1 Inleiding
In die samestelling van die stroombaanbord word soldeerpasta eers op die soldeerblok van die stroombaanbord gedruk, en dan word verskeie elektroniese komponente vasgeheg. Laastens, na die hervloei-oond, word die tinkrale in die soldeerpasta gesmelt en word alle soorte elektroniese komponente en die soldeerblok van die stroombaanbord aanmekaargesweis om die samestelling van elektriese submodules te bewerkstellig. Oppervlakmonteringstegnologie (sMT) word toenemend gebruik in hoëdigtheid-verpakkingsprodukte, soos stelselvlakpakkette (siP), ballgridarray-toestelle (BGA), en krag-kaal skyfie, vierkantige plat penlose pakkette (quad aatNo-lead, verwys na as QFN) toestel.
As gevolg van die eienskappe van die soldeerpasta-sweisproses en -materiale, sal daar na die hervloei-sweis van hierdie groot soldeeroppervlaktoestelle gate in die soldeerlasarea wees, wat die elektriese eienskappe, termiese eienskappe en meganiese eienskappe van die produkprestasie sal beïnvloed, en selfs tot produkmislukking sal lei. Daarom het die verbetering van die soldeerpasta-hervloei-sweisholte 'n proses- en tegniese probleem geword wat opgelos moet word. Sommige navorsers het die oorsake van BGA-soldeerbal-sweisholtes geanaliseer en bestudeer, en verbeteringsoplossings verskaf. Konvensionele soldeerpasta-hervloei-sweisproses-sweisarea van QFN groter as 10 mm2 of sweisarea groter as 6 mm2 se kaal skyfie-oplossing ontbreek.
Gebruik voorvormsoldeer-sweiswerk en vakuum-terugvloei-oondsweiswerk om die lasgat te verbeter. Voorafvervaardigde soldeer benodig spesiale toerusting om vloeimiddel te punt. Byvoorbeeld, die skyfie word verskuif en ernstig gekantel nadat die skyfie direk op die voorafvervaardigde soldeer geplaas is. As die vloeimiddel-monteerskyfie hervloei en dan punt word, word die proses met twee hervloei verhoog, en die koste van voorafvervaardigde soldeer en vloeimiddelmateriaal is baie hoër as die soldeerpasta.
Vakuum-terugvloei-toerusting is duurder, die vakuumkapasiteit van die onafhanklike vakuumkamer is baie laag, die koste-prestasie is nie hoog nie, en die probleem van tin-spatsels is ernstig, wat 'n belangrike faktor is in die toepassing van hoëdigtheid- en klein-toonhoogteprodukte. In hierdie artikel word 'n nuwe sekondêre hervloei-sweisproses ontwikkel en bekendgestel, gebaseer op die konvensionele soldeerpasta-hervloei-sweisproses, om die sweisholte te verbeter en die probleme van binding en plastiese seëlkrake wat deur die sweisholte veroorsaak word, op te los.
2 Soldeerpasta-drukwerk hervloei-sweisholte en produksiemeganisme
2.1 Sweisholte
Na hervloei-sweising is die produk onder x-straal getoets. Daar is bevind dat die gate in die sweisone met 'n ligter kleur te wyte is aan onvoldoende soldeer in die sweislaag, soos getoon in Figuur 1.
X-straalopsporing van die borrelgat
2.2 Vormingsmeganisme van sweisholte
As ons sAC305 soldeerpasta as voorbeeld neem, word die hoofsamestelling en funksie in Tabel 1 getoon. Die vloeimiddel en tinkrale word in pastavorm aan mekaar gebind. Die gewigsverhouding van tinsoldeer tot vloeimiddel is ongeveer 9:1, en die volumeverhouding is ongeveer 1:1.
Nadat die soldeerpasta gedruk en met verskeie elektroniese komponente gemonteer is, sal die soldeerpasta vier stadiums van voorverhitting, aktivering, terugvloei en afkoeling ondergaan wanneer dit deur die terugvloeioond gaan. Die toestand van die soldeerpasta verskil ook met verskillende temperature in verskillende stadiums, soos getoon in Figuur 2.
Profielverwysing vir elke area van hervloei-soldering
In die voorverhittings- en aktiveringsfase sal die vlugtige komponente in die vloeimiddel in die soldeerpasta vervlugtig word in gas wanneer dit verhit word. Terselfdertyd sal gasse geproduseer word wanneer die oksied op die oppervlak van die sweislaag verwyder word. Sommige van hierdie gasse sal vervlugtig en die soldeerpasta verlaat, en die soldeerkrale sal styf gekondenseer word as gevolg van die vervlugtiging van die vloeimiddel. In die terugvloeifase sal die oorblywende vloeimiddel in die soldeerpasta vinnig verdamp, die tinkrale sal smelt, 'n klein hoeveelheid vlugtige vloeimiddelgas en die meeste van die lug tussen die tinkrale sal nie betyds versprei word nie, en die residu in die gesmelte tin en onder die spanning van die gesmelte tin vorm 'n hamburger-toebroodjiestruktuur en word vasgevang deur die soldeerplaat van die stroombaanbord en elektroniese komponente, en die gas wat in die vloeibare tin toegedraai is, is moeilik om te ontsnap, slegs deur die opwaartse dryfvermoë. Die boonste smelttyd is baie kort. Wanneer die gesmelte tin afkoel en soliede tin word, verskyn porieë in die sweislaag en soldeergate word gevorm, soos getoon in Figuur 3.
Skematiese diagram van leemte wat gegenereer word deur soldeerpasta-hervloeisweising
Die oorsaak van die sweisholte is dat die lug of vlugtige gas wat in die soldeerpasta toegedraai is na smelting nie heeltemal vrygestel word nie. Die beïnvloedende faktore sluit in die materiaal van die soldeerpasta, die vorm van die druk van die soldeerpasta, die hoeveelheid druk van die soldeerpasta, die terugvloeitemperatuur, die terugvloeityd, die sweisgrootte, die struktuur en so meer.
3. Verifikasie van beïnvloedende faktore van soldeerpasta-drukwerk met hervloei-sweisgate
QFN- en kaalskyfietoetse is gebruik om die hoofredes vir hervloei-sweisleegtes te bevestig, en om maniere te vind om die hervloei-sweisleegtes wat deur soldeerpasta gedruk word, te verbeter. Die QFN- en kaalskyfie-soldepasta-hervloei-sweisprodukprofiel word in Figuur 4 getoon. Die QFN-sweisoppervlakgrootte is 4.4 mm x 4.1 mm, die sweisoppervlak is 'n vertinde laag (100% suiwer tin); die sweisoppervlakte van die kaalskyfie is 3.0 mm x 2.3 mm, die sweislaag is 'n gesputterde nikkel-vanadium bimetaallaag, en die oppervlaklaag is vanadium. Die sweisblok van die substraat was elektrolose nikkel-palladium goudgedompel, en die dikte was 0.4 μm/0.06 μm/0.04 μm. SAC305 soldeerpasta word gebruik, die soldeerpasta-druktoerusting is DEK Horizon APix, die terugvloei-oondtoerusting is BTUPyramax150N, en die x-straaltoerusting is DAGExD7500VR.
QFN- en kaalskyfsweistekeninge
Om die vergelyking van toetsresultate te vergemaklik, is hervloei-sweising uitgevoer onder die toestande in Tabel 2.
Tabel vir hervloei-sweistoestande
Nadat oppervlakmontering en hervloei-sweising voltooi is, is die sweislaag deur middel van X-straal opgespoor, en daar is gevind dat daar groot gate in die sweislaag aan die onderkant van die QFN en die kaal skyfie was, soos getoon in Figuur 5.
QFN en skyfiehologram (X-straal)
Aangesien die grootte van die tinkraal, die dikte van die staalmaas, die openingsarea-tempo, die vorm van die staalmaas, die terugvloeityd en die piekstemperatuur van die oond alles die hervloei-sweisholtes sal beïnvloed, is daar baie beïnvloedende faktore wat direk deur die DOE-toets geverifieer sal word, en die aantal eksperimentele groepe sal te groot wees. Dit is nodig om die belangrikste beïnvloedende faktore vinnig te sif en te bepaal deur middel van 'n korrelasievergelykingstoets, en dan die belangrikste beïnvloedende faktore verder te optimaliseer deur middel van DOE.
3.1 Afmetings van soldeergate en soldeerpasta-tinkrale
Met die tipe 3 (kraalgrootte 25-45 μm) SAC305 soldeerpastatoets bly ander toestande onveranderd. Na hervloeiing word die gate in die soldeerlaag gemeet en vergelyk met tipe 4 soldeerpasta. Daar word gevind dat die gate in die soldeerlaag nie beduidend verskil tussen die twee soorte soldeerpasta nie, wat aandui dat die soldeerpasta met verskillende kraalgroottes geen duidelike invloed op die gate in die soldeerlaag het nie, wat nie 'n beïnvloedende faktor is nie, soos getoon in FIG. 6 Soos getoon.
Vergelyking van metaaltinpoeiergate met verskillende deeltjiegroottes
3.2 Dikte van sweisholte en gedrukte staalgaas
Na hervloeiing is die holte-area van die gelaste laag gemeet met die gedrukte staalgaas met die dikte van 50 μm, 100 μm en 125 μm, en ander toestande het onveranderd gebly. Daar is gevind dat die effek van verskillende diktes van staalgaas (soldeerpasta) op QFN vergelyk is met dié van die gedrukte staalgaas met die dikte van 75 μm. Soos die dikte van die staalgaas toeneem, neem die holte-area geleidelik stadig af. Nadat 'n sekere dikte (100 μm) bereik is, sal die holte-area omkeer en begin toeneem met die toename van die dikte van die staalgaas, soos getoon in Figuur 7.
Dit wys dat wanneer die hoeveelheid soldeerpasta verhoog word, die vloeibare tin met terugvloei deur die skyfie bedek word, en die uitlaat van oorblywende lugontsnapping slegs aan vier kante smal is. Wanneer die hoeveelheid soldeerpasta verander word, word die uitlaat van oorblywende lugontsnapping ook verhoog, en die onmiddellike uitbarsting van lug wat in vloeibare tin toegedraai is of vlugtige gas wat vloeibare tin ontsnap, sal veroorsaak dat vloeibare tin rondom QFN en die skyfie spat.
Die toets het bevind dat met die toename in die dikte van die staalmaas, die borrelbars wat veroorsaak word deur die ontsnapping van lug of vlugtige gas ook sal toeneem, en die waarskynlikheid dat tin rondom QFN en skyfie spat, sal ook ooreenstemmend toeneem.
Vergelyking van gate in staalgaas van verskillende diktes
3.3 Oppervlakteverhouding van sweisholte en staalmaasopening
Die gedrukte staalgaas met die openingstempo van 100%, 90% en 80% is getoets, en ander toestande het onveranderd gebly. Na hervloeiing is die holte-area van die gelaste laag gemeet en vergelyk met die gedrukte staalgaas met die 100% openingstempo. Daar is gevind dat daar geen beduidende verskil in die holte van die gelaste laag was onder die toestande van die openingstempo van 100% en 90% 80% nie, soos getoon in Figuur 8.
Holtevergelyking van verskillende openingsareas van verskillende staalgaas
3.4 Gelaste holte en gedrukte staalgaasvorm
Met die drukvormtoets van die soldeerpasta van strook b en skuins rooster c, bly ander toestande onveranderd. Na hervloeiing word die holte-area van die sweislaag gemeet en vergelyk met die drukvorm van rooster a. Daar word gevind dat daar geen beduidende verskil in die holte van die sweislaag onder die toestande van rooster, strook en skuins rooster is nie, soos getoon in Figuur 9.
Vergelyking van gate in verskillende openingsmodusse van staalgaas
3.5 Sweisholte en terugvloeityd
Na 'n langdurige terugvloeitydtoets (70 s, 80 s, 90 s), bly ander toestande onveranderd. Die gat in die sweislaag is na die terugvloei gemeet, en in vergelyking met die terugvloeityd van 60 s, is gevind dat met die toename van die terugvloeityd die sweisgatarea afgeneem het, maar die verminderingsamplitude het geleidelik afgeneem met die toename van tyd, soos getoon in Figuur 10. Dit toon dat in die geval van onvoldoende terugvloeityd, die verhoging van die terugvloeityd bevorderlik is vir die volle oorloop van lug wat in die gesmelte vloeibare tin toegedraai is, maar nadat die terugvloeityd tot 'n sekere tyd toegeneem het, is dit moeilik vir die lug wat in die vloeibare tin toegedraai is om weer oor te loop. Terugvloeityd is een van die faktore wat die sweisholte beïnvloed.
Leegte vergelyking van verskillende reflukstydlengtes
3.6 Sweisholte en pieksoondtemperatuur
Met 240 ℃ en 250 ℃ pieksoondtemperatuurtoets en ander toestande onveranderd, is die holte-area van die gelaste laag gemeet na hervloeiing, en in vergelyking met 260 ℃ pieksoondtemperatuur, is gevind dat onder verskillende pieksoondtemperatuurtoestande, die holte van die gelaste laag QFN en skyfie nie beduidend verander het nie, soos getoon in Figuur 11. Dit toon dat verskillende pieksoondtemperatuur geen duidelike effek op QFN en die gat in die sweislaag van die skyfie het nie, wat nie 'n beïnvloedende faktor is nie.
Ongeldige vergelyking van verskillende piektemperature
Bogenoemde toetse dui daarop dat die beduidende faktore wat die sweislaagholte van QFN en spaander beïnvloed, reflukstyd en staalmaasdikte is.
4 Soldeerpasta druk hervloei sweisholte verbetering
4.1 DOE-toets om sweisholte te verbeter
Die gat in die sweislaag van QFN en skyfie is verbeter deur die optimale waarde van die hoofbeïnvloedende faktore (terugvloeityd en staalmaasdikte) te vind. Die soldeerpasta was SAC305 tipe 4, die staalmaasvorm was roostertipe (100% openingsgraad), die pieksoondtemperatuur was 260 ℃, en ander toetstoestande was dieselfde as dié van die toetstoerusting. Die DOE-toets en resultate word in Tabel 3 getoon. Die invloede van staalmaasdikte en terugvloeityd op QFN- en skyfie-sweisgate word in Figuur 12 getoon. Deur die interaksie-analise van die hoofbeïnvloedende faktore is gevind dat die gebruik van 100 μm staalmaasdikte en 80 s terugvloeityd die sweisholte van QFN en skyfie aansienlik kan verminder. Die sweisholtetempo van QFN word verminder van die maksimum 27.8% tot 16.1%, en die sweisholtetempo van die skyfie word verminder van die maksimum 20.5% tot 14.5%.
In die toets is 1000 produkte onder optimale toestande vervaardig (100 μm staalmaasdikte, 80 s terugvloeityd), en die sweisholtetempo van 100 QFN en die skyfie is ewekansig gemeet. Die gemiddelde sweisholtetempo van die QFN was 16.4%, en die gemiddelde sweisholtetempo van die skyfie was 14.7%. Die sweisholtetempo van die skyfie en die skyfie is duidelik verminder.
4.2 Die nuwe proses verbeter die sweisholte
Die werklike produksiesituasie en toetse toon dat wanneer die sweisholte-area aan die onderkant van die skyfie minder as 10% is, die kraakprobleem in die skyfieholteposisie nie tydens die loodbinding en -vorming sal voorkom nie. Die prosesparameters wat deur DOE geoptimaliseer is, kan nie voldoen aan die vereistes vir die analise en oplos van die gate in die konvensionele soldeerpasta-hervloeisweising nie, en die sweisholte-areatempo van die skyfie moet verder verminder word.
Aangesien die skyfie wat op die soldeer bedek is, verhoed dat die gas in die soldeer ontsnap, word die gattempo aan die onderkant van die skyfie verder verminder deur die soldeerbedekte gas uit te skakel of te verminder. 'n Nuwe proses van hervloei-sweising met twee soldeerpasta-drukwerk word aangeneem: een soldeerpasta-drukwerk, een hervloei wat QFN nie bedek nie en die kaal skyfie wat die gas in die soldeer vrylaat; Die spesifieke proses van sekondêre soldeerpasta-drukwerk, kol- en sekondêre terugvloei word in Figuur 13 getoon.
Wanneer die 75μm dik soldeerpasta vir die eerste keer gedruk word, ontsnap die meeste van die gas in die soldeer sonder skyfiebedekking van die oppervlak, en die dikte na terugvloei is ongeveer 50μm. Na die voltooiing van die primêre terugvloei word klein vierkante op die oppervlak van die afgekoelde gestolde soldeer gedruk (om die hoeveelheid soldeerpasta te verminder, die hoeveelheid gasoorloop te verminder, soldeerspatsels te verminder of uit te skakel), en die soldeerpasta met 'n dikte van 50 μm (die bogenoemde toetsresultate toon dat 100 μm die beste is, dus is die dikte van die sekondêre druk 100 μm.50 μm=50 μm), dan installeer die skyfie, en dan terug na 80 s. Daar is byna geen gat in die soldeer na die eerste druk en hervloei nie, en die soldeerpasta in die tweede druk is klein, en die sweisgat is klein, soos getoon in Figuur 14.
Na twee afdrukke van soldeerpasta, holtekening
4.3 Verifikasie van sweisholte-effek
Produksie van 2000 produkte (die dikte van die eerste drukstaalgaas is 75 μm, die dikte van die tweede drukstaalgaas is 50 μm), ander toestande onveranderd, ewekansige meting van 500 QFN en skyfie-sweisholtetempo, het bevind dat die nuwe proses na die eerste terugvloei geen holte is nie, na die tweede terugvloei QFN Die maksimum sweisholtetempo is 4.8%, en die maksimum sweisholtetempo van die skyfie is 4.1%. In vergelyking met die oorspronklike enkelpasta-druksweisproses en die DOE-geoptimaliseerde proses, is die sweisholte aansienlik verminder, soos getoon in Figuur 15. Geen skyfieskrake is gevind na funksionele toetse van alle produkte nie.
5 Opsomming
Die optimalisering van die drukhoeveelheid van soldeerpasta en terugvloeityd kan die sweisholte-area verminder, maar die sweisholte-tempo is steeds groot. Deur twee soldeerpasta-druk-hervloei-sweistegnieke te gebruik, kan die sweisholte-tempo effektief en maksimeer word. Die sweisarea van die QFN-stroombaan se kaal skyfie kan onderskeidelik 4.4 mm x 4.1 mm en 3.0 mm x 2.3 mm in massaproduksie wees. Die holte-tempo van hervloei-sweising word onder 5% beheer, wat die kwaliteit en betroubaarheid van hervloei-sweising verbeter. Die navorsing in hierdie artikel bied 'n belangrike verwysing vir die verbetering van die sweisholte-probleem van groot sweisoppervlaktes.
Plasingstyd: 05 Julie 2023
