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概述
植球技術已廣泛地應用于半導體工業。直接植球為二次組裝提供了一個靈活、快速、準確而成本低廉的解決方案。越來越多的專業晶圓制造商普及植球工藝來取代傳統工藝，如電解鍍焊或采用高精度印刷平臺印焊膏等。不過，大型EMS企業也逐步進入這一領域，因其可提供更快的產出而使得設備應用的成本相對較低。OEM客戶在器件制造方面有新的概念，即器件可在EMS公司制作生產并直接投入電子制造組裝。它提供了更好的收益率，縮短了產品交貨期，符合客戶要求的中低級產出量，最重要的是在成本上有了很大程度的降低。這迫使EMS企業需配置晶圓級和芯片級的制造技術，以更好地服務OEM客戶。因此，在SMT行業中植球技術變得越來越有必要。印刷機器能與普通SMT工藝共享，這將不會影響電路板正常的生產制程。本文介紹了應用在電路板上的植球技術，其工序包括膏狀助焊劑印刷、植球（球印刷）、返工和回流焊工藝。它結合標準焊膏印刷工藝和植球工藝，實現了以低成本和靈活的系統來完成一個半導體產品。

流程簡介

在EMS工廠設計的植球工藝， 將半導體和SMT工藝相結合，并采用了特殊的植球印刷頭。植球需要兩臺在線印刷機：一臺是用于涂布膏狀助焊劑的普通絲網模板式印刷機，另一臺是用于植球。兩臺印刷機都可隨時切換為電子組裝用的普通印刷機。此外，用于爐前返工補球的低成本設備，可有效地在回流焊之前補球，以避免諸如少球等品質問題。整個工藝包括四個步驟：涂布助焊劑、植球、檢驗及返工、回流焊。

步驟一：助焊劑印刷
涂布膏狀助焊劑是植球工藝的第一步。它是保持球的定位以及在回流焊中良好成型的關鍵材料。特別設計的絲網模板（見圖1）應用于膏狀助焊劑的印刷。該絲網模板開口是基于印刷電路板焊盤尺寸和焊料球的大小設計而成的。

在印刷膏狀助焊劑這一步，同時使用了兩種類型的刮刀，前刮刀是橡膠刮刀，后刮刀是金屬垂直刮板。垂直刮板先將一層薄薄的助焊劑均勻涂布在絲網模板上，然后，橡膠刮刀再將助焊劑印刷在電路板焊盤上。這種工藝設計的好處是在線路板的焊盤上提供一層平整均勻的助焊劑層，同時也保持絲網模板潤濕而不干燥，有效地防止了助焊劑堵孔的現象。

圖2是用于印刷助焊劑的橡膠刮刀圖例。圖3是用于印刷助焊劑的垂直刮板圖例。
采用DOE來確定助焊劑印刷的最佳參數。
印刷之后以顯微鏡來觀察并計算助焊劑在焊盤上的覆蓋率，并計算DOE的結果。表2是實際助焊劑印刷的DOE矩陣數據。

助焊劑覆蓋率反映了DOE實驗結果。圖5是助焊劑印刷缺陷的實例，其中包括印刷錯位，過量溢出和量少等。

從各因素主要關系與交聯反應的影響圖分析（見圖6 ）, 印刷速度、印刷壓力、刮刀角度和印刷間隙各個因素對助焊劑印刷結果都有著顯著的影響。而且各個因素之間的交聯反應也對印刷結果有顯著影響。

基于參數矩陣優化分析可得出優化參數設定，如表3所列。

在這個DOE試驗中能夠得到最優化的印刷參數設定。當然，不同設備會有差異。在生產過程中，絲網模板很容易被損壞，所以，需要細心的處理和搬動。在助焊劑印刷過程中，固體粉塵或者其它外來的物質很容易堵塞模版的開口。只能用空氣槍來清洗絲網模板。異丙醇或酒精等清洗劑都不能用來清洗絲網模版，因其會溶解并破壞絲網制作所使用的高分子材料。 通常是在生產結束后用無塵布沾上去離子水擦拭并用氣槍吹干。

印刷完助焊劑后，需要在顯微鏡下檢查漏印、量不足或錯位缺陷。通常，助焊劑是透明的，而且目視檢驗難以檢查出缺陷。為方便目視檢查，合理改變助焊劑顏色的調查和研究是必要的。

步驟二：植球
在植球階段，同樣，需使用特殊設計的模板。該模板設計也是基于實際焊料球大小和電路板板焊盤。需考慮兩方面的因素：一是需避免助焊劑污染模板和焊料球；另一個因素是如何使球順利通過模板開口。該模板是兩層結構：模板的主體是電鑄模板，具有比激光或化學蝕刻模板更光滑的孔壁，可使焊球順利通過；第二層是緊密結合在模板的底部形成一個略帶柔性的隔離層。復合的兩層具有與球直徑同樣的厚度, 完全可避免膏狀助焊劑對絲網模板和焊料球的污染，使得焊球能順利通過模板到達焊盤并被助焊劑粘住。圖7所示是焊料球印刷模板的放大圖像。
特別設計的植球印刷頭能引導每個焊球使其與模板之間以最低的摩擦力，并施以可控制的放置力將每一個球置入每個開孔中。其間焊料球是通過毛細管作用和重力的影響被分配到每個開孔中。在焊球印刷這一步工藝中，焊料球轉移設備是極其關鍵的，并利用特殊設計的模板將焊料球轉移到正確的位置從而完成焊球的傳輸動作。焊料球印刷的參數定義如表4所列。

在印刷過程中，偶爾會發生焊球堵孔，這是由于開孔容易被細小灰塵或纖維堵塞所致。因為很難確定哪個焊球受損, 需報廢所有待印刷的焊球。因此，焊錫球廢棄率較高。在這一步，不需要對模板進行清洗。也不能用IPA或酒精清洗劑擦試模板，因為有機清洗劑會破壞模板兩層之間的粘合。如果發生堵塞可使用氣槍來清理。

步驟三：檢測和返工工藝的介紹

AOI（自動光學檢測）設備應用于植球以后的在線檢測。通常，主要缺陷是焊料球缺失和錯位。檢查后，有缺陷的電路板需使用離線的半自動再植球設備做返工處理。對于錯位，清洗電路板并重新印刷是唯一的辦法。圖9所示是缺球和球錯位的圖例。

離線的半自動單個球放置機器是為少球重植而專門設計的。少球的放置需要使用成熟準確的放大圖像系統：先在缺球的焊盤上涂布膏狀助焊劑，另一個操作臂則在該焊盤上置入焊料球。如果焊盤上的助焊劑已經足夠了，則可以在編寫程序時將涂布助焊劑步驟省略。間隙性氣壓控制是完成涂布助焊劑和植球的關鍵。圖10所示是焊料球返工設備的結構。

該離線補球操作非常重要，不能影響到電路板上的其它準確置位的焊料球。經過返工后，需要將電路板在回流焊前用AOI設備重新檢查，以確保無缺陷。

步驟四：回流焊工藝介紹

焊料球回流焊過程是普通的回流焊工藝。對于無鉛產品，一般選用的焊球合金是Sn98.5 Ag1 Cu0.5 ，它的熔點比用于電路板另一面的無鉛焊膏略高一點，（通常高出2~3℃），以防止在二次回流中再次造成缺陷。這也取決于客戶的工藝要求?；亓骱傅淖罡邷囟燃s為240℃。圖11所示是關于植球回流焊的曲線圖。

回流焊后需要用AOI檢查。在這一步中，考慮該產品是bga類型，如果有任何少球或錯位，該電路板將報廢。 因任何方式的返修都可能引起在下一步組裝過程中組件的失效。
這項植球研究是從EMS公司的生產角度定義了涂布助焊劑、植球、返工及回流焊的標準工藝。其關鍵工藝點是助焊劑涂布參數設定、置球模板和缺失焊球的返工。植球技術結合了半導體和表面貼裝技術，并提供給OEM客戶快速生產量和更好的服務。因其在膏狀助焊劑印刷后的檢驗存在一些檢出率的不足，因此，與助焊劑供貨商合作以尋求利于印刷后檢驗效果的進一步的研究是必要的。