基于BGA芯片的激光植球系统的设计与研究

摘要

随着微电子制造工业中集成度的提高，需要的输入输出（I/O）引线也越来越多。同时，表面贴装技术（SMT）的出现及广泛应用，大大增加了以BGA（Ball Grid Array）技术和倒装芯片技术为代表的封装技术的应用与普及。本文将激光回流焊引入植球工艺，并利用机器视觉进行定位，搭建了激光植球系统的实验样机。整机主要由视觉定位系统、运动控制系统、激光控制系统组成。 视觉定位系统主要负责获取芯片图像中焊盘位置坐标信息，计算其相对于植球头的位置偏移，并要满足植球精度要求。文中主要对前期开发的视觉对准系统进行功能接口封装，使其能够被图形化的编程平台LabVIEW调用，为系统集成提供方便快捷的功能接口。对系统实际构建过程中出现的问题和不足，文章做了针对性的改进和完善。 运动控制系统主要负责待加工芯片的工位定位。根据植球工艺的行业规范和工艺流程，文章实现了植球机的运动控制流程。并针对实验样机X-Y定位平台中存在的装配误差，提出了一种基于机器视觉的标定方法，通过软件补偿对X-Y定位平台的定位精度进行了校正。实验结果表明，系统在加入了补偿算法后的定位精度可以满足加工直径≥0.3mm的焊球。 激光控制系统主要负责激光输出功率、电流、输出时间控制。本文引入了图形化的开发平台LabVIEW对系统的独立模块进行整合，构建了友好的人机交互页面。 同时，本文对实验样机的部分加工样件的凸点质量进行了外观目测和剪切力实验。实验针对激光的焦点和焊接平面的距离、调节输出功率、电流大小、回流时间长短、控制助焊剂的使用量做了初步的探讨。实验数据对优化激光回流的工艺参数，提高焊接质量有着积极的参考意义。最后文章从工艺实验中反映出来的系统效率问题提出了分析和改进，通过实验验证了改进效果。