SBS gebruik konvensionele soldeerpasta-lughervloei-sweisholte-analise en -oplossing (2023 Essence Edition), jy verdien dit!
1 Inleiding
In die kringbordsamestelling word soldeerpasta eers op die kringbordsoldeerblok gedruk, en dan word verskeie elektroniese komponente aangebring. Uiteindelik, na die hervloei-oond, word die blikkrale in die soldeerpasta gesmelt en allerhande elektroniese komponente en die soldeerblok van die stroombaan aanmekaar gesweis om die samestelling van elektriese submodules te realiseer. oppervlaktemonteringstegnologie (sMT) word toenemend gebruik in hoëdigtheid verpakkingsprodukte, soos stelselvlakpakket (siP), ballgridarray (BGA)-toestelle, en power bare Chip, vierkantige plat penlose pakket (quad aatNo-lead, na verwys as QFN) ) toestel.
As gevolg van die kenmerke van soldeerpasta-sweisproses en -materiale, sal daar na hervloei-sweiswerk van hierdie groot soldeeroppervlaktoestelle gate in die soldeerselarea wees, wat die elektriese eienskappe, termiese eienskappe en meganiese eienskappe van die produk se prestasie sal beïnvloed, en selfs lei tot produk mislukking, dus, om die soldeersel plak reflow sweis holte te verbeter het 'n proses en tegniese probleem wat opgelos moet word, het sommige navorsers ontleed en bestudeer die oorsake van BGA soldeersel bal sweis holte, en verskaf verbetering oplossings, konvensionele soldeer plak hervloei sweisproses sweisarea van QFN groter as 10mm2 of sweisarea groter as 6 mm2 se kaal skyfie oplossing ontbreek.
Gebruik Preformsolder sweiswerk en vakuum reflux oond sweiswerk om die sweisgat te verbeter. Voorafvervaardigde soldeersel vereis spesiale toerusting om vloed te wys. Die skyfie word byvoorbeeld verreken en ernstig gekantel nadat die skyfie direk op die voorafvervaardigde soldeersel geplaas is. As die vloeimonteerskyfie hervloei en dan punt, word die proses met twee hervloei verhoog, en die koste van voorafvervaardigde soldeersel en vloedmateriaal is baie hoër as die soldeerpasta.
Vakuum-terugvloeitoerusting is duurder, die vakuumkapasiteit van die onafhanklike vakuumkamer is baie laag, die kosteprestasie is nie hoog nie, en die probleem met tinspat is ernstig, wat 'n belangrike faktor is in die toepassing van hoëdigtheid en klein toonhoogte. produkte. In hierdie vraestel, gebaseer op die konvensionele soldeerpasta-hervloei-sweisproses, word 'n nuwe sekondêre hervloei-sweisproses ontwikkel en bekendgestel om die sweisholte te verbeter en die probleme van binding en plastiese seëlkrake wat deur sweisholte veroorsaak word, op te los.
2 Soldeerpasta-drukhervloei-sweisholte en produksiemeganisme
2.1 Sweisholte
Na hervloeisweiswerk is die produk onder x-straal getoets. Daar is gevind dat die gate in die sweissone met ligter kleur te wyte is aan onvoldoende soldeersel in die sweislaag, soos getoon in Figuur 1
X-straalopsporing van die borrelgat
2.2 Vormingsmeganisme van sweisholte
As sAC305 soldeerpasta as 'n voorbeeld geneem word, word die hoofsamestelling en funksie in Tabel 1 getoon. Die vloeimiddel en blikkrale is in pastavorm aanmekaar 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 fases van voorverhitting, aktivering, terugvloei en verkoeling ondergaan wanneer dit deur die terugvloeioond gaan. Die toestand van die soldeerpasta is ook anders met verskillende temperature in verskillende stadiums, soos in Figuur 2 getoon.
Profielverwysing vir elke area van hervloei-soldeer
In die voorverhitting- en aktiveringstadium 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 vloed. In die terugvloeistadium sal die oorblywende vloed in die soldeerpasta vinnig verdamp, die blikkrale sal smelt, 'n klein hoeveelheid vloeibare vlugtige gas en die meeste van die lug tussen die blikkrale sal nie betyds versprei word nie, en die oorblyfsel in die gesmelte blik en onder die spanning van die gesmelte blik is hamburger toebroodjie struktuur en word gevang deur die stroombaan soldeer pad en elektroniese komponente, en die gas toegedraai in die vloeibare blik is moeilik om te ontsnap slegs deur die opwaartse dryfkrag Die boonste smelttyd is baie kort. Wanneer die gesmelte blik afkoel en soliede tin word, verskyn porieë in die sweislaag en word soldeergate gevorm, soos in Figuur 3 getoon.
Skematiese diagram van leemte wat deur soldeerpasta-hervloeisweis gegenereer word
Die hoofoorsaak van sweisholte is dat die lug of vlugtige gas wat in die soldeerpasta toegedraai is na smelting nie heeltemal ontslaan word nie. Die beïnvloedende faktore sluit in soldeerpastamateriaal, soldeerpastadrukvorm, soldeerpastadrukhoeveelheid, terugvloeitemperatuur, terugvloeityd, sweisgrootte, struktuur ensovoorts.
3. Verifikasie van beïnvloedende faktore van soldeerpasta druk hervloei sweisgate
QFN- en kaalskyfie-toetse is gebruik om die hoofoorsake van hervloeisweisleemtes te bevestig, en om maniere te vind om die hervloeisweisleegte wat deur soldeerpasta gedruk is, te verbeter. QFN en kaal chip soldeer pasta hervloei sweis produk profiel word getoon in Figuur 4, QFN sweis oppervlak grootte is 4.4mmx4.1mm, sweis oppervlak is 'n geblikte laag (100% suiwer tin); Die sweisgrootte van die kaal skyfie is 3.0mmx2.3mm, die sweislaag is gesputterde nikkel-vanadium-bimetaallaag, en die oppervlaklaag is vanadium. Die sweisblokkie van die substraat was stroomlose nikkel-palladium-goud-doop, en die dikte was 0.4μm/0.06μm/0.04μm. SAC305 soldeerpasta word gebruik, die soldeerpasta-druktoerusting is DEK Horizon APix, die terugvloeioondtoerusting is BTUPyramax150N, en die x-straaltoerusting is DAGExD7500VR.
QFN en kaal spaander sweis tekeninge
Om die vergelyking van toetsresultate te vergemaklik, is hervloeisweiswerk onder die toestande in Tabel 2 uitgevoer.
Hervloei sweis toestand tabel
Nadat oppervlakmontering en hervloeisweis voltooi is, is die sweislaag deur X-straal opgespoor, en daar is gevind dat daar groot gate in die sweislaag aan die onderkant van QFN en kaal spaander was, soos in Figuur 5 getoon.
QFN en Chip Hologram (X-straal)
Aangesien blikkraalgrootte, staalmaasdikte, openingsareatempo, staalmaasvorm, reflukstyd en piekoondtemperatuur almal hervloei-sweisholtes sal beïnvloed, is daar baie faktore wat direk deur 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 korrelasievergelykingstoets, en dan die hoofbeïnvloedingsfaktore verder te optimaliseer deur DOE.
3.1 Afmetings van soldeergate en soldeerpastablikkrale
Met tipe 3 (kraalgrootte 25-45 μm) SAC305 soldeerpastatoets, bly ander toestande onveranderd. Na hervloei word die gate in die soldeerlaag gemeet en vergelyk met tipe 4 soldeerpasta. Daar word gevind dat die gate in die soldeerlaag nie betekenisvol verskil tussen die twee soorte soldeerpasta nie, wat aandui dat die soldeerpasta met verskillende kraalgroottes geen ooglopende invloed op die gate in die soldeerlaag het nie, wat nie 'n beïnvloedende faktor is nie, soos in FIG. 6 Soos getoon.
Vergelyking van metaalblikpoeiergate met verskillende deeltjiegroottes
3.2 Dikte van sweisholte en gedrukte staalmaas
Na hervloei is die holte-area van die gelaste laag gemeet met die gedrukte staalmaas 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 dikte van staalmaas (soldeerpasta) op QFN vergelyk is met die van die gedrukte staalmaas met die dikte van 75 μm Soos die dikte van die staalmaas toeneem, verminder die holte-area geleidelik stadig. Nadat 'n sekere dikte (100μm) bereik is, sal die holte-area omkeer en begin toeneem met die toename in die dikte van die staalmaas, soos getoon in Figuur 7.
Dit wys dat wanneer die hoeveelheid soldeerpasta verhoog word, die vloeibare blik met terugvloei deur die skyfie bedek word, en die uitlaat van die oorblywende lug ontsnap is slegs smal aan vier kante. Wanneer die hoeveelheid soldeerpasta verander word, word die uitlaat van oorblywende lug wat ontsnap ook verhoog, en die onmiddellike uitbarsting van lug toegedraai in vloeibare tin of vlugtige gas wat vloeibare tin ontsnap, sal veroorsaak dat vloeibare tin om QFN en die skyfie spat.
Die toets het bevind dat met die toename in die dikte van die staalmaas, die borrel wat veroorsaak word deur die ontsnapping van lug of vlugtige gas ook sal toeneem, en die waarskynlikheid dat tin om QFN en spaander spat, sal ook dienooreenkomstig toeneem.
Vergelyking van gate in staalgaas van verskillende diktes
3.3 Oppervlakteverhouding van sweisholte en staalmaasopening
Die gedrukte staalmaas met die openingstempo van 100%, 90% en 80% is getoets, en ander toestande het onveranderd gebly. Na hervloei is die holte-area van die gelaste laag gemeet en vergelyk met die gedrukte staalmaas met die 100% openingtempo. Daar is gevind dat daar geen betekenisvolle verskil in die holte van die gelaste laag onder die toestande van die openingtempo van 100% en 90% 80% was nie, soos in Figuur 8 getoon.
Holte vergelyking van verskillende openingsarea van verskillende staalmaas
3.4 Gelaste holte en gedrukte staalmaasvorm
Met die drukvormtoets van die soldeerpasta van strook b en skuins rooster c, bly ander toestande onveranderd. Na hervloei word die holte-area van die sweislaag gemeet en vergelyk met die drukvorm van rooster a. Daar word gevind dat daar geen noemenswaardige verskil is in die holte van die sweislaag onder die toestande van rooster, strook en skuins rooster, soos in Figuur 9 getoon nie.
Vergelyking van gate in verskillende openingsmodusse van staalmaas
3.5 Sweisholte en terugvloeityd
Na verlengde reflukstyd (70 s, 80 s, 90 s) toets bly ander toestande onveranderd, die gat in die sweislaag is gemeet na refluks, en in vergelyking met die terugvloeityd van 60 s, is gevind dat met die toename van reflukstyd, het die sweisgatarea afgeneem, maar die reduksieamplitude 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 reflukstyd bevorderlik is vir die volle oorvloei van lug toegedraai in gesmelte vloeibare blik, maar nadat die terugvloeityd tot 'n sekere tyd toegeneem het, is die lug wat in vloeibare blik toegedraai is moeilik om weer oor te loop. Terugvloeityd is een van die faktore wat die sweisholte beïnvloed.
Nietige vergelyking van verskillende reflukstydlengtes
3.6 Sweisholte en piek oondtemperatuur
Met 240 ℃ en 250 ℃ piekoondtemperatuurtoets en ander toestande onveranderd, is die holte-area van die gelaste laag gemeet na hervloei, en in vergelyking met 260 ℃ piekoondtemperatuur, is gevind dat onder verskillende piekoondtemperatuurtoestande, die holte van die gelaste laag van QFN en chip het nie betekenisvol verander nie, soos getoon in Figuur 11. Dit toon dat verskillende piek oondtemperatuur geen ooglopende effek op QFN en die gat in die sweislaag van die chip het nie, wat nie 'n beïnvloedende faktor is nie.
Nietige vergelyking van verskillende piektemperature
Die bogenoemde toetse dui aan dat die beduidende faktore wat die sweislaagholte van QFN en spaan beïnvloed, reflukstyd en staalmaasdikte is.
4 Soldeer pasta druk hervloei sweis holte verbetering
4.1DOE-toets om sweisholte te verbeter
Die gat in die sweislaag van QFN en spaander is verbeter deur die optimale waarde van die belangrikste beïnvloedende faktore (terugvloeityd en staalmaasdikte) te vind. Die soldeerpasta was SAC305 tipe4, die staalmaasvorm was roostertipe (100% openingsgraad), die piekoondtemperatuur was 260 ℃, en ander toetstoestande was dieselfde as dié van die toetstoerusting. DOE-toets en resultate is in Tabel 3 getoon. Die invloede van staalmaasdikte en terugvloeityd op QFN en spaandersweisgate word in Figuur 12 getoon. Deur die interaksie-analise van hoofbeïnvloedende faktore, word gevind dat die gebruik van 100 μm staalmaasdikte en 80 s terugvloeityd kan die sweisholte van QFN en chip aansienlik verminder. Die sweisholtetempo van QFN word verminder van die maksimum 27.8% tot 16.1%, en die sweisholtetempo van spaander word verminder van die maksimum 20.5% tot 14.5%.
In die toets is 1000 produkte geproduseer onder die optimale toestande (100 μm staalmaasdikte, 80 s reflukstyd), en die sweisholtetempo van 100 QFN en chip is ewekansig gemeet. Die gemiddelde sweisholtetempo van QFN was 16.4%, en die gemiddelde sweisholtetempo van chip was 14.7% Die sweisholtetempo van die chip en die chip is natuurlik verminder.
4.2 Die nuwe proses verbeter die sweisholte
Die werklike produksiesituasie en toets toon dat wanneer die sweisholte-area aan die onderkant van die chip minder as 10% is, die chip-holteposisie-kraakprobleem nie tydens die loodbinding en gietvorm sal voorkom nie. Die prosesparameters wat deur DOE geoptimaliseer is, kan nie aan die vereistes voldoen om die gate in die konvensionele soldeerpasta-hervloeisweiswerk te ontleed en op te los nie, en die sweisholte-areatempo van die skyfie moet verder verminder word.
Aangesien die skyfie wat op die soldeersel bedek is verhoed dat die gas in die soldeersel 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 hervloeisweis met twee soldeerpasta-drukwerk word aangeneem: een soldeerpasta-druk, een hervloei wat nie QFN dek nie en kaal skyfie wat die gas in soldeersel afvoer; Die spesifieke proses van sekondêre soldeerpasta druk, pleister en sekondêre reflux word in Figuur 13 getoon.
Wanneer die 75μm dik soldeerpasta vir die eerste keer gedruk word, ontsnap die meeste van die gas in die soldeersel sonder spaanderbedekking van die oppervlak, en die dikte na terugvloei is ongeveer 50μm. Na voltooiing van die primêre terugvloei, word klein blokkies op die oppervlak van die afgekoelde gestolde soldeersel gedruk (om die hoeveelheid soldeerpasta te verminder, die hoeveelheid gas wat oorloop, te verminder of uit te skakel soldeer spatsel), en die soldeerpasta met 'n dikte van 50 μm (die bogenoemde toetsresultate toon dat 100 μm die beste is, dus die dikte van die sekondêre druk is 100 μm.50 μm=50 μm), installeer dan die skyfie, en keer dan terug deur 80 s. Daar is amper geen gaatjie in die soldeersel na die eerste druk en hervloei nie, en die soldeerpasta in die tweede druk is klein, en die sweisgat is klein, soos in Figuur 14 getoon.
Na twee afdrukke van soldeerpasta, hol tekening
4.3 Verifikasie van sweisholte effek
Produksie van 2000 produkte (die dikte van die eerste druk staal maas is 75 μm, die dikte van die tweede druk staal maas is 50 μm), ander toestande onveranderd, ewekansige meting van 500 QFN en chip sweis holte tempo, het gevind dat die nuwe proses na die eerste terugvloei geen holte 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 enkel-plak druk sweisproses en die DOE geoptimaliseerde proses, is die sweisholte aansienlik verminder, soos getoon in Figuur 15. Geen chip krake is gevind na funksionele toetse van alle produkte.
5 Opsomming
Die optimalisering van soldeerpasta-drukhoeveelheid en terugvloeityd kan die sweisholte-area verminder, maar die sweisholtetempo is steeds groot. Die gebruik van twee soldeerpasta-drukhervloei-sweistegnieke kan die sweisholtetempo effektief maksimeer. Die sweisarea van QFN kring kaal chip kan onderskeidelik 4.4mm x4.1mm en 3.0mm x2.3mm wees in massaproduksie. Die holtetempo van hervloeisweiswerk word onder 5% beheer, wat die kwaliteit en betroubaarheid van hervloeisweiswerk verbeter. Die navorsing in hierdie vraestel verskaf 'n belangrike verwysing vir die verbetering van die sweisholteprobleem van 'n groot area sweisoppervlak.
