先进SMT研究分析手段 [复制链接]

先进SMT研究分析手段


作者：张文杰
电子部第二研究所 张文杰
  摘要随着SMT新技术、新工艺、新材料、新器件的发展，针对这种应用趋势国外先进研究机构在开展细致分析、检测方面做了许多工作，特别是投入巨额资金，组建了相应的分析实验室，促进了新技术在SMT领域中发展和应用，本文根据笔者搜集的资科汇总，较详细介绍了此类实验室设备或仪器的配置情况，供国内SMT同行参考并指正。
  关键词 SMT 实验 分析 仪器 检测
  当今SMT应用技术及新器件、新材料发展迅速，尤其是近年来新型元器件，代表性的如BGA、chip-scale逐渐从实验走向批量生产，一种新型元器件类型的出现往往引起新设计方法、新工艺、新设备的发展，在这个现象的后面隐藏了许多的幕后工作，即实验室试验及检测分析。发达国家的研究机构及高校在新技术推出、新材料发现、新型器件类型发展方面不惜组织大量的人力、投入巨额资金和时间组建多种类型的实验室，做了相当细致的分折、研究工作，促进了SMT新技术的应用和成熟发展。
1 实验分桥内容简介
  针对SMT应用，相应的实验分析内容都围绕组装质量和材料物质的可靠性进行，大致可以分为以下几种：(在此不包括电测试范围)
u 表面特征；
u 内部结构；
u 应力及拉力；
u 流体特性；
u 环境影响。
  实验室研究内容主要对新工艺开发、提高可靠性及缺陷分析有重大意义，新工艺的开发涉及新材料开发和应用、工艺过程控制技术、新的组装技术等。新技术的开发工作及开销不可能由单一部门完全承担下来，不可避免地要求许多领域部门或企业的联合开发，最终成果共享，促进行业的技术进步。
  在可靠性和缺陷分析范畴，实验人员和设备的帮助更是价值不菲的，研究人员的经验和智慧，再加上现代化的实验设备计算机化，得到的每一个实验分析结果都凝结着人类的高度智慧和创造。
2 实验设备及仪器应用介绍
  根据上述述简要分析，结合相关检测技术和作用进行介绍。
  扫描电子显微镜SEM(Scanning Electron Microscope)
  该类仪器有两种：常规场致发射SEM、带有X光的能量色散谱仪(EDS)。
主要作用：进行好的深场景、高倍光学分析，利用EDS还可以分板内部织成。
  典型应用：SMT焊点可靠性缺陷检查的显微图像分析，可以进行金相分析。
  声扫描显微镜(Scanning acoustic microscope)
  进行物体无损、高倍率检查。其典型应用是样品器件底部填充空洞检查、分析，特别是filp-chip器件。
  喇曼(Raman)图像显微镜。
  固体表面特性分析，如厚、薄膜等，用于电子封装用的聚合物的确认。
  傅利叶变换红外分光计FTIR(Fourier transform infraredspectrometer)
  利用喇曼光谱分析学进行物体表面吸收的分子种类，用于无机物质分析，例如表面污染度检测，
  光学显微镜
  高倍光学检查，可500倍放大，用于样品分析。
  高速摄影机
  运动过程捕获及分析，典型的如filp-chip的填充过程分析。
  x光衍射仪
  亚微米厚度测量，如PCB或晶片上的镍、金薄膜厚度的测量。
  计算机断层成像X光检查仪
  无损三维图像检查，如塑封、薄型金属元器件，针对焊接缺陷特别有效，典型的如BGA器件焊点空洞、开路、短接，
  原于显微镜(Atomic force microscope)
  用于纳米级薄膜厚度、表面形状绘制、粗糙度测量，典型应用为PCB上的有机阻焊膜厚度及晶片上金属膜厚度测量。
带局部环境的通用拉力测试仪
  附加环境控制条件的拉力测试，典型的如IC芯片、COB器件中的引线可靠性，PCB焊点应力特性。
硬度测试仪
  基本上有三类：纳米硬度测试仪、微波硬度测试仪、超声微波硬度测试仪。用薄膜或微小物体的硬度测量，评价承受力和微小摩擦力等。例如flip-chip金属衬板承受力、硅芯片上的金、银端头、器件引线拉力等。
  表面角度计
  焊点外形倾角测量，主要用于PCB、器件的润湿度衡量。
  聚合材料热特性测试仪
  可大致分为三类：差式扫描热量计DSC(Differential scanning calorimeter)、热力学机械分析仪(Thermal mechanical analyser)、机械冲击热分析仪(Dynamic mechanical thermal analyser)。主要用于PCB玻璃介质、封装材料和阻焊膜的传导特性测试：评价PCB基板、IC封装材料的弹性及松弛度。
  同步热分析仪
  主要进行物质的温度和氧化稳定程度，确定混合物成份，具体如IC的封装材料热稳定特性评价。
  表面张力旋转流速计
  主要进行聚合物的流变特性，具体是针对填充物质，如环氧树脂(epoxy)、密封剂(sealant)、密封胶材料等(encapsulant)。
3 结束语
  新加坡南洋理工大学的GINTIC研究所该类实验室的配置水平很高，其研究项目的设立、检测设备、仪器投资大多来自于大财团、大企业的支持、赞助或损赠，研究成果可以马上用于SMT生产，成果转化效率很高，同时也增强了研究所的基本手段和保持了技术上领先的高水平。这种联合立项、投资、开发研究，成果共享的形式很值得我国SMT企业、研究部门的深思。