4.4 0.4mm CSP组装工艺

背景

0.4mm间距的CSP（以下简称为CSP），如图4-20所示，是终端类产品常用的封装之一。由于间距小，在工艺上具有一定的挑战性，主要表现在焊膏的印刷方面。在大多数情况下，表现为焊膏印刷转移不全（俗称少锡）甚至漏印；有时因阻焊设计或PCB支撑不到位也表现为焊膏偏多，即所谓的焊膏拉尖现象。

同时，CSP封装及安装结构对焊膏量非常敏感。一方面，焊膏量过少，会直接导致焊剂去除CSP焊球表面氧化物的能力降低；另一方面，焊膏量过多又会导致桥连的发生。因此，CSP需要足够并稳定的焊膏量，对焊膏印刷要求比较高。

组装问题

CSP常见的组装不良，大多与焊膏印刷质量有关，常见的组装不良主要有以下两类。

（1）焊膏转移不全导致的虚焊现象——球窝（HoP）与开焊（Open），如图4-21所示。

（2）焊膏印刷偏厚或设计不当引起的桥连，如图4-22所示。

分析

1.虚焊缺陷形成机理

虚焊主要包括球窝与开焊。

球窝是CSP最常见的焊接不良，其形成机理如图4-23所示，主要原因是CSP的热变形与焊膏量不足所致。通常通过优化焊膏印刷，或换用活性比较高的焊膏，或采用惰性气氛焊接都可以得以解决。

开焊，在多数情况下为焊膏漏印所致。还有一种特例，即焊盘可焊性不良也会导致开焊，这种开焊有一个专有名字——无润湿开焊（Non Wet Open，NWO），其形成机理如图4-24所示。

2.桥连缺陷形成机理

我们人为制造焊膏桥连，用再流焊观察仪进行观察，发现相邻焊球间桥连的焊膏不多时，都会自动分开；但焊膏量过多时，焊膏熔化时就很难分开，从而发生桥连。

其形成过程为：焊接时，首先焊膏熔化，接着桥连的熔融焊锡分开，之后发生塌落，如图4-25所示。

所有球阵列封装，其焊接过程一样。桥连与否取决于焊球的有效间隔及焊膏量的多少。正常焊接条件下（BGA没有受潮），如果有效间隔≥0.18mm，不管焊膏量多少，一般不会桥连；如果有效间隔＜0.15mm，则对焊膏量敏感，如果焊膏过多就可能发生桥连。因此，CSP的桥连主要由于间距比较小，难以“吸附”过多的焊料所致。

上述提到的“有效间隔”是指贴装后焊盘/焊球间的最小间隔，这个间隔与焊盘设计间距和贴装偏差有关。如果贴偏，实际上的间隔就会缩减。因此，对于小间隔BGA，贴装精度很重要。

另外，设计对牵连的影响也比较大，特别是局部阻焊定义焊盘设计，往往因为焊膏量多而又无“容纳”的地方而发生桥连，如图4-26所示。

设计影响

0.4mm CSP的设计集中到一点，就是阻焊厚度、开窗尺寸与位置等对焊膏印刷的影响显著。

1.焊盘设计（阻焊定义焊盘的影响）

0.4mm CSP，由于焊盘尺寸小，焊膏印刷经常因“少锡”而虚焊（如球窝、开焊）。桥连现象并不多见，若出现也往往位置固定，与特定的设计有关。

对于0.4mm CSP的焊盘设计，一般均采用铜箔定义（NSMD），但有时个别焊盘因接地等情况采用了阻焊定义设计。这样的设计，一方面减少了熔融焊锡的“容纳”空间以及增加了焊膏量，另一方面，个别焊盘又不能改变CSP的塌落高度。这两方面的因素，最终导致特定位置发生桥连。图4-27所示的设计就有可能导致桥连现象发生。

2.阻焊厚度设计

阻焊厚度主要影响焊膏的印刷图形，简单来说，就是阻焊厚度影响钢网与焊盘的密封状态。

如果阻焊厚度超过焊粉颗粒的直径，焊膏印刷时将被挤到焊盘外，形成鼓状的外溢，如图4-28所示。脱网后表现为“拉尖”。

3.阻焊窗偏位

如果阻焊偏位，将引发焊膏被挤现象，如图4-29所示。

组装工艺

1）PCB的设计

采用NSMD设计焊盘，圆形，直径为ϕ0.25mm，图4-30所示为厂家推荐的设计。

对于应用于小板拼板的情况，一定要仔细考虑PCB的翘曲问题，因为钢网与PCB的0.1mm间隙都会影响焊膏的印刷。

2）钢网

厚度为0.100～0.125mm，为消除连锡现象，首推厚度为0.08mm的钢网。

开孔尺寸为0.25mm×0.25mm，方形（比圆形要好）或ϕ0.28mm的圆形。

3）焊膏

采用3号粉，含量为90%。

4）印刷

印刷工序的关键是做好对PCB的支撑，很多厂家采用了真空夹具，如图4-31、图4-32所示。

刮刀速度为20～25mm/s，分离速度为1mm/s。

5）贴片

由于具有很好的自校准功能，偏移25%焊盘准则可以接受。考虑到焊盘位置和宽度及印刷的公差影响，贴片误差≤±0.075mm。