SMT usa l'analisi è a soluzione di cavità di saldatura di riflussu d'aria in pasta di saldatura convenzionale (Edizione Essence 2023), vi meritate!
1 Introduzione
In l'assemblea di u circuitu, a pasta di saldatura hè stampata prima nantu à u pad di saldatura di u circuitu, è dopu sò appiicati diversi cumpunenti elettronici. Infine, dopu à u furnace di riflussu, i perle di stagno in a pasta di saldatura sò fuse è ogni tipu di cumpunenti elettronichi è u pad di saldatura di u circuitu sò saldati inseme per rializà l'assemblea di submoduli elettrici. Surfacemounttechnology (sMT) hè sempre più usatu in i prudutti di imballaggio high-density, cum'è u pacchettu à livellu sistemu (siP), i dispusitivi ballgridarray (BGA), è putenza nuda Chip, piatta piatta pacchettu pin-less (quad aatNo-lead, chjamatu QFN). ) dispusitivu.
A causa di e caratteristiche di u prucessu di saldatura di pasta di saldatura è di i materiali, dopu a saldatura di riflussu di questi grandi dispositi di superficia di saldatura, ci saranu buchi in l'area di saldatura di saldatura, chì influenzerà e proprietà elettriche, termiche è meccaniche di u rendiment di u produttu, è ancu purtate à fallimentu di u produttu, dunque, à migliurà a cavità di saldatura di saldatura di reflow pasta di saldatura hè diventata un prucessu è un prublema tecnicu chì deve esse risolta, certi circadori anu analizatu è studiatu i causi di a cavità di saldatura di palla di saldatura BGA, è furnia suluzioni di migliura, saldatura cunvinziunali. Paste reflow prucessu di saldatura area di saldatura di QFN più grande di 10mm2 o area di saldatura più grande di 6 mm2 A suluzione di chip nuda manca.
Utilizà a saldatura di Preformsolder è a saldatura di u fornu à reflux à vacuum per migliurà u foru di saldatura. A saldatura prefabbricata richiede un equipamentu speciale per puntà u flussu. Per esempiu, u chip hè offset è inclinatu seriamente dopu chì u chip hè situatu direttamente nantu à a saldatura prefabbricata. Sè u chip mount flussu hè reflow è tandu puntu, u prucessu hè aumentatu da dui riflussu, è u costu di saldatura prefabricated è materiale flussu hè assai più altu chè a pasta di solder.
L'equipaggiu di riflussu di vacuum hè più caru, a capacità di vacuum di a camera di vacuum indipendente hè assai bassu, u rendimentu di u costu ùn hè micca altu, è u prublema di splashing di stagno hè seriu, chì hè un fattore impurtante in l'applicazione di alta densità è di piccula pitch. prudutti. In questu documentu, basatu annantu à u prucessu di saldatura di riflussu di pasta di saldatura cunvinziunali, hè sviluppatu è introduttu un novu prucessu di saldatura di riflussu secundariu per migliurà a cavità di saldatura è risolve i prublemi di ligame è cracking di sigilli plastichi causati da a cavità di saldatura.
2 Cavità di saldatura di riflussu di stampa di pasta di saldatura è mecanismu di produzzione
2.1 Cavità di saldatura
Dopu à a saldatura di riflussu, u pruduttu hè statu pruvatu sottu a radiografia. I buchi in a zona di saldatura cù un culore più chjaru sò stati trovati per esse dovutu à una saldatura insufficiente in a capa di saldatura, cum'è mostra in Figura 1.
Rilevazione di raghji X di u foru di bolle
2.2 Meccanisimu di furmazione di cavità di saldatura
Pigliendu a pasta di saldatura sAC305 cum'è un esempiu, a cumpusizioni principali è a funzione sò mostrati in a Tabella 1. U flussu è e perle di stagno sò ligate in forma di pasta. U rapportu di pesu di a saldatura di stagno à u flussu hè di circa 9: 1, è u rapportu di u voluminu hè di circa 1: 1.
Dopu chì a pasta di saldatura hè stampata è muntata cù diversi cumpunenti elettronici, a pasta di saldatura passa per quattru tappe di preriscaldamentu, attivazione, reflux è rinfrescante quandu passa per u fornu di reflux. U statu di a pasta di saldatura hè ancu diversu cù diverse temperature in diverse tappe, cum'è mostra in Figura 2.
Riferimentu di prufilu per ogni area di saldatura di reflow
In u stadiu di preriscaldamentu è attivazione, i cumpunenti volatili in u flussu in a pasta di saldatura seranu volatilizzati in gasu quandu si riscaldanu. À u listessu tempu, i gasi seranu pruduciuti quandu l'ossidu nantu à a superficia di a capa di saldatura hè eliminata. Arcuni di sti gasi si volatilizeghjanu è lascianu a pasta di saldatura, è e perle di saldatura seranu strette cundensate per via di a volatilizazione di u flussu. In u stadiu di reflux, u flussu rimanente in a pasta di saldatura s'evaporarà rapidamente, i perle di stagno si fonderanu, una piccula quantità di gasu volatile di flussu è a maiò parte di l'aria trà e perle di stagno ùn saranu micca disperse in u tempu, è u residuu in u tempu. stagno fusu è sottu à a tensione di u stagno fusu sò struttura sandwich hamburger è sò catturati da u pad di saldatura di circuitu è cumpunenti elettronichi, è u gasu impannillatu in u stagnu liquidu hè difficiule di scappà solu da a flottazione ascendente U tempu di fusione superiore hè assai cortu. Quandu u stagnu fusu si raffredda è diventa stagnu solidu, i pori appariscenu in a strata di saldatura è i buchi di saldatura sò furmati, cum'è mostra in a Figura 3.
Schema schematicu di u vacu generatu da a saldatura di riflussu di pasta di saldatura
A causa principale di a cavità di saldatura hè chì l'aria o u gasu volatile impannillatu in a pasta di saldatura dopu a fusione ùn hè micca cumpletamente scaricata. I fatturi chì influenzanu includenu materiale di pasta di saldatura, forma di stampa di pasta di saldatura, quantità di stampa di pasta di saldatura, temperatura di reflux, tempu di reflux, dimensione di saldatura, struttura è cusì.
3. Verification di fattori influenzari di pasta di saldatura stampa reflow fori di saldatura
QFN è teste di chip bare sò stati usati per cunfirmà e cause principali di i vuoti di saldatura di reflow, è per truvà modi per migliurà i vuoti di saldatura di reflow stampati da pasta di saldatura. QFN è u prufilu di saldatura in pasta di saldatura in pasta di saldatura nuda hè mostratu in a Figura 4, a dimensione di a superficia di saldatura QFN hè 4.4mmx4.1mm, a superficia di saldatura hè una strata stagnata (100% stagna pura); A dimensione di saldatura di u chip nudo hè 3.0mmx2.3mm, a strata di saldatura hè una strata bimetallica di nichel-vanadiu sputtered, è a superficia di u vanadiu. U pad di saldatura di u sustrato era nickel-palladium electroless gold-dipping, è u gruixu era 0.4μm / 0.06μm / 0.04μm. A pasta di saldatura SAC305 hè aduprata, l'equipaggiu di stampa di pasta di saldatura hè DEK Horizon APix, l'equipaggiu di furnace di reflux hè BTUPyramax150N, è l'equipaggiu di raghji X hè DAGExD7500VR.
Disegni di saldatura QFN e chip nudi
Per facilità a comparazione di i risultati di a prova, a saldatura di riflussu hè stata realizata in e cundizioni in a Tabella 2.
Tavola di cundizione di saldatura di riflussu
Dopu chì a superficia di a superficia è a saldatura di riflussu sò state cumpletate, a strata di saldatura hè stata rilevata da i raghji X, è hè stata trovata chì ci sò grossi buchi in a strata di saldatura à u fondu di QFN è chip nudu, cum'è mostra in Figura 5.
QFN è ologramma di chip (raggi X)
Siccomu a dimensione di a perla di stagno, u spessore di a rete d'acciaio, u tassu di l'area di apertura, a forma di a rete d'acciaio, u tempu di riflussu è a temperatura massima di u fornu affettanu tutti i vuoti di saldatura di riflussu, ci sò parechji fatturi chì influenzeranu, chì seranu verificati direttamente da a prova DOE, è u numeru di sperimentali. i gruppi seranu troppu grande. Hè necessariu di schermu rapidamente è determinà i principali fattori chì influenzanu per mezu di a prova di paragone di correlazione, è dopu ottimisà ulteriormente i principali fattori d'influenza attraversu DOE.
3.1 Dimensioni di i buchi di saldatura è perle di stagno di pasta di saldatura
Cù tipu 3 (taglia di perle 25-45 μm) SAC305 test di pasta di saldatura, altre cundizioni restanu invariate. Dopu à riflussu, i buchi in a capa di saldatura sò misurati è paragunati cù a pasta di saldatura di tipu 4. Si trova chì i buchi in a strata di saldatura ùn sò micca significativamente sfarente trà i dui tipi di pasta di saldatura, chì indicanu chì a pasta di saldatura cù diverse dimensioni di perle ùn hà micca influenza evidenti nantu à i buchi in a strata di saldatura, chì ùn hè micca un fattore influenza. cum'è mostra in FIG. 6 Cum'è mostra.
Paragone di buchi di polvere di stagno metallicu cù dimensioni di particelle diverse
3.2 Spessore di cavità di saldatura è rete d'acciaio stampata
Dopu à riflussu, l'area di a cavità di a strata saldata hè stata misurata cù a reta d'acciaio stampata cù u gruixu di 50 μm, 100 μm è 125 μm, è altri cundizioni sò stati invariati. Hè statu trovu chì l 'effettu di differente spessore di maglia azzaru (pasta di saldatura) nant'à QFN hè statu paragunatu cù quellu di a rete d'acciaio stampata cù u gruixu di 75 μm Cum'è u gruixu di a maglia d'acciaio aumenta, a zona di cavità diminuisce gradualmente lentamente. Dopu avè righjuntu un certu spessore (100μm), l'area di a cavità s'invertirà è cumincià à aumentà cù l'aumentu di u grossu di a reta d'acciaio, cum'è mostra in a Figura 7.
Questu mostra chì quandu a quantità di pasta di saldatura hè aumentata, u stagnu liquidu cù reflux hè cupartu da u chip, è l'outlet di l'aria residuale di scappata hè solu strettu in quattru lati. Quandu a quantità di pasta di saldatura hè cambiata, l'uscita di l'aria residuale hè ancu aumentata, è l'esplosione istantanea di l'aria impannillata in stagno liquidu o gas volatile chì scappa di stagno liquidu pruvucarà u stagno liquidu à splash intornu à QFN è u chip.
A prova hà truvatu chì, cù l'aumentu di u spessore di a maglia d'acciaio, u burst bubble causatu da a fuga di l'aria o di u gasu volatile aumenterà ancu, è a probabilità di stagna splashing intornu à QFN è chip crescerà ancu in modu currispundente.
Comparazione di buchi in rete d'acciaio di differente spessore
3.3 Rapportu di zona di cavità di saldatura è apertura di rete d'acciaio
A rete d'acciaio stampata cù u tassu di apertura di 100%, 90% è 80% hè stata pruvata, è altre cundizioni sò stati invariati. Dopu à riflussu, l'area di cavità di a strata saldata hè stata misurata è paragunata cù a reta d'acciaio stampata cù a tarifa di apertura di 100%. Hè stata truvata chì ùn ci era micca una diferenza significativa in a cavità di a strata saldata in e cundizioni di a tarifa di apertura di 100% è 90% 80%, cum'è mostra in Figura 8.
Comparazione di a cavità di diverse zone di apertura di diverse maglia d'acciaio
3.4 Cavità saldata è forma di maglia d'acciaio stampata
Cù a prova di forma di stampa di a pasta di saldatura di a striscia b è a griglia inclinata c, altre cundizioni restanu invariate. Dopu à riflussu, l'area di cavità di a strata di saldatura hè misurata è paragunata cù a forma di stampa di a griglia a. Hè truvatu chì ùn ci hè micca una differenza significativa in a cavità di a capa di saldatura in e cundizioni di griglia, striscia è griglia inclinata, cum'è mostra in Figura 9.
Paragone di i buchi in diversi modi di apertura di rete d'acciaio
3.5 Cavità di saldatura è tempu di reflux
Dopu à u tempu di riflussu prolongatu (70 s, 80 s, 90 s) a prova, altre cundizioni restanu invariate, u pirtusu in a strata di saldatura hè stata misurata dopu à u reflux, è paragunatu cù u tempu di reflux di 60 s, hè statu trovu chì cù l'aumentu di tempu di reflux, a zona di u pirtusu di saldatura diminuite, ma l'amplitude di riduzzione diminuite gradualmente cù l'aumentu di u tempu, cum'è mostra in Figura 10. Stu mostra chì in u casu di tempu di reflux insufficiente, aumentendu u tempu di riflussu hè favurèvule à u pienu overflow di l'aria. impannillatu in stagno liquidu fusu, ma dopu à u tempu di riflussu aumenta à un certu tempu, l'aria impannillata in stagno liquidu hè difficiule di sopra à novu. U tempu di reflux hè unu di i fatturi chì afectanu a cavità di saldatura.
Comparazione di vuoti di diverse lunghezze di tempu di reflux
3.6 Cavità di saldatura è temperatura di u fornu di punta
Cù 240 ℃ è 250 ℃ a prova di temperatura di punta di u fornu è altre cundizioni invariate, l'area di cavità di a strata saldata hè stata misurata dopu à riflussu, è paragunatu cù a temperatura di u fornu di punta di 260 ℃, hè statu trovu chì in diverse cundizioni di temperatura di punta di u fornu, a cavità di a strata saldata di QFN è chip ùn hà micca cambiatu significativamente, cum'è mostra in a Figura 11. Mostra chì a temperatura di u furnace piccu sfarente ùn hà micca un effettu evidenti nantu à QFN è u pirtusu in a capa di saldatura di u chip, chì ùn hè micca un fattore influenza.
Comparazione nulla di diverse temperature di punta
I testi di sopra indicanu chì i fatturi significativi chì affettanu a cavità di a capa di saldatura di QFN è chip sò u tempu di reflux è u spessore di a rete d'acciaio.
4 Migliuramentu di a cavità di saldatura per stampa di pasta di saldatura
Test 4.1DOE per migliurà a cavità di saldatura
U pirtusu in a strata di saldatura di QFN è chip hè stata migliurata per truvà u valore ottimali di i principali fattori influenti (tempu di riflussu è spessore di maglia d'acciaio). A pasta di saldatura era SAC305 type4, a forma di maglia d'acciaio era di tippu di griglia (gradu di apertura di 100%), a temperatura di u fornu piccu era 260 ℃, è altre cundizioni di prova eranu listessi à quelli di l'equipaggiu di prova. A prova DOE è i risultati sò stati mostrati in a Tabella 3. L'influenze di u spessore di a rete d'acciaio è u tempu di riflussu nantu à i fori di saldatura QFN è chip sò mostrati in a Figura 12. Attraversu l'analisi di l'interazzione di i fatturi chì influenze principali, si trova chì utilizendu un grossu di maglia d'acciaio di 100 μm. è u tempu di riflussu di 80 s pò riduce significativamente a cavità di saldatura di QFN è chip. A cavità di saldatura di QFN hè ridutta da u massimu 27,8% à 16,1%, è a cavità di saldatura di chip hè ridutta da u massimu 20,5% à 14,5%.
In a prova, 1000 prudutti sò stati pruduciuti in e cundizioni ottimali (100 μm di spessore di maglia d'acciaio, 80 s di tempu di riflussu), è a cavità di saldatura di 100 QFN è chip hè stata misurata aleatoriamente. U tassu mediu di cavità di saldatura di QFN era 16,4%, è u tassu mediu di cavità di saldatura di chip era 14,7%.
4.2 U novu prucessu migliurà a cavità di saldatura
A situazione attuale di a produzzione è a prova mostranu chì quandu l'area di a cavità di saldatura in u fondu di u chip hè menu di 10%, u prublema di cracking di a cavità di a cavità di u chip ùn si verificarà durante u ligame di u piombu è u modellu. I paràmetri di prucessu ottimizzati da DOE ùn ponu micca risponde à i requisiti di analizà è risolve i buchi in a saldatura di riflussu di pasta di saldatura convenzionale, è a freccia di l'area di cavità di saldatura di u chip deve esse più ridutta.
Siccomu u chip coperto nantu à a saldatura impedisce à u gasu in a saldatura di scappà, a tarifa di u pirtusu à u fondu di u chip hè ancu più ridutta eliminendu o riducendu u gasu di saldatura. Un novu prucessu di saldatura di riflussu cù duie stampe di pasta di saldatura hè aduttatu: una stampa di pasta di saldatura, un reflow chì ùn copre micca QFN è chip nudu chì scarica u gasu in saldatura; U prucessu specificu di stampa di pasta di saldatura secundaria, patch è reflux secundariu hè mostratu in Figura 13.
Quandu a pasta di saldatura grossa 75μm hè stampata per a prima volta, a maiò parte di u gasu in a saldatura senza coperta di chip scappa da a superficia, è u gruixu dopu à reflux hè di circa 50μm. Dopu à u cumpletu di u riflussu primariu, i picculi quadrati sò stampati nantu à a superficia di a saldatura solidificata rinfriscata (per riduce a quantità di pasta di saldatura, riduce a quantità di spillover di gas, riduce o eliminà i spruzzi di saldatura), è a pasta di saldatura cun un gruixu di 50 μm (i risultati di a prova sopra mostranu chì 100 μm hè u megliu, cusì u gruixu di a stampa secundaria hè 100 μm.50 μm = 50 μm), poi stallà u chip, è poi turnà à traversu 80 s. Ùn ci hè guasi micca un pirtusu in a saldatura dopu a prima stampata è reflow, è a pasta di saldatura in a seconda stampa hè chjuca, è u pirtusu di saldatura hè chjuca, cum'è mostra in Figura 14.
Dopu duie stampe di pasta di saldatura, disegnu cavu
4.3 Verificazione di l'effettu di a cavità di saldatura
Pruduzzione di 2000 prudutti (u gruixu di a prima maglia d'acciaio di stampa hè 75 μm, u gruixu di a seconda maglia d'acciaio di stampa hè 50 μm), altre cundizioni invariate, a misurazione aleatoria di 500 QFN è a tarifa di cavità di saldatura di chip, truvò chì u novu prucessu. dopu à u primu reflux senza cavità, dopu à u sicondu reflux QFN A cavità massima di saldatura hè 4,8%, è a cavità massima di saldatura di u chip hè 4,1%. In cunfrontu cù u prucessu di saldatura di stampa unica in pasta originale è u prucessu ottimizatu DOE, a cavità di saldatura hè significativamente ridutta, cum'è mostra in a Figura 15. Nisun crack di chip sò stati truvati dopu i testi funziunali di tutti i prudutti.
5 Riassuntu
L'ottimisazione di a quantità di stampa di pasta di saldatura è u tempu di riflussu pò riduce l'area di cavità di saldatura, ma a tarifa di cavità di saldatura hè sempre grande. Utilizà dui tecniche di saldatura di riflussu di stampa di pasta di saldatura pò esse efficace è maximizà a cavità di saldatura. L'area di saldatura di u chip bare di u circuitu QFN pò esse 4.4mm x4.1mm è 3.0mm x2.3mm rispettivamente in a produzzione di massa. A cavità di a saldatura di riflussu hè cuntrullata sottu à 5%, chì migliurà a qualità è l'affidabilità di a saldatura di reflow. A ricerca in questu documentu furnisce una riferenza impurtante per migliurà u prublema di cavità di saldatura di a superficia di saldatura di grande area.
