待即已知良片 (KGD) 在 IC 封装界, 有一个非常重要的准备工作即是复活 KGD 这个方法普遍用于 3D 芯片堆叠, 正好适合于下一代电子装联技术肯定也会出现比这更好的方法 Joe Fjelstad 的奥克姆法是将元器件的贴装与互联分开所有或者说大部分元件连接尺寸目前与元件和焊盘都不相同如果放大自由度, 没有印制导线限制贴装密度, 减少截面将是一个开始, 会带来更高的密度更简化的线路和更容易的 PCB 制造与组装高速电路的设计也会大大简化导电阳极丝造成的漏电问题也将消失, 因为铝阳极上不会有元件互联散热问题也将云消雾散制造和组装将同时完成, 缩短供应链贴片机依然需要, 但焊膏印刷和再流焊炉将不再是主流设备, 自然焊膏也就不是主要物料了许多组装工程师需要学习制造 - 组装技术, 当然, 生产员工和组装员工也需要掌握这种更高效的生产技术 Intel 曾经预示过这些技术已经基本成熟, 时机很快就会到来 Pete: 确实是非常有意思的讨论我也看了许多关于传统工艺的预测, 它将有助于就业但是具有领先优势的新技术将弥补大量的工作和效益作为一名 PCB 设计者, 从不同的角度来看, 我知道用当前的技术如何进行设计, 但是, 一旦设计完成, 就不会有更多的工作要做对于奥克姆工艺应该如何设计? 纳米技术和石墨能够完全改变元器件焊料铜及层压结构 PCB 的设计会更像是 IC 的设计我不想挂在老技术上吊死, 我要学习和实施最新最好的技术如果我不能成为懂得并能够运用新技术进行设计的人员, 我将会是沃尔玛商场中最年轻的接待 Drew Meyer: 讨论让我想起了我在 Hawkeye Institute of Technology 的时光, 那是我们在学习计算机编程与编译一天, 一台老式培训用计算机摆放在教室的前面每个人都想急

99 A10 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月切地知道为什么要这样做我们被告知是要让我们学习核心存贮系统的功能所有学生的第一反应是这个内容是过时的, 没有用的但是, 讲师却要求在我们结业时, 至少要有四分之一的学员要学会操作它结业后, 我在爱荷华洲的一家公司上班, 卖工业用处理控制设备他们的计算机就是使用 56 kb 核心存贮和 2 kb 的 ROM 为什么呢? 因为他们是非易失性存贮器, 停电不会造成数据丢失我认为老的技术消失的有点快, 谁也说不准一个在目前觉得很好的技术, 未来是否还能存在 IPC CEMAC 2012 倡导环保低碳理念资源和能源短缺全球气候变暖和有毒化学品污染等问题, 直接影响到经济社会的可持续性发展和人类的健康, 从而倍受各国政府人民和社会的广泛关注定于 2012 年 4 月日在上海光大会展中心国际酒店召开的 IPC CEMAC2012 中国电子制作年会, 特别向中国电子制造业的管理人员和专业技术人员, 免费奉送关于绿色生态和低碳经营为主题的精彩演讲电子制造业的从业人员, 对于 IPC 向电子行业所提供的服务, 诸如标准开发市场调研工业合作项目标准培训和认证以及系列技术教育项目等, 或许都不太陌生或许很多人不太清楚 IPC 在环境保护方面所做的大量工作和取得的成效, 比如 : 为了合理有效地开展环境保护,IPC 代表电子行业的利益与欧盟等政府部门就 RoHS REACH 法规的制定修订和实施进行游说 ; 为推动世界和平, 就冲突矿物法规的制定进行前期项目调研和研讨等除此之外, 更是为了支持环境工作, 帮助电子企业低成本遵守法律法规而组织开发了关于环境保护方面的系列标准和工具, 如 IPC-1752A( 应用于所有提供给电子制造商用于添加到其产品中的所有产品元器件附件和材料 ) IPC-1751A( 基于 XML 的供应链公司之间进行必要的材料声明的原则和细节 ) WP/ TR-584A(IPC 关于在印制板及组件中使用卤系阻燃剂的白皮书与技术报告 ) 等另外, 每年还组织专家学者和业界高层管理者为电子行业提供环保方面的技术管理研讨会或讲座, 解读相关环保法规, 帮助企业低成本实施, 为行业提供理论普及和实践方案答疑的活动今年 IPC CEMAC 会议上,IPC 中国邀请到通标标准技术服务有限公司限用物质测试服务部技术经理陈英女士讲解电子行业绿风与生态设计深圳华测鹏程国际认证有限公司总经理周璐先生讲解低碳经营与绿色供应链管理等精彩内容今年适逢 IPC 中国成立十周年, 为回馈广大业界同仁对 IPC 的长期支持和帮助, 此次 CEMAC 会议上的所有演讲向听众免费开放详情及报名请登陆 IPC 官方网站查询 : ipc.org.cn/events/ipccemac-2012/default.asp IPC CEMAC 2012 中国电子制造年会时间 :2012 年 4 月日地点 : 上海光大会展中心国际酒店主办单位 :IPC- 国际电子工业联接协会 IPC CEMAC 2012 中国电子制造年会, 旨在为业界的专业技术人员和管理人员提供一个学习知识和交流经验的机会, 共同探讨电子制造业的技术和市场热点问题和发展趋势, 及时把握市场发展的脉搏此次会议将于 2012 年 4 月 25 日 -26 日在上海光大会展中心国际酒店举行会议主题 : 聚焦电子制造业的专业视角理念工具和解决方案!( 发展趋势 / 先进技术 / 低碳环保 / 新材料 / 运营模式 ) 本届中国电子制造年会将邀请来自世界各地的业界专家和企业领导者深入剖析全球电子制造业的技术和市场发展趋势, 更会向与会者呈现电子制造业最迫切需要的前沿技术和最新应用本届会议除了往年常设的技术和市场趋势环节之外, 新增表面贴装设备供应商理事会会议项目 ( 简称

100 第 33 卷第 2 期行业信息 A 11 SMEMA 会议 ), 让与会者探讨影响行业发展的更深层次的原因, 并磋商行业发展的大计部分 : IPC CEMAC2012 中国电子制造年会分为以下几个活动一 : 主题研讨会, 汇集国内外知名企业的资深专业人员和高层管理人员, 联袂奉献关于技术管理运营和市场等方面的焦点话题 ; 所有题目都是经过 IPC 美国总部和 IPC 中国技术项目委员会精选的议题 ; 活动二 : 专题讲座, 详细深入学习专业知识 ; 活动三 : 设计师理事会沙龙 ; 活动四 : 表面贴装设备供应商理事会会议 (SMEMA 会议 ) 2012 年适逢 IPC 中国成立十周年, 为了回馈广大陪伴支持 IPC 发展的业界同仁, 此次中国电子制造年会对所有听众免费 (2012 年度所有活动, 听众免费 ) 机会不容错过, 席位有限, 请尽快登记预留席位! 精彩推荐主题研讨会开场演讲 : IPC 技术路线图 Marc Carter,IPC 技术转让总监市场需求法律法规技术发展和商业行为等外部因素的瞬息变化会直接影响到一个企业的可持续性发展, 可能会导致贵公司发展中曾经一度仰仗的核心竞争力不知不觉中不复存在深处电子行业的您, 如何才能客观准确地判断贵公司在行业中所处的地位? 如何才能清晰瞄准行业未来的目的地? 如何适时调整自己前进的方向和步伐踏上行业发展的快车道? 如何才能成为一个行业发展的引领者而不是追随者? 一个合适的技术路线图将不仅为您找到这些问题的解决思路, 更重要的是将为您提供一个发挥能力和运用智慧来影响世界电子行业未来发展进程的机会和平台, 以最大限度地支持您对未来需求的把握技术路线图在电子行业有很多种, 每种技术路线图代表了特定的观点或群体了解 IPC 的人都知道, 我们每二年更新一次的技术路线图更密切关注现实的和未来的技术可操作性, 从而让负责指导公司发展和投资的管理者和技术人员知道如何满足客户未来的需求我们也能够确认那些尚待解决的技术障碍的存在, 并为此提出可能的解决方案为了保证 IPC 技术路线图的视野更具国际化, 在地理区域细分市场和工作职能上更具代表性, 特邀请中国电子制造业的人士加入 IPC 技术路线图的制定工作中来这里将为您和您的公司提供一个影响行业发展方向, 造福全世界的机会! 演讲人介绍 : Marc Carter,IPC- 国际电子工业联接协会技术转让总监, 负责 IPC 技术预见和印制电路路线图活动, 并为法规遵循培训和电子行业服务项目开发提供支持等工作演讲二 : 焊料合金的发展趋势李宁成博士, 美国 Indium 公司技术副总裁世界正在朝着绿色制造方向发展无铅焊接, 这个由欧盟 ROHS 引发的新技术, 正在成为电子工业的主流 ; 低毒性锡基合金, 如 SnAg, SnCu, 或 SnAgCu, 已经成为业界的普遍选择但是, 由于电子产品对小型化的诉求催生出新的标准在不断地挑战焊锡材料, 导致如何选择理想的无铅合金看起来成了一个触摸不到的目标随着焊盘尺寸通孔微导孔和节距等的减小, 基材和元器件的结构也更加精细, 焊点强度也随之变得更脆弱但是, 随着产品便携式要求的增加, 对于焊点抗冲击性的要求却在提高总而言之, 新的无铅合金需要具备以下特性, 以满足这一发展趋势 :(1) 较低的熔点 ; (2) 更好的铺展性 ;(3) 熔点温度下润湿速度较低 ;(4) 硬度较低或者空洞的发生率较低或者有较大的延展性 ;(5) 具有细小的晶粒尺寸 ;(6) 更不易形成大的 IMC 板块 ;(7) 具有更高的抗腐蚀性和抗电化学迁移特性 ;(8) 具有更好的抗氧化性 ; (9) 具有更好的抗电迁移性 ;(10) 能够更好地抵抗晶粒的粗化演讲人介绍 : 李宁成博士, 美国 Indium 公司技术副总裁于 1986 年加入美国 Indium 公司在此之前, 李博士先后就职于莫顿化学公司和 SCM 公司他在 SMT 行业使用的助焊剂和焊膏研发工作有 20 多年的经验, 并在底部填充罐封胶和粘合剂的研发方面也具有极为丰富的经验他于 1981 年取得 Akron 大学高分子化学专业博士学位,1973 年取得台湾国立大学化学专业学士学位李博士主编或合著的书籍有 Reflow Soldering Processes and Troubleshooting: SMT, BGA, CSP, and Flip Chip Technologies Electronics Manufacturing with Lead-Free, Halogen-Free, and Conductive-Adhesive Materials 以及一些无铅焊接书籍的部分章节他于 1991 年获 SMT 杂志颁发的最佳 SMI 国际研讨会论文奖,1993 年和 2001 年获 SMTA 颁发的最佳 SMTA 国际

101 A12 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月研讨会论文奖,2008 年获 IPC 在美国 APEX 会议上颁发的优秀论文奖,2010 年获 SMTA China South 颁发的最佳论文奖,2002 年, 被提名为 SMTA 的荣誉会员, 2003 年获 Soldertec 全球无铅焊料奖,2006 年获 CPMT 杰出技术成就奖,2007 年 CPMT 杰出讲师,2009 年 SMTA 杰出作者,2010 年获 CPMT 电子制造技术奖李博士还是 SMTA 董事会成员, 并担任 Soldering and Surface Mount Technology 和 Global SMT & Packaging 杂志的编辑顾问, IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing 的助理主编他发表过大量的文章, 经常应邀参加国际论坛研讨会并对一些研究成果做简短的介绍或者重要的演讲演讲三 : 基于掺入微量 Co 对第二代无铅低银 SAC 焊料合金改性的机理研究邱华盛, 中兴通讯股份有限公司制造中心总工掺入微量 Co 的 S01X7C 合金, 不仅实现了大幅度的降低成本, 而且在试验中还发现其应用工艺性焊接性能对环境的适应能力热循环耐久性接合可靠性及抗可靠性蜕变等的综合性能上, 毫不逊色于目前大量应用的 SAC305 无铅焊料合金因此, 它必将成为以低 Ag 为特征的第二代无铅焊料合金的有力候选者, 为业界关注研究和应用的对象演讲人介绍 : 邱华盛先生, 中兴通讯股份有限公司制造中心总工程师毕业于南昌大学机电一体化专业, 从事电子装联工艺应用与研究 16 年, 多次在国内外刊物上发表技术论文, 拥有一项国家专利擅长解决电子软铅焊各种疑难工艺问题, 对电子焊接材料有较深研究演讲四 : SPI 设备的量测系统分析方法白昌霖, 中达电子 ( 苏州 ) 有限公司中国区质量本部项目经理 SPI 能测量锡膏的高度面积体积角度和位置坐标等项目, 目前多数企业采用简单的 GRR 方法, 比较 SPI 在相同的被测物及测试条件下, 测量结论是否一致, 可是这种做法只能评估精密度无法评估 SPI 设备的准确度本研究以 TS16949 MSA 计量资料分析定义的偏倚线性稳定性重复性及再现性五种测试方法, 将 SPI 所有的测量特性做完整的评估其中, 坐标位置的偏倚线性和稳定性评估, 采用 IPC-9850 规范对 1608C 组件的 X Y θ 的尺寸布局, 将锡膏印刷在载体 (Vehicle), 以 CMM 测得 X Y θ 基准值, 将基准值与 SPI 测量结果输入 minitab 分析, 即可得知 SPI 设备与基准值的统计结果对于高度面积和体积的准确度评估, 则采用 SPI 测量块规尺寸的方法, 即可达成量测数据与量测标准的可追溯性在一固定期间定时测量块规资料, 绘制成管制图可得稳定性评价对于传统的 Gauge R&R, 本研究改以 ANOVA 计算方法可以得到更精密的结果, 也可避免锡膏印刷过程变异量大的影响演讲人介绍 : 白昌霖先生, 中达电子 ( 苏州 ) 有限公司中国区质量本部项目经理台湾中原大学工业工程硕士,ASQ 6 Sigma Black Belt, 发明与著作 : 光盘片强度测试机构新型专利, 专利号 : 扫描仪步进马达快速启动装置新型专利, 专利号 : 顾客满意导向供货商评选模式硕士论文自动光学检测设备的量测系统分析方法, 高端 SMT 学术会议论文演讲五 : 主板焊接可靠性测试与仿真分析江国栋, 联想 ( 北京 ) 有限公司可靠性试验室经理随着微电子技术的高速发展, 主板主要元器件变得更小, 速度越快, 精密度更高, 同时无铅焊接技术的全面引入给主板的焊点可靠性 (Solder Joint Reliability) 带来更大的挑战联想集团是最早进行主板 SJR 研究的国际大厂之一, 通过仿真与测试技术的结合, 建立板级以及组件级别的 SJR 测试规范, 在产品研发阶段进行 SJR 仿真预测, 优化产品设计, 在开发阶段进行严格的 SJR 测试管控, 以提升产品的质量和可靠性本文主要介绍联想在主板 SJR 问题的初步研发成果以及如何建立一套完备的可靠性评估体系进行风险的管控及追踪演讲六 : 阶梯 PCB 及其组装技术刘哲, 中兴通讯股份有限公司工艺研究所技术总工以智能手机为代表的终端产品变得越来越薄, 这就要求组装器件后的 PCBA 的厚度越薄越好当前, 一种阶梯 PCB 技术因可局部减薄 PCB 厚度, 而使得被组装器件可嵌入到减薄区域, 并实现阶梯底部焊接, 从而达到整体减薄的目的本研究针对这种技术, 对阶梯 PCB 设计加工器件贴装和贴装后可靠性进行了技术评估, 提出了该类 PCB 的可行性演讲人介绍 : 刘哲先生, 现任中兴通讯股份有限公司工艺技术总工, 从业 17 年, 主要专注于 PCBA 可制造性设计

102 第 33 卷第 2 期行业信息 A 13 SMT 和组装可靠性等方向, 发表相关论文 20 多篇, 专利近 10 项, 编著或参与编著电子装联质量管理和电子制造化学原理等书, 中国电子制造与封装分会理事,IPC 中国 TG7-34 技术组主席演讲七 : 电子行业绿色风与生态设计陈英, 通标标准技术服务有限公司限用物质测试服务部技术经理能源危机全球变暖及日益严重的环境污染问题, 如何保护环境已成为共同思索的课题电子产品是全球消费量最大的产品之一, 对环境影响较大, 电子产品的环保性已日益受到各方重视在各国纷纷出台各类环保法规及消费者日益关注的背景下, 越来越多的企业开始考虑对电子产品实行生态设计, 以期提高产品环保性能, 保障消费者健康及环境安全, 使产品在日益激烈的竞争中脱颖而出本议题将对下面几个问题作深入探讨 :(1) 电子行业绿色风的源头与近期产品召回等热点 ;(2) 电子产品生态设计与绿色要素, 包括 : 化学品与材料的环保性能耗温室气体排放和废弃物与材料可回收性等 ;(3) 电子产品生态设计与环保保证演讲人介绍 : 陈英女士, 通标标准技术服务有限公司限用物质测试服务部技术经理多年来从事电子电气产品的限用物质循环回收和节能减排发展的研究, 为多家国内外知名企业提供支持和服务已发表国内外专业论文 10 余篇, 并举办公开 / 内部讲座超过 200 场演讲八 : 低碳经营与绿色供应链管理周璐, 深圳华测鹏程国际认证有限公司总经理传统的竞争因素, 如质量和成本, 在许多供货商当中已经十分相似企业可以区别自己减少成本和改进服务的另外一种途径就是将环境因素考虑到他们的供应链中去一条完整的供应链包括供货商制造商分销商零售商以及消费者绿色供应链管理是充分考虑供应链中各个环节 ( 从原料获取加工包装存储运输产品使用到报废处理 ) 的环境影响, 注重对环境的保护, 从而促进经济与环境的协调发展而在众多环境影响中, 气候变化无疑最为人们关心, 因此, 供应链碳管理已成为知名企业和大型零售商的战略目标此外, 供应链碳管理是履行企业社会责任的最佳途径, 随着公众对气候变化问题的重视, 企业要随时准备好回答关于他们的供应链是否绿色, 以及他们的碳足迹是多少的问题演讲将由浅入深的展现通过供应链的管控, 提升供应链对您的依附程度和改善产出的绩效水平, 符合您管控供货商的利益需求通过制定规范并定期审核, 培育供应链与您共同成长, 符合您持续发展的长远利益演讲人介绍 : 周璐, 深圳华测鹏程国际认证有限公司总经理南开大学研究生学历, 环境科学与工程硕士, 高级工程师为众多世界 500 强企业央企和非政府组织等提供过关于环境管理能源管理和气候变化等方面的培训解决方案和认证与核查服务 ; 各类培训累计达万余人次曾任挪威船级社 (DNV) 大中国区能效与气候变化服务运营总监, 负责技术开发与服务运营 ;ISO/ TC242 国际能源管理技术委员会第五次华盛顿会议, 中国代表团副团长 ; 现任华测鹏程国际认证有限公司 (CTI Certification) 总经理, 在可持续发展领域具有 16 余年丰富经验更多精彩内容, 请关注 IPC 中国后续发布的有关 IPC CEMAC 2012 系列消息! 欲及时了解活动更多内容及报名咨询, 请登陆 asp!ipc 中国联系人 : 市场部郭记松 jessieguo@ipc. org 工业项目部沈元钰 [email protected], 电话 : /604; 传真 : AJ-820A 组装与连接手册面市 AJ-820A 组装与连接手册涵盖了用于组装和电子组件焊接实践技术的通用信息和说明本手册由业界著名的专家及经验丰富的委员会成员制定和审核手册中的信息包括 : 电子组件的操作设计考虑要素印制电路板元器件可焊性材料元器件贴装焊接技术与连接清洗敷形涂覆灌封返工和维修共 290 页,2012 年 2 月出版发行欢迎业界需求者前来咨询 : 联系人 : 孟丽红 [email protected] 会员优惠价 : 543; 标准价 : 1 075

103 A14 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月工信部批复同意顺德创建无人智能工厂去年 8 月开始, 顺德区经促局通过省经信委向国家工信部递交申请, 经过近六个月的申报, 国家工信部近日批复同意顺德创建装备工业两化深度融合暨智能制造试点工信部将优先投项目与资金顺德区经促局有关负责人表示, 顺德成为试点后, 工信部安排的项目与资金投入方面将优先向顺德倾斜, 省区政府也将对机械装备家电和家具等智能制造以及物联网和南方智谷等加强重视与投入根据智能制造方案, 到 2015 年顺德智能家电产品产值占家电行业总产值的 70% 以上, 智能家具产品产值占家具行业总产值的 30% 以上 ; 规模以上工业企业生产自动化率达到 60% 以上, 全员劳动生产率提高 30% 以上培育 20 家全国知名的智能装备生产企业将打造一批无人工厂根据此前申报期间提交的顺德区创建国家级智能制造示范试验区实施方案, 顺德今年将重点实施智能产品智能生产智能物流智能产业智能商务和智能服务 6 大智能工程比如, 智能产品方面重点支持新宝电器和亿龙电器等企业利用信息化手段缩短研发设计周期, 重点支持美的格兰仕新宝海信科龙和万和等企业研制物联网家电产品, 支持虹桥家具锡山家具和志豪等家具企业研制多功能的符合人体工程学的智能家具产品 ; 智能企业方面打造一批无人工厂, 支持广东创汇等企业采用智能化成套装备建设数字化车间, 支持志达钢管和顺威塑料等企业采用嵌入式软件等技术 2012 科技十大趋势预测近期, 一科技专业刊物对 2012 年的科技发展趋势进行了预测, 根据其预测, 明年电视智能型手机和平板计算机等十大产品将成为全球主流明年, 电视智能型手机和平板计算机等科技产品将誉满全球, 智能财产安全会更受重视,Siri ( 苹果智能型手机的声控秘书功能 ) 则为人类与机器沟通的时代揭开序幕根据美国科技网站 AllThingsD 的报导, 安德森预测的这十大趋势如下 : 1 电视为科技界新重心所有装置都发现与电视整合有利可图微软整合 Kinect 游戏平台与电视的计划已有可观成果 ; 智能型手机和电视的整合是新领域 ; 平板计算机与电视的整合更普及苹果公司计划推出的苹果电视将是库克接棒后的首款成功商品 2 手机市场产生结构性变化诺基亚无力回天, 而三星手机以销量保持新霸主的地位, 微软首次推出的手机操作系统 Windows 7 也不是对手此外, Google 将无法再掌控 Android 系统, 该科技已是割据的局面, 未授权版本在亚洲国家更加泛滥智能型手机将成为主流, 而且便宜 3 云端运算着眼于消费者和新创公司 : 基于安全稳定和智能财产权的考滤, 企业宁愿远离它虽不排除软件即服务成为主流的可能性, 但是企业家肯定不愿将有价值的智能财产放上云端 4 安全成为关键安全问题引起业界高层关注, 他们意识到须投注资金, 保障公司的智能财产 5 Siri 震惊全球苹果 iphone 4S 的 Siri, 标志网络个人助理时代的来临 6 语音识别时代来临人类开始与计算机沟通, 关键在于理解内容, 而非语音辨识专家建构一个健全的资料库, 以提供有用的信息 7 电子阅读器更普及, 但是平板计算机仍将是移动电子装置市场的老大平板计算机将主导这个市场, 但是价格会趋近电子阅读器 8 消费市场爆炸内容消费市场具极大潜力, 顾客已准备好花钱订阅信息, 业者也准备迎战 9 政府和企业视智能财产为主要资产全球已形成一种保护智能财产的共识, 企业和政府都将重新评估智能财产的价值, 受政府支持的智能财产剽窃行为将被视为侵略 10 亚马逊样样全包亚马逊持续扩大图书和百货销售版图, 并跨足串流影片市场亚马逊将证明, 一个公司可以战无不胜, 样样全包

104 第33卷第2期 A 15 行业信息 Mentor Graphics 发布无缝集成的同步CFD仿真工具FloEFD Mentor Graphics公司(NASDAQ: MENT) 近期发布了最新同步流体力学(CFD)仿真工具FloEFDfor Siemens 使用Siemens NX和FloEFD软件的设计工程师能在整个项目设计流程中使用同一套数据 NX, 它无缝集成在Siemens NX 产品生命周期管理 FloEFD产品是一款成熟的技术由一个精益求 (PLM) 软件不同于其他基于NX的工具明导公司精的CFD研发团队支持 Mentor Graphics是世界上第的FloEFD for Siemens NX 软件直接使用原始NX模型三大通用CFD技术提供者在电子散热领域拥有最广 FloEFD使用有限体积的数学技术支持广泛的应泛的行业知识电子散热领域是Siemens NX用户的主用更快获得更强大的仿真要集中领域结果 FloEFD产品内在技术 Hutchinson SSI的实验室和易用技术提供前所未有的经理Mike Dunn说因为应用性使得它不仅非常适 FloEFD无缝集成在NX的CAD 合专业的CFD分析专家也用户界面里我们预计它将非常适合工程师和设计工程对我们的设计团队带来利益师帮助我们将设计-分析时间降 FloEFD for Siemens NX 产到最小这个产品具备充分利品使用独特的六面体网格结用分析中设计优化的潜能在合浸没边界法与其他工具我们现有的流程中能节省三天使用的四面体和棱镜元素相或更多时间在升级整个设计比能获得更精确和更高效质量中带来更大效率率的仿真结果因此 FloEFD软件支持整套物理仿真应用高湍流流场压缩流燃烧和空腔模拟明导公司Mechanical Analysis部门的总经理Erich Buergel先生说我们非常高兴发布同步CFD解决方同步CFD创造高产能和高可靠性案的另一个应用产品FloEFD for Siemens NX 发布该与传统的CFD工具相比明导公司的同步CFD技版本后我们进一步扩展了现有的高易用性功能术能节省65% 75% 的仿真时间它帮助用户优化产强大的CFD工具的覆盖面进一步满足了从同步CFD 品性能和可靠性同时减少物理样品和减少研发成产品获利的广大群体的要求本消除各种可能的罚金通过使用同样的模型和常用的用户界面图形窗口 CAD和分析工作流程 Torsten Pelzer掌管Viscom销售业务全球领先的光学检测和X光检测 AOI及AXI 系统制造商Viscom AG公司, 已任命Torsten Pelzer为公司销售总监该任命自2012年1月1日起生效 Pelzer也因此掌管 Viscom AG公司的全球销售业务该任命之前 Pelzer是Viscom AG公司欧洲区销售业务的负责人在该任职期间他在欧洲成功地持续拓展Viscom AG的业务积累了多年的宝贵经验为更好地服务电子行业客户奠定了坚实基础此前公司执行委员会成员Volker Pape暂管Viscom所有产品的运作事宜 Pelzer 上任新职位后将接管此重任除了提供应用于SMT电子生产例如焊膏元件贴装焊接接点检测 AOI的自动检测系统之外 Viscom AG的产品还包括检测焊线连接的AOI系统以及人工检测 AOI及AXI系统长期以来 Pelzer与客户紧密联系并且在电子制造行业摸爬打滚多年获得了丰富经验完全具备领导和深入拓展 Viscom AG全球销售业务的专业知识与素养

105 A16 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 IPC TechNet 技术论坛关于元器件排布间距的讨论 Jian 问 : IPC 技术论坛成员, 你们好! 我想咨询各位以下几个问题 : IPC-7351 表面贴装设计及焊盘图形标准通用要求中为 PCB 三种不同的元器件密度 (A 级为最宽松 B 级为适中 C 级为最紧凑 ) 规定了一个相应的院子余量 ( 注 : 为组装测试维修返工之需预留的空置区域 ) 同时 IPC-7351 第一页注 3 解释 : 本标准假设即使在板制造期间公差控制出现最坏的情况时, 仍然有机会在组装期间获得可接受的焊料填充我设计的产品元件排布密度是 C 级在产品试制期间, 我请焊接工手工完成芯片 / 元器件的焊接 C 级密度的最小院子余量是 0.1 mm, 则 2 个元器件之间的院子余量加起来是 0.1 x 2 = 0.2(mm) 我的问题是 : 假设这 0.2 mm 的间隙位于两个不同元器件的相邻焊盘之间, 这么小的空间对于手工焊接会不会太小? 我的担心出于两个方面 : 1. 我们通常采用绿油桥 ( 阻焊膜 ) 来防止焊料桥接但是如果这个间隙只有 0.2 mm, 再加上绿油桥的膨胀至少 mm, 这样一来绿油桥的宽度只剩下 mm 如此细窄的绿油桥是否足以防止焊料桥接? 2. 即使不考虑绿油桥宽度的问题, 或者干脆假定 mm 对于绿油桥是足够宽的, 我们仍然需要确定 0.2 mm 的间隙是否能够保证手工焊接顺利完成是否对于一个经验丰富的焊接工人都很困难? 那对于一般焊接水平的焊接工人又会怎样呢? Inge 答 : 你好! 这个问题取决于许多情况, 例如 : a. 烙铁头的尺寸和形状 ; b. 所使用的焊锡丝的规格 ( 注 : 粗细 ) 以及必要的加锡量 ; c. 所使用的烙铁头的温度 ; d. 所用的助焊剂 ; e. 焊盘的尺寸 ; f. 焊盘上表面处理的质量 ( 与焊料在焊接面上形成的润湿角有关 ); g. 板的表面清洁度 ; h. 元器件的类型 ; i. 可能存在的暂时没有想到其他情况 ; j. 操作员的技能水平 ; k. 以及最大系统电压和介质类型 ( 射频低频和直流等 ) 我曾经目睹我的同事焊接间隔 0.25 mm 的元器件不费吹灰之力, 我也曾经拒收过几乎短路的焊点以我的观点来看, 找到答案的途径只有一个 : 不断试验, 把获得好结果的那个操作流程固定下来如果不能从操作层面实现好的焊接, 只能逐个调整参数直到你能够安全地重复那个过程在保证板的所有参数都好的前提下, 玩味 0.13 mm~0.25 mm 之间的空隙真的是一件神奇的事情, 反过来也一样, 避免桥连可能如同炼狱希望你在工艺评估过程中获得灵感焊接是一门艺术! Jian 问 : 谢谢你的回复你认为把相邻元器件的焊盘间隙最小定为 0.4 mm 怎么样? 那样可以在正常视力下看得非常清楚就像你所说的一样,0.25 mm 的间隙有时可以不费吹灰之力地完成焊接那再加 mm 呢? 我很自然地就认为可以更容易地完成焊接这个微小的 mm 将造成某种意义上的重大变化 : mm 间隙 : 要求一定程度的技巧 ; mm 间隙 : 普通的 / 一般技巧的焊接人员都可以完成您所提到的 : 在保证板的所有参数都好的前提下, 玩味 0.13 mm~0.25 mm 之间的空隙真的是一件神奇的事情, 反过来也一样, 是否意味着设计优良的板子通常会避免特别小的间隙? 那 0.41 mm 的间隙又如何? 是否仍会导致设计不好? Inge 答 : 我原来在爱立信公司工作过一段时间, 我们的基本原则是 : 要想得到一个好的结果,0.2 mm 间隙到底行不行, 不是问题的关键所在我们知道焊接后所形成的焊点中的固态焊料具有蠕变性, 要想相邻焊点不发生蠕变连接, 至少需要 0.3 mm 的距离, 与是否覆盖阻焊膜没有关系这个安全距离 ( 针对固态焊料蠕变而言 ) 是一个不可置疑的最低要求 ( 某些情况下有例外 ) 从这一点来看,0.41 mm 间隙当然好了, 但问题远不止如此, 我们同时还要检查元器件的焊接端子的高度如果焊接端子的高宽比非常大,0.3

106 第 33 卷第 2 期行业信息 A 17 mm 的间隙可能都不够, 在这种特殊情况下, 你必须将间隙增加到 0.5 mm 或者更多很多人声称他们的间距设计得如此之小, 在 0.15 mm~0.20 mm, 生产线依然平安无事我敢打赌那一定是全自动化的大批量生产, 他们为此花费了大量的资源和工艺工程方面的努力而你谈的是手工焊接, 这是两个不同的世界对于手工焊接我建议保守一点要大于 0.3 mm 如果我们讨论留多大的间隔合适, 我认为必需大于 0.5 mm 再强调一次, 你不能只考虑焊接的需要, 同时还要考虑电气问题 Jian 答 : 针对您所提到的以下两点, 我还有两个问题 : 第一个问题 : 如果焊接端子的高宽比非常大,0.3 mm 的间隙可能都不够, 在这种特殊情况下, 你必须将间隙增加到 0.5 mm 或者更多第二个问题 : 对于手工焊接我建议保守一点要大于 0.3 mm 如果我们讨论留多大的间隔合适, 我认为必需大于 0.5 mm 那么, 请问 0.5 mm 间隙是否在所有情况下都适用, 还是只是在高宽比比较大的情况下适用? Inge 答 : 那是基于我上面所提到的特定条件下的个人意见我建议你参考 IPC-A-600 和 IPC-A-610 获取更多的专业指导如果你将组装图发邮件给 Steve Gregory 或 TechNet 论坛, 会有更多有经验的 CAD 专家给出建议还想说一句, 虽然不知道你的图是什么情况, 我建议你设计偷锡焊盘来避免桥接, 请参考 IPC 标准获取更多的信息编后语 : IPC-7351 表面贴装设计及焊盘图形标准通用要求的前身是 IPC-SM-782 表面贴装设计及焊盘图形标准 IPC-SM-782 于 1987 年 3 月首次出版, 当时的 SMT 技术尚处于初级发展阶段, 产品相对简单 1993 年 8 月进行了第一次全面修订, 升级为 A 版本 1996 年和 1999 年分别作了 2 次局部修订, 直到 2005 年被 7351 取代促成 7351 取代 782 标准的原因是一次 IEC 表面贴装焊盘标准会议 IPC 代表美国业界向 IEC 提交的 SMT 焊盘设计标准就是 782 会上来自日本企业的代表指出, 如果按照 IPC-SM-782 标准, 日本广为流行的便携式产品则无法设计换句话说,782 不能涵盖所有电子产品在过去的 20 年间 SMT 技术获得了长足的发展, 尤其在日本, 电子产品的微型化发展到了极致 SMT 技术的发展对 782 的广泛适用性提出了挑战于是 IPC 1-13 标准工作组对 782 进行了一次彻底的更新在 IPC 标准化体系中, 这类革命性的更新往往以某个标准的终结或被取代作为标志这就是 IPC-7351 的来由在这个全新的 SMT 焊盘设计规范中, 根据产品元器件排布密度的需要, 规定了三个可制造性等级 : A 级 : 复杂性一般的设计 - 首选采用几乎所有制造商都可以轻而易举地以高直通率完成 PCB 的制造和组装如果条件允许 ( 有足够的板面空间 ) 应该首先选择 A 级进行设计 B 级, 中等复杂性的设计 - 标准多数制造商可以实现高质量地完成 PCB 的制造和组装 C 级, 高复杂性设计 - 会降低可生产性, 尽量避免采用却是所有便携式产品不得以而为之的选择 C 级设计给 PCB 制造和组装以及测试提出了很大的挑战综合产品设计的复杂度和产品使用环境的要求, 电子产品的分类可以在级和 A B C 级间进行组合例如 1C 级, 便携式消费类产品 ;2A 级, 程控交换机 ; 或 3B 级一般来说高可靠的 3 级产品应该尽量避免采用 C 级复杂度的设计产品按照哪一级进行设计, 是由设计者根据产品需要来决定如果产品需要微型化, 只能采用 C 级设计而按 C 级设计的产品在试制阶段采用手工焊接进行组装碰到的挑战, 与标准规范没有关系虽然这个话题讨论中答非所问, 但是其涉及的内容应该为广大电子制造业工程师所熟知, 为此我们选取这个话题并在翻译时做了文字的编辑, 旨在澄清技术概念 IPC TechNet 邮件论坛创建于 1995 年这个论坛以英文为官方语言, 目前有 835 位注册者, 他们在这里实时互相提问和回答技术问题这个论坛的建立, 使得近 200 页的 IPC-PE-740 印制板制造和组装的工艺问题对策指南 (Troubleshooting Guide for Printed Board Manufacture and Assembly) 这本文献得以终结 IPC TGAsia 邮件论坛创建于 2005 年 9 月, 以中文为官方语言, 目前有 959 位注册者欲加入上述论坛, 请发邮件至 [email protected]

107 电子工艺技术 Electronics Process Technology A 年3月焊接 BGA组装和回流焊成为行业工程师最具挑战性的问题 NPL缺陷诊所向IPC APEX EXPO 2012进军 350多个工程师参加了IPC网络研讨会主题为欢通过网络研讨会接触到世界各地工程师的教学形焊接和组装缺陷他们对印制电路板 PCB组件和式但是他也非常乐意花时间和工程师一起为缺陷 PCB组装工艺失效中最让人头疼的问题进行了投票诊所工作他说我很高兴能在三天的IPC APEX 结果表明焊接球栅阵列封装(BGA)组装和回流焊是 EXPO中一对一地帮助工程师们解决他们遇到的难最大的挑战同时为网络研讨会协办单位英国国家题在NPL缺陷诊所中 Willis将回答印制板和组物理实验室(NPL)提供了有用的信息帮助他们为2 装相关的问题同时他还将开展一系列的小型研讨会主要包括可焊性测试面阵列封装染色试验月28日至3月1日在圣地亚哥举行的IPC APEX EXPO 2012上的NPL工艺缺陷诊所做准备和组件可焊性等关键性问题网络研讨会讲师Bob Willis说调查表明我们行业技术人员可以在展会开始之前将工艺问题需要在设计规范和工艺控制上加大力度同时和照片发送至[email protected] 同时可以访他还是一位帮助企业解决他们最复杂的工艺相关问问533号展位就提出的解决方案进行讨论题的国际技术专家 IPC网络研讨会已经发布在结果表明在组件问题中 BGA组件问题占工 org/defect-clinic 欲了解更多有关IPC APEX EXPO 程师投票总数的29% 其次是方形扁平无引脚封装所有活动的信息包括标准开发会议请访问www. (QFN)/焊点球栅阵列封装(LGA)组件问题占了27% 关 IPCAPEXEXPO.org 目前 IPC 5-21f BGA工作组正于印制板制造问题 39%的工程师将最终镀层可焊性致力于IPC-7095 BGA的设计及组装工艺的实施的视为最麻烦的问题同时27%选择了电子短路/开路 C版本的开发其中一个会议将有助于该标准的开发问题关于组装工艺失效问题 27%认为回流焊问题并提供额外的机会让他们在设计和组装工艺问题令他们头疼然而20%认为是焊膏印刷上获得行业的指导投票中的许多问题将在新的C版在IPC APEX EXPO上 Willis将进行四个专业发展课程的教学同时出席关于锡须分层铜溶 CAF和附着力的自由小组讨论会还将在展厅开展 NPL工艺缺陷诊所本中得到解决 IPC-7095 C版本将在会议期间完成并在初春发布展会注册对于预先注册人员是免费的包括免费参加NPL工艺缺陷数据库诊断和小型研讨会小组讨在2月29日星期三举办的专家组会议上将论会以及所有免费的特别活动同样包括北美最大的对冲突矿物是新的RoHS吗虽然 Willis很喜印制电路板设计和制造电子组装和测试的展览会闪耀在华东地区的检测行业明星麦可罗泰克说起麦可罗泰克常州实验室人们都耳熟能详该公司于2003年9月落户于江苏常州是由美国Microtek实验室与江苏常州电子质检所联合组建的在近9年的发展过程中从一个PCB CCL专业检测机构发展成从事多方面技能培训等业务的机构而且还是江苏省外商研发机构和高新技术企业 2006年获得中国实验室合格评定委员会的实验室认可资格 CNAS L 年成为 CQC的PCB CCL的签约检测实验室获得CMA认可资质是目前中国大陆唯一得到美国UL授权的CAP-EA实验室成为闪耀在华东地区上空的一颗耀眼之星麦可罗泰克常州实验室在20多个国家有近800个客户员工都具有PWB和层压板的制作经验实验室具有先进的技术和设备在电子行业享有盛名除了能为客户提供测试结果和数据麦可罗泰克常州实验室同时提供专业化的客户服务如失效分析 CAF 产品鉴定试验和产品摸底试验等技术人员能为客户定制试验项目帮助分析生产中质量问题的起因

108 第 33 卷第 2 期行业信息 A 19 麦可罗泰克 ( 常州 ) 实验室之所以有如此骄人的能力, 是与其对产品高质量的孜孜不倦的追求和科学严谨的诚信服务有着密切的联系多年来, 该实验室的检测范围和服务对象主要有 :1 电子行业 : 包括层压板阻焊剂玻璃纤维组合材料刚性板挠性板和 HDI 高密度互连板 ;2 塑料行业 : 包括胶料树脂和塑料原料 ;3 复合材料生产商和使用者 : 包括符合性测试资质认证试验 UL 试验失效分析和可靠性测试等 ;4 汽车零部件通讯行业医疗行业和家电行业等的采购商和生产企业在这些领域的测试得到业界的认可, 并赢得了良好的信誉麦可罗泰克 ( 常州 ) 实验室之所以能够快速走在行业的前列, 并成为行业的旗舰, 除了他们将诚信和周到服务有机结合外, 还与其对质量的严要求对可靠性的精益求精和追求高端技术是分不开的麦可罗泰克 ( 常州 ) 实验室一直以来紧跟行业高端技术, 聆听客户的呼声, 想客户所想积极参与 IEC 和 IPC 各个委员会的活动, 而且还是 IPC-A-600 和 610 授权培训中心, 在各项活动中掌握行业内的技术发展动态, 顺应时代的潮流, 最终在行业中占有领导地位追求卓越不断创新追求卓越, 不断创新一直以来为优诺公司的企业精神, 多年来, 优诺公司的全体员工正是遵循这种精神来激励着我们的事业向前发展, 为不断满足客户需求, 在提高材料科技水平上下功夫, 不断创新, 从而赢得市场, 赢得客户优诺公司是集产品研发生产销售和技术服务为一体的电子焊接材料和全面解决方案的供应商, 自 1999 年成立以来, 一直注重产品的研发品质的完善以及产品的绿色环保 2009 年顺利地获得广东省安全生产监督局颁发的安全生产许可证 ; 公司严格执行 ISO9000 和 ISO14000 标准, 建立了一套完备的品质管理体系, 并通过了 CESI-RoSH 符合性认证, 并率先拥有了一个套完整的 RoSH 和 REACH 实验室, 从开发测试和应用等一系列细节中提供专业可信的测试, 为客户提供最严格和信赖的品质安全保证, 赢得了中外客户的信赖, 成为电子焊接材料行业的佼佼者同时作为 IPC 的会员单位, 搭借 IPC 平台资源, 优诺品牌逐渐步入焊料前列目前, 优诺公司提供 : 无铅有卤无卤和水基等系列助焊剂 ; 有卤无卤无铅有铅和低温等系列锡膏 ; 助焊膏 ; 稀释剂 ; 有卤无卤清洗剂和水基系列清洗剂 ; 各种合金锡粉等锡制品这些产品在富士康伟创力奇宏雅达电子富港电子格力美的和光宝等数百家知名电子科技企业得到应用, 并与这些公司建立了长期的合作关系, 共同致力于先进材料的推广为保护地球不受污染, 配合无铅和无卤化的行业趋势, 优诺推出系列水基无铅和无卤材料, 不断地为优化客户的电子焊接工艺和生产水平而努力公司 C-68 水基清洗剂获得中国 SMT 创新成果奖, 作为中性的水基清洗剂, 可用于锡膏在线擦试清洗锡膏钢板, 也可以用于气动喷淋锡膏钢板清洗及 SMT 吸嘴的浸泡清洗 C-68 的优点是闪点高, 用于气动喷淋清洗时无需烘干可以直接吹干, 这是与其他水基产品的明显区别同时挥发性较好, 减免员工长期吸入低闪点的有机材料存在职业病的危害, 解决了消防安全及职业健康的安全, 这也是成本降低的一种方式 2011 年立项之水基助焊剂系列也计划今年投入市场知识产权和知识经济时代, 只有拥有更多数量和更高质量的自主知识产权, 形成以自主知识产权为基础的高新技术产业, 才能在国际市场竞争中争取优势地位这一点优诺非常清楚也非常注重随着品牌

109 A20 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月推广, 优诺已拥有了球形锡基合金粉末的超声振动雾化法工艺及其装置, 以及无卤素消光助焊剂水基回流焊炉膛清洗剂和水基元件超声清洗剂等多项发明专利随着新产品和新工艺的不断推出, 优诺将继续申报专利, 不断完善自主知识技术产权优诺在过去十三年的历程中, 技术实力不断壮大, 目前公司总部设在香港, 旗下有东莞优诺电子焊接材料有限公司, 苏州优诺电子材料科技有限公司以及优诺公司驻重庆苏州厦门和烟台等多家办事处随着销售团队逐步扩大, 市场份额由珠三角拓展至华东和华北市场努力致力于为电子厂商提供最先进的电子材料和全方位解决方案, 提高应用水平, 降低生产成本优诺公司风雨一路走来, 成长的历程中逐步壮大和发展, 与其创新理念是密切相关的, 创新是企业生存的根本保证不畏浮云遮望眼, 只缘身为优诺人, 展望未来, 优诺将在创新的路上高歌前进 IPC APEX EXPO 积极为冲突矿物未决法规做准备为了帮助行业更好地理解 Dodd-Frank 法案第 1502 节提出的冲突矿物法, 更重要的是为未决条例做好准备,2012 年 2 月 28 日 -3 月 1 日在圣地亚哥会展中心举行的 IPC APEX EXPO 会议期间, 将发布电子制造业供应链的最新信息其中为高层管理人员举办的会议以及专家组会议的内容将包括行业的最新发展和策略, 行业指导性文件和标准开发以及 IPC 持续游说行动的最新信息等内容, 目的是帮助业界公司全面了解冲突矿物要求带来的影响 IPC 工业项目副总裁 Tony Hilvers 说 : 这将是继 RoHS 颁布以来对整个电子行业带来又一重大影响的法规虽然据报道此法规要求只适用于上市公司, 但是 IPC 预测该法规的要求将会像 RoHS 那样在整个供应链上迅速普及开来 Hilvers 还说 : 冲突矿物的要求理解起来有点复杂和困难, 因此我们要开展一系列的活动帮助行业做好这个准备 IPC 政府关系和环境政策总监 Fern Abrams 将在 2 月 27 日 ( 星期一 ) 的 PCB 和 EMS 高层管理会议上, 为高层管理人员提供冲突矿物简报她将重点为高管们介绍一些关键性问题, 以确保他们公司为符合法律和客户的要求做好准备, 同时还将分享她这几年来与 SEC 的委员们以及员工们会谈时所领悟到的深刻见解在 2 月 28 日 ( 星期二 ) 举办的政府关系论坛上, IPC 董事会成员,EPIC 科技公司总裁 Bhawnesh Mathur 将介绍 IPC 正在进行的游说行动并向大家介绍预期法规的最新信息在 2 月 29 日 ( 星期三 ) 举办的专家组会议上, 将对冲突矿物是新的 RoHS 吗? 这一主题展开讨论在这个自由小组讨论会上,Epic 科技公司的采购总监 Steven McEuen,Canyon Snow Consulting 合伙人 Christopher Schwarz,RIM 公司供应链社会责任项目经理 John Plyler, 以及 Abrams 将逐一介绍 SEC 法规指导意见企业行为和行业工具等方面的最新信息, 帮助与会者满足法律和客户要求 3 月 1 日 ( 星期四 ),IPC 新成立的两个委员会将讨论为遵守冲突矿物条例而开发的相关工具所开展的项目上午,E-30 冲突矿物尽职调查委员会将开展指导性文件的开发工作, 帮助电子行业遵守 Dodd- Frank 法案中的尽职调查要求下午,IPC 2-18h 冲突矿物数据交换工作组将继续进行用于供应链数据通讯的数据交换标准的开发, 该标准是遵守冲突矿物条例所必需的作为 IPC-175x 声明标准的一部分, 该文件包含了 EICC/ GeS 模板欲了解更多信息或注册 IPC APEX EXPO, 请访问委员会会议可以免费在线注册 ( 现场注册需 40 美元 ), 包括小组讨论会, 政府关系论坛和所有免费活动以及北美最大的印制电路板设计和制造电子组装和测试的展览会 1 月 28 日之前, 对于 IPC APEX EXPO 所有付费活动, 例如 PCB 和 EMS 高层管理会议, 预先注册者可以享受 20% 的折扣

110 第 33 卷第 2 期行业信息 A 21 领略核心科技会晤顶尖原厂慕尼黑上海电子展十一年演绎电子产业饕餮盛宴第十一届慕尼黑上海电子展 electronica China 和慕尼黑上海电子生产设备展 productronica China 将于 2012 年 3 月日在上海新国际博览中心 W3 W4 和 W5 馆举行本届展览会也是首次以 electronica China 和 productronica China 两个独立品牌同期举办的形式出现预计展览会现场将突破性的有来自 15 个国家与地区的 600 多家展商, 向超过 4 万名专业观众展示最新的产品与热门应用领域的解决方案慕尼黑上海电子展集展览会创新论坛技术专区和专业观众四位一体, 立体呈现各电子应用领域的技术创新, 打造电子产业的饕餮盛宴! 领导者的盛宴慕尼黑上海电子展和慕尼黑上海电子生产设备展涵盖了集成电路电子元器件组件及生产设备, 全方位展示电子产业链的关键环节展览会现场一向是顶尖原厂群英云集, 在三天的展览期间最集中地展现国际国内电子核心技术与最新产品在集成电路专区里, 英飞凌意法半导体国际整流器 Microsemi Power Integrations 罗姆半导体博世 Bosch 飞思卡尔半导体威世 Vishay 凌力尔特 Linear 安森美半导体奥地利微电子精工 Seiko 万国半导体灿瑞半导体法格电子台湾半导体 e2v 和 IC Haus 等众多原厂将同台亮相, 引领尖端技术热潮在汽车电子专区中, 一汽上汽通用长安汽车奇瑞新能源东风博世德尔福和联电等整车厂及一级供应商巨头将一一解读汽车电子领域的最新研究成果, 同时, 更多二级零部件企业如 Elmos 迈来芯 Melexis KPIT Cummins 和科研机构的技术专家和学者都会在展馆中或者研讨会上分享他们的创新科技和对汽车电子未来发展趋势的真知灼见今年 3 月, 被动元件的领先厂商村田 Murata 美国柏恩 Bourns 基美 Kemet 和风华高科等将首次亮相于慕尼黑上海电子展的被动元件专区, 与 TDK 松下电工 Panasonic 欧姆龙 Ormon 盟格 Meder 创格科施松川君耀银燕和法拉等一道组成了国内电子元器件最综合的展示舞台在慕尼黑上海电子展的电源专区将能领略到全球最领先的电源模块技术, 由怀格 Vicor Recom SynQor 金升阳 Mornsun 捷拓 Minmax 博大 P-DUKE 翊宣 ARCH 和勤发 Chinfa 等知名电源模块生产企业共同为所有到场专业观众带来最新电源应用 TE Connectivity 莫仕 Molex 富加宜 FCI 申泰 Samtec 雷莫 Lemo 浩亭 Harting 魏德米勒菲尼克斯电气和欧度 ODU 等欧美连接器厂商, 将与广濑电机 HRS 日本航空电子 JAE 米思米 Misumi 欧达可 OTAX 和山一电机 YAMAICHI 等日本连接器公司在慕尼黑上海电子展连接器专区的平台上一争高下中国领衔企业贵州航天中航光电和中国航天电子等也不甘示弱在亚洲最大的连接器展示专区里, 究竟能见到多少连接技术领先企业? 等着每位专业观众一探究竟在慕尼黑上海电子生产设备展上, 亚洲最大线束加工专区依旧是群星璀璨, 该领域顶尖的库迈思索铌格莎弗实际测通 JAM 新盟和小寺君权和银华等国内外领先企业都将以大型展台奉上其最新研发的线束加工技术由全球前 50 大的 EMS 公司萨康电子 Selcom 领衔的 EMS 专区, 还吸引了易德龙忆科华唯优电子 Cicor NEWAYS 和光弘科技等国内外 EMS 企业思想者的盛宴以高端应用, 技术制胜为定位的慕尼黑上海电子展一直致力于为中国电子行业同仁们打造一场思想者的盛宴在展览会同期将举行 11 场精彩纷呈的创新论坛, 紧紧把握汽车电子新能源医疗 LED 通信便携设备和嵌入式等热门应用市场与高速发展行业, 促进电子供应商与行业客户之间的互动, 搭建一个探讨技术创新的平台每年展会举办同期的国际汽车电子创新论坛都是慕尼黑上海电子展的最大亮点来自汽车整车厂一级供应商 (Tier One) 二级供应商 (Tier Two) 及高校的技术专家将为所有与会者带来近 30 场的精彩演讲, 为电子行业呈现最新的汽车电子领先技术除了传统车电子相关技术, 今年的论坛更会关注新能源汽车及其动力系统继 2011 年成功举办后, 国际汽车测试创新论坛将在今年展会的第三天继续举办有来自交通大学的殷承良教

111 A22 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月授上海汽车技术中心的专家与汽车测试领先企业 HORIBA ETAS 和 VECTOR 等一同带来新能源汽车测试的最新技术与发展前景预测国际电力电子创新论坛是由中国电源学会与德国慕尼黑国际博览集团共同主办今年论坛将聚焦可再生能源与智能电网技术, 包括风力发电和光伏技术等都将成为与会专家的演讲主题今年慕尼黑上海电子展首次推出的国际便携技术创新论坛将邀请众多专家和领先企业, 提供行业内最重要的数据和分析, 从而推动智能手机和平板电脑市场的成功嵌入式技术将迎来物联网移动互联网与云计算的应用高潮, 主办方也适时推出国际嵌入式系统创新论坛, 邀请到嵌入式领域里知名专家何立民教授与何晓庆先生与大家分享嵌入式技术的发展方向在 4G 标准即将全球启用的时候, 慕尼黑上海电子展举办的国际通信技术创新论坛聚焦于 3G 演进尤其是 TD-LTE 产业链的芯片系统终端网络运营及检测等重要环节, 通过顶尖专家学者和领军企业的信息和技术分享, 推动中国的通信产业发展人气爆棚的慕尼黑上海电子展国际 LED 创新论坛将继续就 LED 驱动与电源管理等话题, 邀请国家 863 计划项目专家和领先企业代表围绕 LED 热点技术最新应用领域和市场发展方向等进行深入交流国际医疗电子创新论坛将有 10 多位业界知名企业代表资深专家会分享多种医疗电子应用的热点技术与系统设计思路今年的国际连接器创新论坛将全面围绕行业应用展开, 包括 : 汽车通信轨道交通消费电脑医疗新能源航天和军工, 全面展示全球最领先的连接技术和解决方案绿色电子制造及生产作为国家实施节能减排和倡导环保的重要途径, 正受到越来越高的关注为了顺应这一趋势, 慕尼黑上海电子展将开设国际绿色制造创新论坛, 专注打造绿色电子设计与技术材料设备控制认证与绿色解决方案的论坛活动随着电子化和信息化时代的发展, 线束行业已被誉为城市神经和血管, 绿色环保线束的研究和开发将成为线束行业的重要发展趋势为顺应产业的发展需求, 德国慕尼黑国际博览集团将在 2012 慕尼黑上海电子展期间再次召开专业技术论坛国际线束创新论坛创新论坛汽车电子汽车测试电力电子 LED 通信医疗电子便携嵌入式系统连接器线束绿色制造行动者的盛宴慕尼黑上海电子展主办方将继续开展万元奖金, 回馈产业! 和高效工作, 快乐生活! 系列奖项, 为每一位到场参观的专业观众带去工作及生活的便利与乐趣对于行动者更是见面有礼, 只要您来! 现在即刻进行观众登记, 三重惊喜等着您! 第一重惊喜颁发规则 : 主办方针对登记观众, 经过资格审查后, 提供 50 人次, 每人获得奖金 500 元结果在 2012 年 3 月单独通知相应的获奖人获奖人领奖需要同时满足以下要求 : 1. 主办方出具的获奖通知邮件 ( 打印版 ) 2. 本人身份证和名片 3. 本人亲自莅临展会现场第二重惊喜颁发规则 : 主办方针对登记观众, 经过资格审查后, 结果在 2012 年 3 月单独通知相应的获奖人获奖人领奖需要同时满足以下要求 : 1. 主办方出具的获奖通知邮件 ( 打印版 ) 2. 本人身份证和名片 3. 本人亲自莅临展会现场

112 第33卷第2期 A 23 行业信息第三重惊喜 PHILIPS耳机享受时联华OK卡100元面值忙碌时中国移动手机充值卡忙碌时颁发规则到现场领取并阅读完全参观手册找到其中的兑奖礼券持该兑奖礼券本人胸卡和名片领取神秘小礼物罗枝鼠标工作时 YONEX羽毛球拍运动时媒体联络王蓓慕尼黑展览上海有限公司电话 * 857 传真上海交通卡上班时神秘小礼物开心时 Victoria Cross电脑背包出差时邮箱 [email protected] ; IPC APEX EXPO 2012新委员会寻求行业的参与 IPC数据交换标准系列有助于企业的环保规范聚焦电池和实验室报告随着聚焦产品材料法规的推广 IPC正在扩展数报告规范化并促进实验室报告内信息的交换据交换标准系列以满足行业日益增长的规范需求在2月29日星期三举办的专家组会议上最新成立的IPC 2-18g 电池和电池材料声明工作组和将对冲突矿物是新的RoHS吗这一主题展开讨 IPC 2-18j 化学分析实验室报告工作组将分别进行标论在这个自由小组讨论会上 Epic科技公司的采准的开发以帮助电池和实验室报告的信息交换 IPC 购总监Steven McEuen Canyon Snow Consulting合伙人邀请整个电子制造供应链的企业参加这些委员会会 Christopher Schwarz RIM公司供应链社会责任项目经议这些会议将于2月28日至3月1日在圣地亚哥的IPC 理John Plyler 以及Abrams将逐一介绍SEC法规指 APEX EXPO 2012上举行 IPC数据交换标准系列协助企业进行其产品所含导意见企业行为和行业工具等方面的最新信息帮助与会者满足法律和客户要求材料的信息交换电池声明标准将促进企业更加清所有9个IPC数据交换委员会将在IPC APEX EXPO 晰的信息交流包括客户关于电池化学物质质量期间召开会议如需查看完整的会议日程请访问和种类要求的合法性和一致性等信息 g工作组主席 PTC产品管理总监Kelly St. IPC APEX EXPO委员会会议可以免费预先在线注 Andre说: 我们发现人们对快速提供电池信息能力的册现场注册需40美需要日益增长该标准将为行业提供真正的利益元注册者可以参加所有IPC委员会会议除凭我们需要行业的广泛参与让我们的努力变得更成请柬外同时还可以免费参加IPC APEX EXPO主功和更有意义题会议 NPL工艺缺陷数据库诊所小组讨论会新作为IPC 2-18j工作组主席希捷科技公司的产品环保规范高级经理William Haas也呼吁行业的积极参产品中心所有免费的特殊活动以及北美最大的印制电路板设计和制造电子组装和测试的展览会与他说提供测试和实验室报告已经成为表明符欲了解更多IPC APEX EXPO活动信息包括行业合环保法规的必要条件电子行业公司和实验室的参高级技术会议专业发展课程和高层管理会议请与对该文件的成功开发十分重要该标准将使实验室访问

113 A24 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月国内首款 30.5 cm 全彩 AMOLED 显示屏研制成功近日, 国内首款 30.5 cm 有源驱动有机发光显示器 (AMOLED) 全彩显示屏在江苏昆山研制成功, 这是目前国内自主研发的首款 25.4 cm 以上 OLED 显示屏大尺寸 AMOLED 是目前国际上平板显示技术开发的主要方向, 韩国日本及中国台湾地区都将其列为下一代最主要的显示技术并予以重点发展 30.5 cm AMOLED 全彩显示屏研制成功标志着我国 AMOLED 技术正式进入大屏时代据了解, 产业化基地位于昆山的维信诺公司是国内第一家依靠自主创新实现 OLED 产业化的企业维信诺公司技术源自清华大学, 从 1996 年开始, 清华大学就成立了 OLED 项目组, 并以实现产业化为目标开展了持续 15 年的技术攻关维信诺公司成立于 2001 年, 在清华大学的大力支持下, 维信诺公司于 2002 年建成国内第一条 OLED 中试线, 并于 2008 年在国内建成一条 OLED 大规模生产线, 成功实现了 OLED 产品的规模化生产目前维信诺已成为国际上最主要的 OLED 生产企业之一, 产品远销欧美韩国日本及中国台湾地区, 据国际权威显示行业调研与咨询机构 DisplaySearch 公司最新统计,2011 年前三季度, 维信诺公司中小尺寸 OLED 产品出货量位居国内第一全球第二, 已成为国内领先国际一流的 OLED 企业 2009 年 9 月, 维信诺公司与昆山工研院等单位联合成立了昆山平板显示中心, 专门从事 AMOLED 技术研发及相关科技成果转化在全面掌握 OLED 材料和器件技术的基础上, 在 AMOLED 领域迅速取得了一系列重大技术突破 :2010 年 6 月, 建成了国内首条 AMOLED 中试生产线 ;2010 年 12 月全线打通 LTPS- TFT 背板制造工艺技术, 并先后研制成功 7 cm 和 9 cm AMOLED 全彩显示屏 ;2011 年 11 月, 成功开发出国内首款 19 cm AMOLED 全彩显示屏此次开发的 30.5 cm AMOLED 全彩显示屏代表了我国在 AMOLED 技术领域的最新研发成果上述技术成果为推动我国 AMOLED 产业化的进程奠定了坚实基础据了解, 此次研制成功的 30.5 cm AMOLED 显示屏分辨率为 RGB 800(WVGA), 色彩深度为 16.7 M 该款显示屏的屏体厚度仅为 1.8 mm,ntsc 色域达到 73.4%, 优于目前主流的 TFT-LCD 平板显示器, 显示色彩更加艳丽据悉, 上述研发工作得到了国家发改委和国家科技部的项目支持 PC 厂商崛起!2012 年超级本的两次进化从 2008 年 1 月苹果发布 Macbook Air 至今, 已经过去了整整四年, 在这四年里,PC 厂商总是会找出很多理由来说明 Air 普及的难度价格太高接口太少没有光驱电池无法更换... 但是事实却是, 今天 Macbook Air 的销量高速增长, 利润率远远高于普通笔记本, 而 PC 厂商们今天也不得不走上同样的道路其实,PC 厂商们最初的判断是正确的,Macbook Air 的设计理念过于超前, 抛弃光驱 VGA 和网线接口, 这在今天仍然会遇到一些问题, 而且动辄上万元的价格也让多数消费者难以接受但是, 苹果从另一个方面解决了这个问题借助 iphone 和 ipad 的人气,Macbook Air 也不再只是一部电脑, 而是变成一种潮流当人们想追逐潮流的时候, 是不会考虑什么功能和成本的经过 2011 年的试水,PC 厂商们发现 : 和 ipad 竞争平板市场的难度更大, 不如将精力放在自己的老本行上, 毕竟在笔记本市场上他们还有兼容性和渠道等方面的优势因此, 通过 CES 2012, 我们能感受到 PC 厂商们开始真正地用心设计产品, 努力去捕捉尚未被挖掘的潜在需求, 比如联想 YOGA( 屏幕可后仰 360 ) 华硕 Prime( 屏幕和键盘可分离 ) 等机型, 都让我们有眼前一亮的感觉当然, 要想让 PC 产业重新获得高速成长, 只有创意是远远不够的, 还需要全产业链上下游的共同努力, 从芯片到系统再到人机交互... 笔记本的变革应该是一步一个脚印的从 CES 2012 展会中, 我们可以看到今年的超级本, 将会先后迎来两次进化第一次进化 : 升级 Ivy Bridge 处理器 4 月 8 日, 英特尔将正式发布代号为 Ivy Bridge 的

114 第 33 卷第 2 期行业信息 A 25 下一代处理器, 它最大的特点是采用了 22 nm 制造工艺, 因此能在保持高性能的同时, 明显降低功耗和发热量毫无疑问, 这对进一步改善超级本的散热效果和延长电池续航时间是大有裨益的更重要的是,Ivy Bridge 的核芯显卡也升级为 GMA HD 4000, 它的流处理器数量从 12 个提升至 16 个, 图形效能获得进一步提升在 CES 展会后台, 英特尔邀请 Anandtech 和 Bright Side of News 等媒体亲身体验了 Ivy Bridge 运行 DX11 游戏 F 据了解, F 这款游戏对显卡的最低要求是 GeForce 7800GT / Radeon X1800,DX11 全效推荐配置则达到 GeForce GTX460 / ATI Radeon HD 5850 这款 Ultrabook 使用的 Ivy Bridge 处理器的 TDP 功耗只有 17 W( 目前主流的酷睿 i5 处理器为 25 W), 默认频率为 2.0 GHz, 睿频最高可达 2.5 GHz Ivy Bridge 在分辨率 DX11 模式的中等画质下, 可以较为流畅地运行 F1 2011, 仅仅是在个别复杂场景时会稍有卡顿的现象事实上, 去年的 GMA HD 3000 核芯显卡已给我们留下了深刻的印象, 其性能在大幅提升 260% 的同时, 也让那些入门级独显顿时失去了存在的意义 ( 比如 GT 520M 和 HD 6330M 等 ) 而今年, 这一趋势会变得更加显著,GMA HD 4000 将让中端独显感受到不小的压力 ( 比如 GT 540M 和 HD 6730M 等 ) 超薄本玩大型 3D 游戏? 这在两年前还只是一个美好的愿望, 而今年四月就将变为现实当然, 如果你有耐心的话, 再等几个月就会看到超级本的第二次进化第二次进化 : 升级 Win8 系统和触摸屏如果说 Ivy Bridge 将会改变超级本的内在, 让它更加强壮有耐力, 那么 Windows 8 则会改变超级本的外在, 让它更加时尚有亲和力按照计划, 微软将会在今年 10 月发布 Windows 8 正式版, 它最大的特点是加入了窗格式的 Metro 界面, 支持多点触控操作, 可同时用于超级本和平板电脑等多种平台要让 Metro 发挥作用, 超级本的屏幕必须要升级为电容式触摸屏, 这对近几年的笔记本来说是一次重大的进步今后我们的很多操作都可以不用键盘鼠标, 而是直接在屏幕上点击拖拽和缩放, 这无疑会显著提升超级本的易用性和操作乐趣, 让超级本对消费者更有吸引力此外,Windows 8 还将推出更成熟的声控操作功能 ( 包括中文 ), 我们只需对超级本说话, 它就会自动执行我们的指令, 比如打开网页和向下滚动等事实上, 这项功能在 Windows 7 上就已经存在, 只是还不太成熟, 因此没有被微软重点介绍我们期待在今年 10 月就能看到, 预装 Windows 8 的超级本能够完美支持中文语音识别功能有消息称, 微软在酝酿一个激进的计划放弃 Windows 品牌, 推出一个整合 PC 手机平板和 XBOX 的超级操作系统这一转变是重大的, 这将会大大增加微软产品之间的互联性这意味着, Windows 8 或将是微软推出的最后一个以 Windows 命名的操作系统展望未来 : 超级本的第三次进化会是什么? 经过前面两次由内到外的升级后, 今年四季度上市的超级本将会是一款非常不错的产品, 随着销量的逐步提升, 规模效应将有助于制造成本的下降, 超级本的价格有望在今年降到元以内与此同时, 一些采用创新设计的超级本也有望顺利上市, 比如我们在本届 CES 上见到的联想 YOGA 等机型在本届 CES 上, 英特尔强调 : 超级本的主题是用户体验现在用户对 PC 的要求已经不再集中于性能, 而是提出了全新的需求 : 无需等待无需连线, 表达创造性抓住灵感, 安全放心价格合理又足以完成工作超级本用户体验的改进, 主要体现在人机界面的变化上, 触摸操作技术的出现, 一度跳过了 PC, 直接普及到平板电脑和手机上, 但是超级本会补上这一课, 甚至提供更丰富的人机互动方式在发布会现场, 我们看到 Windows 8 超级本通过内置的陀螺仪传感器, 利用位置变化操作飞机就可在 Google Earth 上飞行摄像头也可以利用起来, 让电脑与用户进行更好的互动, 比如通过手势操作控制 PC 另一方面, 语音控制已经逐步成熟, 现在英特尔能够提供支持 9 种语言并适应口音的自然语言理解技术 ( 包括中文 ), 实时翻译功能也在开发中在 CES 2012 上, 英特尔展示了两款全新的超级本形态, 首先是一部滑盖电脑和传统笔记本转轴连接屏幕机身不同, 这个产品的屏幕不需要翻转, 而是通过滑动来打开屏幕向上滑动可变成一部提供键盘和触摸板的传统笔记本, 向下滑动则是一部屏幕向上的平板电脑造型在传统 PC 体验和平板电脑触摸体验之间, 用户可以随时切换另一部则是 Nikiski, 这款产品在 2011 年的 Computex 上还是一个仅有外壳的概念机, 但是现在它已经是一部可以运行的超级本其亮点在于传统掌托部分变为透明的触摸板, 这样在合上超级本的时候, 用户仍然能够透过触摸板看到屏幕上显示的内容配

115 A26 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月合 Windows 8 用户还可以在合上屏幕状态进行触摸操作同时, 大型触摸板也进行了特殊优化, 可以区分打字时放在上面的手掌和独立的手指操作笔记本的未来在何方? 两年以来, 笔记本发展的迟缓令人感到失望, 尤其是在 ipad 出现以后, 业内一度开始推测笔记本未来将被平板电脑取代不过在经历了本次 CES 展会后, 我们有理由对 PC 行业的未来充满信心, 因为我们看到厂商们不再是简单的模仿和跟随, 而是真正用心去创造一些更伟大的产品整个行业正在经历一次蜕变, 以超级本为代表的新一代 PC 将会重新崛起 IPC 和 JEDEC 发布 J-STD-033C: 新增非 IC 电子元件规范 IPC 和 JEDEC 共同发布了 IPC/JEDEC J-STD-033, 潮湿 / 回流焊敏感表面组装元器件的处理包装运送及使用规范的 C 版本该文档扩充了部分内容, 新增了 EIA/IPC/JEDEC J-STD-075, 组装工艺中非 IC 电子元器件的分类中非 IC 电子元件的处理包装和运送 J-STD-033C 有效地为过去所有标准中没有涉及到的电子元件种类提供了标准规范 IPC/JEDEC J-STD-033C 为表面贴装设备 (SMD) 制造商和用户提供潮湿 / 回流焊敏感表面组装元器件处理包装运送及使用的标准化方法这些方法能帮助避免吸湿和危害, 从而防止产量和可靠性的下降该标准的使用能帮助实现安全无危害的回流焊工艺, 同时保证使用密封袋密封后至少 12 个月的贮存期除了扩充内容外,C 版本还修正了干燥剂计算以及 MSL2 部件所需干燥剂的更少用量 ( 如果需要的话 ) 为了帮助用户认识到防潮袋 (MBBs) 对于维持包装 IC 和非 IC 电子元件贮存期的重要性,J-STD- 033C 提供了推荐和不推荐使用以及可接受的防潮袋 (MBB) 排气图解如需获取最新版本的 J-STD-033C, 请访问 www. jedec.org 或 IPC-CH-65B 中文版标准接近尾声 IPC 5-31CN 技术组成员于 2012 年 2 月 18 至 19 日于 IPC 深圳办公室举办了 IPC-CH-65B 印制板及组件清洗指南中文版标准终审会议, 负责带领 5-31CN 技术组开发本标准的主席是深圳合明科技有限公司王琏先生, 参加本次会议的有王琏先生台达电子 ( 中国 ) 公司王治平台达电子 ( 东莞 ) 郑铭鸿中兴通讯股份有限公司陈德鹅株洲南车时代电气股份有限公司周峰 ZESTRON( 中国 ) 公司王 KYZEN 公司张扬和王海萍工业和信息化部电子第五研究所刘子莲和左新浪等深圳长城开发科技有限公司罗劲松深圳合明科技有限公司季桃仙和钟凤香等 IPC-CH-65B Guidelines for Cleaning of Printed Boards and Assemblies 英文版一经出版就得到了国内业界的广泛关注,IPC 响应行业的呼声, 于 2011 年 7 月即成立 5-31CN 技术组并启动中文版标准开发的工作经过分组翻译组间互审和汇审后, 截止 2011 年底, 在 5-31CN 技术组全体成员的共同努力下已完成了高质量的 IPC-CH-65B 印制板及组件清洗指南的中文汇审稿, 使得中文版标准的开发接近尾声召开本次会议的目的是, 在两天内由技术组成员集中开会, 讨论和解决在汇审后所遗留的这些难点和问题, 针对一些技术逻辑术语不统一和编辑等问题对此标准进行优化该指南英文版共有 191 页, 译成中文有约 340 页, 工作任务紧张, 所有技术组成员都非常努力, 积极地发表自己的见解和看法, 力争精益求精, 让业界同仁更好地使用本手册两天内所有技术组成员共完成审核 317 页中的难点审核, 并对剩余的 30 页待审文章做了进一步安排, 预计再安排一次技术组会议, IPC 做完最后的终审后, 此标准将面市,IPC 中文标准将填补印制板及电子组件清洗的空白, 使 IPC 标准的开发又上一个新台阶

116 第33卷第2期 A 27 行业信息 IPC CEMAC 2012推出焊料和焊接知识盛宴在电子制造业无论您是从事前沿技术研究产国总部评审精选的结果目的是为大家带来高品质品设计生产制造还是从事工艺或质量控制的管理的知识享受二是今年会议的所有演讲内容对与会人员和专业技术人员都将在2012年4月25日-26日举者免费今年恰逢IPC中国成立十周年这次免费举办的IPC CEMAC 2012中国电子制造年会上得到您所措是我们对广大行业同仁长期以来一直支持和帮助期待的内容 IPC中国联袂来自国内外知名公司的众 IPC成长和发展的感谢和回馈多专家共同为中国电子制造业的管理人员和专业技这次会议上汇集的关于焊料和焊接技术的议题可术人员免费提供一场关于焊料和焊接的技术盛宴此谓异彩纷呈有来自美国INDIUM公司的技术副总裁李次会议旨在为与会者提供一个知识学习经验交流和宁成博士奉献的焊料合金的发展趋势来自中兴问题探讨的平台共同探讨电子制造业面临的热点技通讯有限公司制造中心总公司邱华盛先生多年的工作术管理运营和市场趋势问题及时把握市场发展成果基于渗入微量Co对第二代无铅低银SAC焊料合的脉搏此次会议将于2012年4月25日-26日在上海光金改型的机理研究来自中达电子苏州有限公大会展中心国际酒店举行司中国区质量本部项目经理白昌霖先生的 SPI设备的本届中国电子制造年会我们邀请了国内外量测系统分析方法来自联想北京有限公司可知名企业的专家集中两天时间免费为广大与会靠性试验室经理江国栋先生的主板焊接可靠性测试者集中提供一场关于焊料和焊接的高品质技术大与仿真分析等餐 IPC中国培训中心主任和技术总监刘春光说道参加过IPC往年此类会议的与会者们本次将此次IPCCEMAC2012中国电子制造年会对所有听众免费 2012年度所有活动听众免费会有两点不同以往的独特体验一是所有演讲议题欲了解详情及其他议题或咨询报名请登录IPC中技术品质上有了很大提高这是因为本届会议上的国所有议题都是经由IPC中国技术项目委员会和IPC美 asp KIC 24/7 Wave使波峰焊工艺实现了艺术与科技的完美融合 KIC推出了新型KIC 24/7 Wave 它利用波峰焊机欲了解更多KIC新型 24/7 Wave产品请访问器的内置传感器依据合格工艺窗口自动测量每一个 KIC注册于美国圣地亚经过波峰焊的PCB的温度曲哥专门针对回流焊波峰线焊炉中还安装了热电偶焊固化及半导体热处理工装置以持续测量炉腔内的艺研发生产出全自动热处理温度工具和系统,且居于业内领导可以及时发现任何不合地位该公司率先研发出炉格现象而SPC图表提供的温曲线测试及工艺改进工具, Cpk数据能够在工艺过程出之后又研发出下一代热工艺现偏差时发出警报任何一管理系统以帮助制造商改进个PCB的温度曲线都会被记热工艺质量,并降低成本录下来以便能够追溯工艺的全过程如果使用条码则可追溯至单个PCB 除了KIC Explorer以外 KIC产品还包括KIC RPI 回流工艺检测系统和KIC Vision 自动温度曲线测试系 KIC 24/7 Wave的程序初始化与KIC温度曲线测试统等通过推出行业尖端工具 KIC公司一直走在工仪共同完成 KIC温度曲线测试仪可以迅速识别出最艺优化和自动热工艺管理系统的前沿并荣获了各佳的波峰焊设置以改进工艺项行业大奖

117 A28 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 IPC-T-50H 电子电路互连与封装术语及定义 ( 待续 ) ( 上接电子工艺技术 2012 年第 1 期第 A16 页 ) 孔膝 High-Impedance State See Tri-State. 高阻抗状态见三态 High-Voltage Wire Insulated wire, with an insulation thickness that is determined by corona-related factors, that is used for voltages over 240 Vac RMS or over 340 Vdc. 高压线由电晕放电相关因子确定绝缘厚度的一种绝缘线, 用于超过 240 V 的交流电压 ( 均方根 ) 或超过 340 V 的直流电压 (DC) Hipot Test A method in which the unit under test is subjected to a high alternating current (AC) voltage. 高压测试待测单元经受高交流电压测试的方法 Histogram A graph that depicts values that were obtained by dividing the range of a data set into equal intervals and that plots the number of data points in each interval. (See Figure H-2.) 直方图将数据范围设置成等间距并以每个间距内的数据点数来绘制数据值而得到的图 ( 见图 H-2 ) 图 H-3 孔膝 Hole Base Positioning The positioning of a printed board/panel or board assembly/array using tooling holes on the board to facilitate further manufacturing. 孔基准定位为便于后续的生产, 使用板上的定位孔定位印制板 / 在制板或板组件 / 排列 Hole Breakout A condition in which a hole is not completely surrounded by the land. (See Figure H-4.) 孔破出孔未完全被连接盘包围的状况 ( 见图 H-4 ) 图 H-4 孔破出 Hole Density The quantity of holes in a unit area of printed board. 孔密度单位面积印制板中孔的数量图 H-2 直方图 Hole, Knee The intersection of the wall of a hole at the outermost surface of the printed board. (See Figure H-3.) 孔膝 PCB 最外层表面与孔壁的交叉部分 ( 见图 H-3 ) Hole Edge Roughness Unevenness of the edge of a hole formed by drilling or punching. 孔边粗糙度由于钻孔或冲压孔所形成的孔边缘不平整的情况 Hole Filling Process A process of adding a conductive or nonconductive fill material to a plated through-hole, followed by adding an etch resist that covers the hole and its land. The process also includes etching away of the unwanted copper and

118 第 33 卷第 2 期 IPC-T-50H 电子电路互连与封装术语及定义 A 29 subsequent stripping of the etch resist. 填孔工艺将导电或非导电填充材料填加到镀覆孔内, 再填加抗蚀剂覆盖孔及其连接盘的过程该过程还包括蚀刻去除不需要的铜, 再剥除抗蚀剂的步骤 Hole Plugging Process A process of plugging a plated through-hole with liquid solder mask material after the circuit configuration has been completed in order to prevent chemistry from entering the hole during the assembly process. 塞孔工艺在电路结构完成之后, 为了阻止组装工艺期间化学物质进入孔中, 用液体阻焊油墨将镀覆孔堵塞的过程 Hole Location The dimensional position of the center of a hole. 孔位孔中心的位置尺寸 Hole Pattern The arrangement of all the holes in a printed board or production board. 孔图印制板或在制板中所有孔的排列 Homocyclic A ring compound containing only one kind of atom in its ring structure. 同素环化合物在环形结构中只含有一种原子的环形化合物 Homologous Series A series of organic compounds in which each successive member has one more CH 2 group in its molecule than the preceding member. 同源系列其每个后续分子较前一个分子增加一个 CH 2 基团的有机化合物系列 Homopolymer A polymer derived from a single monomer with the aid of initiators that act in the manner of catalysts. 均聚物在引发剂作用下, 以催化的方法单一的单体所形成的聚合物 Hook The rake condition in the flute face of a drill. (See Figure H-6.) 刃钩钻头排屑面的倾斜状态 ( 见图 H-6 ) Hole Pull Strength The load or pull force along the axis of a plated-through hole that will rupture the hole. 孔拉出强度沿镀覆孔的轴向可使孔破裂的负载或拉力 Hole Roughness The coarseness of a hole (at the knee of the hole) or on the wall (barrel) of the hole caused by drilling or punching. 孔粗糙度由于钻孔或冲压孔而导致孔 ( 孔膝处 ) 或孔壁粗糙 Hole Void A void in the metallic deposit of a plated-through hole that exposes the base material. (See Figure H-5.) 孔空洞导致镀覆孔金属沉积内暴露出基材的空洞 ( 见图 H-5 ) 图 H-6 刃钩 Hook Solder Terminal A solder terminal with a curved feature around which one or more wires are wrapped prior to soldering. (See Figure H-7.) 钩形焊接接线柱焊接前可缠绕一条或多条导线的弯曲形状焊接接线柱 ( 见图 H-7 ) 孔空洞图 H-5 孔空洞图 H-7 钩形焊接接线柱

119 A30 电子工艺技术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 Horn A cone-shaped object that transmits ultrasonic energy from a transducer to a bonding tool. 喇叭将超声波能量从振子传送到键接工具的锥形物体 Hot Air (Solder) Leveling (HASL) A physical deposition process using a solder bath into which the printed board is immersed into a molten solder bath and withdrawn across a set of hot air knives (forced hot air flow) used to remove excess solder. 热风 ( 焊料 ) 整平 (HASL) 物理沉积工艺, 即将印制板浸入熔融的焊料槽中, 取出后采用一组热风刀 ( 强制热风流 ) 去除印制板上多余的焊料 Hot Air Reflow Soldering A method of reflow soldering where heated air is circulated in a reflow chamber. 热风再流焊接热风在再流焊炉膛内循环加热的再流焊接方法 Hot Bar A bonding tool for soldering leads of TAB of QFP to substrate using local heat and pressure. 加热棒用局部热量和压力将 QFP 的 TAB 引线焊接到基板上的键合工具 Hot Plate Reflow Soldering Reflow soldering using direct contact or close proximity to a hot plate as the primary source of heat. 热板再流焊接利用发热板的直接接触或紧密作为主要热源而进行的再流焊接 Humidity Aging The exposure to a humid environment as a preconditioning step before a test for component reliability. 潮湿老化在元器件可靠性测试之前, 将其暴露在潮湿环境下进行预处理 Humidity Indicator Card (HIC) A card on which a moisture sensitive chemical is printed such that it will change color from blue to pink when the indicated relative humidity is exceeded. 湿度指示卡 (HIC) 印有湿敏化学药物质的卡片, 当指示卡的颜色由蓝色变为红色时则表示相对湿度超标 Hybrid Circuit A circuit comprising insulating base material with various combinations of interconnected film conductors, film components, semiconductor dice, passive components and bonding wire. 混合电路在绝缘基材上由薄膜导体薄膜元器件半导体芯片无源元器件和键合金属线等不同互连组合而成的电路 Hybrid Integrated Circuit A circuit comprising insulating base material with various combinations of interconnected film conductors, film components, semiconductor dice, passive components and bonding wire that perform the same function as a monolithic semiconductor integrated circuit. 混合集成电路在绝缘基材上由薄膜导体薄膜元器件半导体芯片无源元器件和键合金属线等不同互连组合而组成的电路, 其能执行与单块半导体集成电路相同的功能 Hybrid Microcircuit A circuit comprising insulating base material with various combinations of interconnected film conductors, film components, semiconductor dice, passive components and bonding wire. 混合微电路在绝缘基材上由薄膜导体薄膜元器件半导体芯片无源元器件和键合金属线等不同互连组合而成的电路 Hydrocarbon Tolerance See Dilution Ratio. 碳氢化合物容限见稀释比 Hydrolytic Stability The degree of resistance of a polymer to permanent property changes from hydrolytical effects. 水解稳定性聚合物受水解作用而引起永久性的性能变化的耐受程度 Hydrophilic Matter See Polar Matter. 亲水物质见极性物质 ( 待续 )

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[1-3] (Smile) [4] 808 nm (CW) W 1 50% 1 W 1 W Fig.1 Thermal design of semiconductor laser vertical stack ; Ansys 20 bar ; bar 2 25 Fig

[1-3] (Smile) [4] 808 nm (CW) W 1 50% 1 W 1 W Fig.1 Thermal design of semiconductor laser vertical stack ; Ansys 20 bar ; bar 2 25 Fig 40 6 2011 6 Vol.40 No.6 Infrared and Laser Engineering Jun. 2011 808 nm 2000 W 1 1 1 1 2 2 2 2 2 12 (1. 710119 2. 710119) : bar 808 nm bar 100 W 808 nm 20 bar 2 000 W bar LIV bar 808 nm : : TN248.4 TN365