專注等離子體表面處理設(shè)備
質(zhì)量為根本
市場為導(dǎo)向
人才為核心
試驗部分
有膠FCCL 板材:1mil PI,20μm AD ,18/18μm Cu;無膠 FCCL板材:1milPI,18/18μm Cu;CVL:1milPI,20μm AD
金相顯微鏡,Dage 4000推拉力測試儀
開料→外層干膜→掩孔蝕刻→外層AOI→測量漲縮→假接CVL→快壓→烘烤→沉鎳鈀金→假接補強→層壓→激光外形→數(shù)據(jù)收集
注:試驗圖形設(shè)計:中間模擬芯片規(guī)格4mm*6mm,模擬芯片四周設(shè)計不同線寬間距(最小4mil/4mil)的綁定盤,綁定盤在模擬芯片方向的端部距離模擬芯片1mm。
①邦定打線合格率:打線100根,打上線為合格。
②引線拉力:采用Dage 4000 推拉力測試儀進行引線拉力測試,測試方式如下圖所示,本文以測試點3 的拉力值評估引線拉力。
結(jié)果與討論
按現(xiàn)有生產(chǎn)條件統(tǒng)計十款FPC邦定不良板,其邦定不良的影響源分布如圖2 中所示,按分布比例排序,前三的影響源依次為:柔性基材、焊盤粗糙、金面污染。
為了分析上述統(tǒng)計的邦定不良影響源,首先分析一下邦定工藝原理。邦定工藝是在超聲波(USG)、壓力(FORCE)及一定時間(TIME)的條件下,使引線與焊盤金屬產(chǎn)生原子間鍵合,從而使引線與焊盤結(jié)合在一起。其示意圖如下圖3:當(dāng)引線與焊盤金屬產(chǎn)生原子鍵合后,劈刀就會將多余線給斬掉,完成綁定。
通過上述邦定可知原理可知,滿足綁定時,承載邦定盤的介質(zhì)層的承壓能力必須大于劈刀斬引線的壓力,如果承壓能力小于劈刀斬引線的壓力,就會導(dǎo)致引線斬不斷,進而在邦定頭移動過程中拉扯引線,促使邦定面裂開而邦不上的現(xiàn)象;完成邦定還必須滿足另一個必要前提:引線原子與焊盤金屬原子距離≤引線或者焊盤本身金屬原子距離。達到這個必要前提,除了邦定工藝參數(shù)以外,邦定盤本身必須平整,能夠提供引線與焊盤較大的接觸面積,提高兩者原子鍵合概率;其次邦定盤必須潔凈,污染物會隔離引線與焊盤金屬原子接觸,阻礙金屬原子鍵合。而FPC邦定盤的承載介質(zhì)層與PCB有很大差別,其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖4,從圖中可以看出,F(xiàn)PC綁定盤的承載介質(zhì)層是PI+AD 或者純PI,而PCB綁定盤的承載介質(zhì)層是FR4。
將圖4 中幾種綁定盤承載材質(zhì)編號:(a)PI+AD、(b)PI、(c)FR4,統(tǒng)計綁定合格率(標準模式Ball-Wedge,一端球焊、一端楔焊,打線100根,打上線為合格),結(jié)果如下圖5所示:
從圖5 中可以看出,承載介質(zhì)層為有膠板材(PI+AD)的綁定合格率最差,分析認為:承載介質(zhì)有膠板材中的AD 層為單純純膠層,其塑性變形能力強,遠大于PI 及FR4,在綁定過程中的壓力作用下,AD發(fā)生塑性變形,帶動邦定盤一起變形,如圖6 所示,從而導(dǎo)致劈刀無法斬斷引線,綁定不上。而承載介質(zhì)層為無膠板材(PI)的綁定合格率與FR4 相差不多,證明無膠板材的承壓能力完全滿足邦定需求。
FPC 產(chǎn)品除了承載邦定盤介質(zhì)層與PCB有很大不同,在加工過程中也與PCB 有很大的差異,圖7是兩種產(chǎn)品鎳鈀金表面處理后的大致流程對比。
圖7 FPC 與PCB流程對比
從圖7 對比中可以看出,F(xiàn)PC 流程在鎳鈀金表面處理后與PCB 流程最大的不同便是補強壓合與激光外形。在補強壓合過程中,由于離型膜與邦定盤表面接觸,離型膜會殘留硅油于金面上;而激光外形過程中,激光炭黑濺射,落在金面上;如圖8 所示,由于硅油和炭黑遺留在金面上會隔離引線與焊盤表面金原子的接觸,從而影響原子的鍵合。
激光外形遺留的炭黑不僅影響綁定,而且還會造成產(chǎn)品的短路,為此FPC 產(chǎn)品激光外形后會經(jīng)過噴砂處理炭黑,但是噴砂后金面形成不同的凹坑,金面很粗糙如圖9(a)所示,甚至金面有些地方金原子流失如圖9(b)所示(紅色線為金原子含量,黃色線為);金面粗糙不平整必然導(dǎo)致引線原子與焊盤原子接觸不充分,影響鍵合,而金面金原子的流失點,也會影響原子鍵合。
綜合上述分析可知:FPC 邦定不良主要影響是有膠板材無法承受劈刀斬線的壓力導(dǎo)致打線不上,其次是FPC特殊加工流程導(dǎo)致金面污染和金面粗糙影響引線與焊盤的原子鍵合。
基于以上分析,保證FPC 產(chǎn)品的邦定性能主要從基材與金面質(zhì)量改善出發(fā),在保持邦定參數(shù)不變的情況下,主要有以下幾個改善方向:基材選型、補強壓合、激光外形三個方面。
針對有膠板材,采用兩種打線方式進行綁定,一種是標準模式Ball-Wedge(一端球焊、一端楔焊),一種是BSOB模式(兩端球焊),其邦定合格率(打線100 根,打上線為合格)對比如下圖10。
從上圖10 中可以看出有膠板材在BSOB(兩端球焊)綁定模式下邦定良好,分析認為:此模式下,鍵合壓力先在邦定面形成焊球,然后在兩個球間拉引線,引線從焊球端點拉出,當(dāng)劈刀斬斷多余引線時,壓力直接作用在焊球上,而焊球為純軟金,金層很厚,能夠很好的將劈刀壓力緩沖掉,如圖11 所示兩種綁定模式示意圖,因此BSOB模式能夠很好在有膠板材上完成邦定。
因此 FPC 產(chǎn)品選擇基材需要很謹慎,有膠板材只能選擇BSOB 模式,而無膠板材則可以選擇Ball-Wedge和BSOB兩種模式。
補強壓合時對FPC 邦定的影響,主要是所用離型膜在壓合過程中的高溫高壓下遺留有硅油,導(dǎo)致金面污染;硅油污染物阻礙了引線原子與焊盤原子的鍵合。如圖12 所示,補強壓合后,不僅打線合格率下降,并且引線拉力也減弱了很多。
為此引入了無硅型離型膜,壓合后其打線合格率明顯優(yōu)于有硅離型膜,并且引線的平均拉力也高于有硅離型膜,如圖13所示。分析認為,無硅離型膜比較耐層壓過程中的高壓及高溫,壓合后無硅油等雜物遺留在金面上,保證了金面的潔凈,從而不影響打線。
激光外形對于邦定影響主要體現(xiàn)在兩個方面,首先是激光碳黑污染金面,其影響邦定機理與補強壓合的影響機理相似,都是污染金面造成邦定不良,其次是激光外形后的后處理-噴砂造成金面的粗糙,而影響邦定性能。激光外形、噴砂后邦定打線合格率及引線拉力會明顯弱于激光外形前,如
圖14 所示。
圖14 激光外形對邦定的影響
為了改善激光外形對邦定影響,在激光外形后對產(chǎn)品采用等離子清洗,清洗效果如圖15 所示,清洗后切割縫及金面上炭黑明顯沒有了,說明等離子能夠有效去除激光外形后的炭黑,激光外形后可以采用等離子清洗代替噴砂處理。
圖16 是等離子清洗激光外形后的邦定性能對比,從圖中可以看出,等離子清洗后,邦定打線合格率接近100﹪,并且引線拉力也在8g左右,明顯高于激光外形后及噴砂后,等離子清洗后不僅去除了炭黑,還可以去除金面上所占有的其他污染物,能夠有效提高邦定性能。
結(jié)論
通過以上對FPC 產(chǎn)品邦定性能的影響分析研究及改善對比,可總結(jié)出如下結(jié)論:
(1)FPC邦定不良主要是由于FPC 本身材質(zhì)的承壓能力較弱,以及FPC產(chǎn)品特殊的加工流程帶來的金面污染和粗糙造成的。
(2)確定了FPC 產(chǎn)品邦定時,要跟據(jù)所用材料類型選擇邦定模式:有膠板材只能采用BSOB 模式,無膠板材兩種模式都可行。
(3)通過壓合時引入無硅離型膜,激光外形后做等離子清洗等措施能夠有效避免金面污染和粗糙,提高邦定打線合格率及引線拉力。
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