柔性线路板(FPC)焊盘设计及其对SMT制程的影响

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1、柔性线路板（FPC）焊盘设计及其对SMT制程的影响目前，柔性线路板（FPC）的焊盘及表面阻焊膜（SolderMask）制造工艺有两种方法使用较为广泛。一种是采用聚酰亚胺薄膜（PI膜：Polyimide）为材料，在对应焊盘位置进行激光切割，使对应位置的铜箔漏出来后进行表面处理（SurfaceFinish）而成为焊盘；另外一种则是采用光致涂覆层（PIC：PhotoImageableCovercoat或称PSC：PhotoSensitiveCoat），原材料有环氧树脂类，丙烯酸类和聚酰亚胺类，有干膜及液态两种状态。采用曝光显影的原理，使对应焊盘位置的PIC（或PSC）涂覆层去除掉。无论是采用上

2、述何种方式，根据SolderMask“开窗”的方式，FPC的焊盘无外乎两种。一种是SMD（SolderMaskDefinedPAD），即：焊盘的大小和形状由SolderMask决定；另外一种是NSMD（NonSolderMaskDefinedPAD），即：焊盘的大小和形状不由SolderMask而由焊盘铜箔（CopperFoil）自身决定。如下图所示：从上图可以看出，对于NSMD类型的焊盘，SolderMask开窗比焊盘本身的铜箔大；而对于SMD类型的焊盘，SolderMask开窗比铜箔小，也就是说，有一部分被SolderMask覆盖住。实验证明，NSMD类焊盘的焊接强度普遍较SMD类焊

3、盘低。主要原因为SMD焊盘除铜箔与基材的粘接作用外，SolderMask同时也起到了加强的作用。而NSMD类焊盘则主要依靠铜箔与基材的粘接作用。我们在作元器件的强度测试时，经常发现断裂面出现在铜箔与基材之间而非焊锡处。如下图所示：而对于WCSP（WaferChipScalePackage）封装及其它Finepitch元器件而言，同样存在上述焊接强度的问题。为改善其焊接强度，提高可靠性，一般情况下需要增加Underfill（底部填充）工艺。既然NSMD存在这样的问题，为什么还被广泛地采用呢？答案很简单，因为SMD类焊盘的制作工艺难度较大，且精度要求非常高，大大增加了制造成本。目前能达到的S

4、olderMask尺寸精度水平维持在±0.1mm，采用PIC（或PSC）工艺后制造精度有所提高。但迫于成本的压力，NSMD越来越受到FPC制造商的青睐。下图为288PinBGA的局部焊盘图片，就表明了SMD类焊盘的致命弱点：由于SolderMask“开窗”精度差，致使其将部分甚至大部分焊盘覆盖住，严重时导致SMT工艺无法进行。事实上，对于FPC制造商而言，采用NSMD类焊盘，他们降低了制作难度，提高了良品率。相反地，却增加了SMT工艺难度。特别是WCSP等Finepitch元器件，由于NSMD是将焊盘整体“开窗”，这样也会将线路曝露在外。由于线路与焊盘一样具备可焊性，但线路与焊盘间距过小

5、（小于0.1mm）时，极易引起短路缺陷。见下图：实际试作短路数据如下：其中，#4ball、#5ball、#7ball与线路短路总数36pcs，占总短路不良的81.8%。说明#6ball线路由于与相邻的ball间距过小是造成短路不良的直接原因。为解决WCSP短路不良的问题，可以从两方面着手：一方面，优化FPC电路设计，在保证功能正常的前提下将#6ball去除，这样就可以在很大程度上降低短路不良的发生。如下图所示：另一方面，通过SMT制程内进行改善，即：优化钢网开口设计，采用Offset-mask。Offset-mask指的是，通过钢网开口人为增加一定的Offset，使印刷后锡膏与线路之间的

6、间距增大，从而减少短路不良的发生。而对于Ball的两边都有线路的情况，则通过改变钢网开口形状进行改善。例如，将正方形的开口改为长方形开口，而开口面积不变（即锡膏量不变）。当然，此时必须注意钢网开口的两个指标（宽厚比及面积比）在合理的范围。如下图所示：从以上两种钢网开口设计的印刷、焊接效果对比可以看出，采用Offsetmask不会影响WCSP的焊接效果。另外，此种方式可以大大降低WCSP短路不良的发生。通过大批量生产数据，通过采取此种方式后短路不良在500ppm以下。为进一步验证改变个别WCSP开口形状（由正方行改为长方形）是否对焊点形状和强度造成影响，我们作了微观切片分析，结果如下：通过

7、微观切片观察，形状改变对锡膏量不存在影响。各焊点大小及形状一致性良好。作强度测试后的数据也充分说明了这一点。因此，对于Fine-pitch封装的元器件，若其FPC上的焊盘设计为NSMD型时，我们可以通过优化钢网开口设计来改善其短路缺陷，达到提高SMT制程良率的目的。综上所述，柔性线路板（FPC）上的焊盘设计可分为SMD及NSMD两种，其各有利弊。对于WCSP类等Fine-pitch的元器件，一般采取NSMD的形式。我们可以通过电路设