电子封装实验室

发布者:系统管理员发布时间:2015-07-23浏览次数:2762

    电子封装实验室成立于2008年,属专业技术实验室,承担全院电子封装技术专业的实验教学、科技创新和科研任务。自电子封装技术专业成立以来,学校给予高度重视,投入总经费100多万元用于电子封装实验室的建设。目前已建立四个实验平台:1)封装及微组装平台,包括点胶、引线键合、重熔、微孔、再流焊、返修、丝网印刷; 2)性能分析和测试平台,导热性能测试、导电性能测试、频谱发射器、数字示波器、直流电源等;3)可靠性与失效分析:环境试验、结合强度测试、显微结构表征、有限元计算;4)表面贴装(SMT)和插装(THT)生产演示线:焊膏印刷机、贴片机、回流焊机、波峰焊机等。

电子封装实验室坚持教学和科研相结合的原则,为学生提供优良的实践教学和科技创新平台,同时又承担一定的科研任务,为推动山东半岛蓝色经济区和全国的半导体产业发展提供人才和技术支持。

主要设备

多功能压焊机

    多功能压焊机是适合于特殊电子元器件封装生产中芯片内部引脚互连工艺应用的专用设备,是电子元器件封装生产中关键设备之一。设备型号为WB-91D,由北京中电科电子装备有限公司2009年生产。WB-91D利用超声压焊原理实现芯片与引线框架的电气互连,是具有球焊、楔焊、深腔压焊功能的手动多功能压焊机,广泛的应用于混合电路、COB模块、MCMMEMS器件、RF器件/模块、光电器件和微波器件等。    


1 WB-91D 多功能压焊机(左)、QFP封装芯片的内部结构(右)

图2 芯片内引脚(左)、引线键合过程示意图(右)


热风BGA再流焊返修台

    热风BGA再流焊返修台由美国OK international公司2007年生产,型号为APR-5000-DZ。它是利用热风对钎料加热,使钎料熔化并实现回流,钎料冷却后作为键合材料,实现电气和机械连接。在芯片拆装中,加热熔化钎料,施加外力,可以实现芯片与基板分离。主要用于BGA贴片和拆片,还能高效、稳定地拆除和替换各种异形组件,比如通孔组件、连接器、电位器、管座,甚至堆栈式封装器件等。

图3 APR-5000-DZ热风BGA再流焊返修台

图4 BGA芯片结构示意图(左)、热风再流焊中的芯片和焊点的受力示意图(右)


光纤传输激光焊接机

    光纤传输激光焊接机由武汉楚天工业激光设备有限公司2010年生产,型号为JHM-2GX-200D。激光波长为1064nm,额定输出功率为200WJHM-2GX-200D的最大特点是通过激光光纤传输可以实现远距离焊接和通过分光技术实现多工位加工和同时加工,主要运用于光纤连接器、微电子元件、医疗器械、精密零件等焊接。

图5 JHM-2GX-200D激光焊接机控制台(左)和工作平台(右)


接合强度测试仪

    接合强度测试仪采用拉、推、剥、剪的方式,对各种半导体基板上器件的接点或引线的接合强度进行高精度测试。由日本力世科(RHESCN)公司于2009年生产,型号PTR-1101。该设备具有如下特点;操作简单,一机多能只需简单地更换传感器(插拔操作)或更换测试平台(螺丝拆卸),即可实现对不同基板上的各种器件进行拉、推、剥、剪等形式的测定;灵敏度高,稳定性好,测试精度±0.2%;测量范围广,选定不同的传感器,可测试从几克到几十千克的接合强度;夹具丰富,种类齐全拥有适于目前各种形状基板的夹具,以保证测量结果的准确性。PTR-1101主要用于拉力测试(pull)、推力测试(push)、剥离测试(peel)、剪切测试(shear),包括破坏、非破坏两种模式。




6 PTR-1101接合强度测试仪

7引线拉断、玻璃拉断、球推断、芯片推断试验的示意图


环氧粘片机

环氧粘片机是用于将芯片和芯片框架粘结的一种手动设备,是半导体生产线上后封装工序必备的关键设备之一。DB-96环氧粘片机由北京中电科电子装备有限公司于2009年生产。该设备主要应用于混合电路、COB模块、MCMMEMS器件、RF器件/模块、光电器件、微波器件、雷达器件、传感器等多种器件生产中的粘片工序。

图8 DB-96环氧粘片机


闪光法导热分析仪LFA 447

闪光法导热分析仪LFA447由耐驰(NETZSCH)公司于2010年生产。该设备要求样品尺寸较小,测量范围宽,可测量除绝热材料以外的绝大部分材料。它遵照ASTM E1461标准,使用氙灯作为加热源加热样品表面,使用红外探测器读取样品温升,减少了潜在的表面热阻的原理设计与生产。LFA 447的测试温度范围为室温~300℃,导热系数范围为0.12000 W/m·K,样品直径为10×10mm ()或者25.4mm(圆),样品厚度为0.12 mm,精确度为3%7%。可以同时测试两个样品。配备In-plane和纵向测试两种样品台。该设备主要适用的样品形状有固体、液体、粉末、薄膜、可分析多层样品。

图9 闪光法导热分析仪LFA 447

图10 闪光法导热分析仪LFA 447的结构示意图


高低温湿热交变试验箱

    高低温湿热交变试验箱由艾默生科技公司于2012年生产。该设备采用日本原装进口"优易控"品牌温湿度仪表,7英寸高清真彩液晶触摸显示屏。温湿度显示控制仪表采用(日本)触摸屏操作简单,无须按键输入,精度0.1(显示范围),解析度±0.1℃,具有自动演算的功能,可将温湿度变化条件立即修正。此机台可做高低温试验、高低温湿度恒定试验、高低温循环试验等等。

图11 高低温湿热交变试验箱


数字编程式小型回流焊机

    回流焊也叫再流焊,是伴随微型化电子产品的出现而发展起来的焊接技术,主要应用于各类表面组装元器件的焊接。所谓小型回流焊,也就是适合小规模生产的机器外形相对较小的回流焊机。映显M962A数字编程式小型回流焊机可以实现编程控制,大大提高效率和精度。

图12 映显M962A数字编程式小型回流焊机


表面贴装(SMT)和插装(THT)生产演示线

    表面贴装(SMT)和插装(THT)生产演示线由深圳市拓普达咨询有限公司捐赠,包括焊锡膏印刷机、贴片机、回流焊机、波峰焊机等。

回流焊是英文ReflowSoldring的直译,是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏装软钎焊料,实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。流程如下:首先PCB进入140℃~160℃的预热温区时,焊膏中的溶剂、气体蒸发掉,同时,焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件焊端和引脚,焊膏软化、塌落,覆盖了焊盘,将焊盘、元器件引脚与氧气隔离;并使表贴元件得到充分的预热,接着进入焊接区时,温度以每秒23℃的升温速率迅速上升使焊膏达到熔化状态,液态焊锡在PCB的焊盘、元器件焊端和引脚润湿、扩散、漫流和回流混合在焊接界面上生成金属化合物,形成焊锡接点;最后PCB进入冷却区使焊点凝固。回流焊接设备广泛应用于LED、消费类电子、家电、计算机、汽车电子、通讯、医疗器械、仪器仪表、军工、航空航天等领域,具有高可靠性、高稳定性、高性价比及高的焊接成品率等特点。

波峰焊是指将熔化的软钎焊料(铅锡合金),经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰,亦可通过向焊料池注入氮气来形成,使预先装有元器件的印制板通过焊料波峰,实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。根据机器所使用不同几何形状的波峰,波峰焊系统可分许多种。波峰焊流程:将元件插入相应的元件孔中 →预涂助焊剂→预烘(温度90~100℃,长度1~1.2m)→波峰焊(220~240℃)→ 切除多余插件脚 → 检查。


图13 回流焊机


图14波峰焊机