SMT an'anaviy lehim pastasi havo oqimini payvandlash bo'shlig'ining tahlili va eritmasidan foydalanadi (2023 Essence Edition), siz bunga loyiqsiz!
1 Kirish
O'chirish platasining yig'ilishida lehim pastasi birinchi navbatda elektron plataning lehim paneliga bosiladi, so'ngra turli elektron komponentlar biriktiriladi. Nihoyat, qayta ishlaydigan pechdan so'ng, lehim pastasidagi qalay boncuklar eritiladi va elektr submodullarini yig'ishni amalga oshirish uchun barcha turdagi elektron komponentlar va elektron plataning lehim yostig'i bir-biriga payvandlanadi. Yuzaki o'rnatish texnologiyasi (sMT) tizim darajasidagi paket (siP), ballgridarray (BGA) qurilmalari va quvvatsiz Chip, kvadrat tekis pinsiz paket (quad aatNo-qo'rg'oshin, QFN deb ataladi) kabi yuqori zichlikli qadoqlash mahsulotlarida tobora ko'proq foydalanilmoqda. ) qurilma.
Lehim pastasini payvandlash jarayoni va materiallarining xususiyatlariga ko'ra, ushbu yirik lehim sirt qurilmalarini qayta payvandlashdan so'ng, lehimli payvandlash sohasida teshiklar paydo bo'ladi, bu mahsulotning elektr xususiyatlariga, issiqlik xususiyatlariga va mexanik xususiyatlariga ta'sir qiladi Ishlash, va hatto mahsulotning ishdan chiqishiga olib keladi, shuning uchun lehim pastasini qayta oqimli payvandlash bo'shlig'ini yaxshilash uchun hal qilinishi kerak bo'lgan jarayon va texnik muammoga aylandi, ba'zi tadqiqotchilar BGA lehim to'pi payvandlash bo'shlig'ining sabablarini tahlil qildilar va o'rgandilar va takomillashtirish echimlarini taqdim etdilar, an'anaviy lehim pasta qayta oqimli payvandlash jarayonida QFN 10 mm2 dan kattaroq payvandlash maydoni yoki 6 mm2 dan ortiq payvandlash maydoni yalang'och chip eritmasi yo'q.
Payvandlash teshigini yaxshilash uchun Preformsolder payvandlash va vakuumli reflyuksli pechni payvandlashdan foydalaning. Prefabrik lehim oqimini ko'rsatish uchun maxsus jihozlarni talab qiladi. Misol uchun, chip to'g'ridan-to'g'ri prefabrik lehimga joylashtirilgandan so'ng, chip ofset va jiddiy egiladi. Agar oqim o'rnatish chipi qayta oqim va keyin nuqta bo'lsa, jarayon ikki marta qayta oqim bilan ortadi va prefabrik lehim va oqim materialining narxi lehim pastasiga qaraganda ancha yuqori.
Vakuumli reflyuks uskunasi qimmatroq, mustaqil vakuum kamerasining vakuum sig'imi juda past, xarajat ko'rsatkichlari yuqori emas va qalayning chayqalishi muammosi jiddiy, bu yuqori zichlikli va kichik o'lchamli qurilmalarni qo'llashda muhim omil hisoblanadi. mahsulotlar. Ushbu maqolada an'anaviy lehim pastasini qayta oqimli payvandlash jarayoniga asoslanib, payvandlash bo'shlig'ini yaxshilash va payvandlash bo'shlig'idan kelib chiqadigan bog'lash va plastik muhr yorilishi muammolarini hal qilish uchun yangi ikkilamchi qayta oqimli payvandlash jarayoni ishlab chiqilgan va joriy etilgan.
2 Lehim pastasi bosib chiqarish qayta oqimli payvandlash bo'shlig'i va ishlab chiqarish mexanizmi
2.1 Payvandlash bo'shlig'i
Qayta oqimli payvandlashdan so'ng mahsulot rentgen nurlari ostida sinovdan o'tkazildi. Payvandlash zonasidagi ochroq rangdagi teshiklar 1-rasmda ko'rsatilganidek, payvandlash qatlamidagi lehim etarli emasligi sababli aniqlandi.
Pufak teshigini rentgen nurlari bilan aniqlash
2.2 Payvandlash bo'shlig'ining hosil bo'lish mexanizmi
Misol sifatida sAC305 lehim pastasini oladigan bo'lsak, asosiy tarkibi va funktsiyasi 1-jadvalda ko'rsatilgan. Oqim va qalay boncuklar pasta shaklida bir-biriga bog'langan. Qalay lehimining og'irlik nisbati oqimga taxminan 9: 1, hajm nisbati esa taxminan 1: 1 ni tashkil qiladi.
Lehim pastasi chop etilgandan va turli xil elektron komponentlar bilan o'rnatilgandan so'ng, lehim pastasi qayta oqim o'chog'idan o'tganda oldindan qizdirish, faollashtirish, qayta oqim va sovutishning to'rt bosqichidan o'tadi. Lehim pastasining holati, shuningdek, 2-rasmda ko'rsatilganidek, turli bosqichlarda har xil haroratlarda farqlanadi.
Reflow lehimlashning har bir sohasi uchun profil ma'lumotnomasi
Oldindan isitish va faollashtirish bosqichida lehim pastasidagi oqimdagi uchuvchi komponentlar qizdirilganda gazga aylanadi. Shu bilan birga, payvandlash qatlamining yuzasida oksidi chiqarilganda gazlar hosil bo'ladi. Ushbu gazlarning ba'zilari uchuvchan bo'ladi va lehim pastasini tark etadi va lehim boncuklari oqimning uchuvchanligi tufayli qattiq kondensatsiyalanadi. Qayta oqim bosqichida lehim pastasidagi qolgan oqim tezda bug'lanadi, qalay boncuklar eriydi, oz miqdorda uchuvchi gaz oqimi va qalay boncuklar orasidagi havoning ko'p qismi o'z vaqtida tarqalmaydi va qoldiq eritilgan qalay va eritilgan qalayning kuchlanishi ostida gamburger sendvich tuzilishi bo'lib, elektron plata lehim yostig'i va elektron komponentlar tomonidan ushlanadi va suyuq qalayga o'ralgan gaz faqat yuqoriga ko'tarilish bilan qochish qiyin. Yuqori erish vaqti juda katta. qisqa. Eritilgan qalay sovib, qattiq qalayga aylanganda, 3-rasmda ko'rsatilganidek, payvandlash qatlamida teshiklar paydo bo'ladi va lehim teshiklari hosil bo'ladi.
Lehim pastasini qayta oqim bilan payvandlash natijasida hosil bo'lgan bo'shliqning sxematik diagrammasi
Payvandlash bo'shlig'ining asosiy sababi shundaki, eritilgandan keyin lehim pastasiga o'ralgan havo yoki uchuvchi gaz to'liq bo'shatilmaydi. Ta'sir etuvchi omillar orasida lehim pastasi materiali, lehim pastasini bosib chiqarish shakli, lehim pastasini bosib chiqarish miqdori, qayta oqim harorati, qayta oqim vaqti, payvandlash hajmi, tuzilishi va boshqalar kiradi.
3. Lehim pastasini bosib chiqarishni qayta oqimli payvandlash teshiklarining ta'sir etuvchi omillarini tekshirish
Qayta oqimli payvandlash bo'shliqlarining asosiy sabablarini tasdiqlash va lehim pastasi bilan bosilgan qayta oqimli payvandlash bo'shliqlarini yaxshilash yo'llarini topish uchun QFN va yalang'och chip sinovlari ishlatilgan. QFN va yalang'och chipli lehim pastasi qayta oqimli payvandlash mahsuloti profili 4-rasmda ko'rsatilgan, QFN payvandlash yuzasi o'lchami 4,4 mm x 4,1 mm, payvandlash yuzasi kalaylangan qatlam (100% sof qalay); Yalang'och chipning payvandlash o'lchami 3,0 mm x 2,3 mm, payvandlash qatlami nikel-vanadiy bimetalik qatlam bilan püskürtülür va sirt qatlami vanadiydir. Substratning payvandlash yostig'i elektrsiz nikel-palladiy oltin bilan cho'ktirildi va qalinligi 0,4 mkm / 0,06 mm / 0,04 mikron edi. SAC305 lehim pastasi ishlatiladi, lehim pastasini chop etish uskunasi DEK Horizon APix, reflyuksli pech uskunasi BTUPyramax150N va rentgen uskunasi DAGExD7500VR.
QFN va yalang'och chipli payvandlash chizmalari
Sinov natijalarini taqqoslashni osonlashtirish uchun 2-jadvaldagi shartlarga muvofiq qayta oqimli payvandlash amalga oshirildi.
Qayta oqimli payvandlash holati jadvali
Sirtni o'rnatish va qayta oqimli payvandlash tugallangandan so'ng, payvandlash qatlami rentgen nurlari bilan aniqlandi va 5-rasmda ko'rsatilganidek, QFN va yalang'och chipning pastki qismida payvandlash qatlamida katta teshiklar mavjudligi aniqlandi.
QFN va chip gologrammasi (rentgen)
Qalay boncuk o'lchami, po'lat to'r qalinligi, ochilish maydoni tezligi, po'lat to'r shakli, qayta oqim vaqti va pechning eng yuqori harorati - barchasi qayta oqimli payvandlash bo'shliqlariga ta'sir qiladi, ko'plab ta'sir qiluvchi omillar mavjud bo'lib, ular to'g'ridan-to'g'ri DOE testi bilan tekshiriladi va eksperimental soni guruhlar juda katta bo'ladi. Korrelyatsiyani taqqoslash testi orqali asosiy ta'sir etuvchi omillarni tezda tekshirish va aniqlash, so'ngra DOE orqali asosiy ta'sir etuvchi omillarni yanada optimallashtirish kerak.
3.1 Lehim teshiklari va lehim pastasi qalay boncuklarining o'lchamlari
Type3 (munchoq o'lchami 25-45 mkm) SAC305 lehim pastasi sinovi bilan boshqa shartlar o'zgarishsiz qoladi. Qayta oqimdan so'ng, lehim qatlamidagi teshiklar o'lchanadi va 4-toifa lehim pastasi bilan taqqoslanadi. Lehim qatlamidagi teshiklar ikki turdagi lehim pastasi o'rtasida sezilarli darajada farq qilmasligi aniqlandi, bu har xil boncuk o'lchamiga ega bo'lgan lehim pastasi lehim qatlamidagi teshiklarga aniq ta'sir ko'rsatmasligini ko'rsatadi, bu ta'sir etuvchi omil emas, Shaklda ko'rsatilganidek. 6 Ko'rsatilganidek.
Turli zarracha o'lchamlari bilan metall qalay kukunlari teshiklarini solishtirish
3.2 Payvandlash bo'shlig'i va bosilgan po'lat to'rning qalinligi
Qayta oqimdan so'ng, payvandlangan qatlamning bo'shliq maydoni qalinligi 50 mkm, 100 mkm va 125 mkm bo'lgan bosilgan po'lat to'r bilan o'lchandi va boshqa shartlar o'zgarishsiz qoldi. Turli qalinlikdagi po'lat to'rning (lehim pastasi) QFN ga ta'siri 75 mkm qalinlikdagi bosilgan po'lat to'r bilan taqqoslanganligi aniqlandi, po'lat to'rning qalinligi oshishi bilan bo'shliq maydoni asta-sekin kamayadi. Muayyan qalinlikka (100 mkm) erishgandan so'ng, bo'shliq maydoni teskari bo'ladi va 7-rasmda ko'rsatilganidek, po'lat to'rning qalinligi oshishi bilan o'sishni boshlaydi.
Bu shuni ko'rsatadiki, lehim pastasi miqdori oshirilganda, reflyuksli suyuq qalay chip bilan qoplanadi va qoldiq havo chiqishi chiqishi faqat to'rt tomondan tor bo'ladi. Lehim pastasi miqdori o'zgartirilganda, qoldiq havo chiqishi ham ortadi va suyuq qalayga o'ralgan havoning bir zumda portlashi yoki suyuq qalayga uchuvchi gaz qochib ketishi, suyuq qalayning QFN va chip atrofida sachrashiga olib keladi.
Sinov shuni ko'rsatdiki, po'lat to'rning qalinligi oshishi bilan havo yoki uchuvchi gazning chiqishi natijasida yuzaga keladigan qabariq portlashi ham ortadi va QFN va chip atrofida qalayning chayqalishi ehtimoli ham mos ravishda ortadi.
Turli qalinlikdagi po'lat to'rlardagi teshiklarni solishtirish
3.3 Payvandlash bo'shlig'i va po'lat to'r ochilishining maydon nisbati
100%, 90% va 80% ochilish tezligi bilan bosilgan po'lat to'r sinovdan o'tkazildi va boshqa shartlar o'zgarishsiz qoldi. Qayta oqimdan so'ng, payvandlangan qatlamning bo'shliq maydoni o'lchandi va 100% ochilish tezligi bilan bosilgan po'lat to'r bilan solishtirildi. 8-rasmda ko'rsatilganidek, 100% va 90% 80% ochilish tezligi sharoitida payvandlangan qatlamning bo'shlig'ida sezilarli farq yo'qligi aniqlandi.
Turli xil po'lat to'rlarning turli ochilish maydonini bo'shliq bilan taqqoslash
3.4 Payvandlangan bo'shliq va bosilgan po'lat to'r shakli
B tasma va eğimli panjara c lehim pastasini bosib chiqarish shakli sinovi bilan boshqa shartlar o'zgarishsiz qoladi. Qayta oqimdan so'ng, payvandlash qatlamining bo'shliq maydoni o'lchanadi va panjara a ning bosma shakli bilan taqqoslanadi. 9-rasmda ko'rsatilganidek, to'r, chiziq va eğimli panjara sharoitida payvandlash qatlamining bo'shlig'ida sezilarli farq yo'qligi aniqlandi.
Po'lat to'rning turli xil ochilish rejimlarida teshiklarni solishtirish
3.5 Payvandlash bo'shlig'i va qayta oqim vaqti
Uzoq muddatli reflyuks vaqti (70 s, 80 s, 90 s) sinovidan so'ng, boshqa shartlar o'zgarishsiz qoladi, payvandlash qatlamidagi teshik reflyuksdan keyin o'lchanadi va 60 s reflyuks vaqti bilan solishtirganda, ko'payishi bilan aniqlandi. qayta oqim vaqti, payvandlash teshigi maydoni kamaydi, lekin kamaytirish amplitudasi asta-sekin vaqt ortishi bilan kamaydi, 10-rasmda ko'rsatilganidek, bu reflyuks vaqti etarli bo'lmagan taqdirda, qaytarilish vaqtini oshirish havoning to'liq to'lib ketishiga yordam berishini ko'rsatadi. erigan suyuq qalayga o'ralgan, lekin qayta oqim vaqti ma'lum vaqtga ko'paygandan so'ng, suyuq qalayga o'ralgan havo yana toshib ketishi qiyin. Qayta oqim vaqti payvandlash bo'shlig'iga ta'sir qiluvchi omillardan biridir.
Turli xil reflyuks vaqt uzunliklarini bekor taqqoslash
3.6 Payvandlash bo'shlig'i va pechning eng yuqori harorati
240 ℃ va 250 ℃ pechning eng yuqori harorati sinovi va boshqa shartlar o'zgarmagan holda, payvandlangan qatlamning bo'shlig'i maydoni qayta oqimdan keyin o'lchandi va 260 ℃ eng yuqori o'choq harorati bilan solishtirganda, turli xil eng yuqori o'choq harorati sharoitida, bo'shliqning bo'shlig'i aniqlandi. QFN va chipning payvandlangan qatlami 11-rasmda ko'rsatilganidek, sezilarli darajada o'zgarmadi. Bu turli xil tepalik o'choq harorati QFN va ta'sir etuvchi omil bo'lmagan chipning payvandlash qatlamidagi teshikka aniq ta'sir ko'rsatmasligini ko'rsatadi.
Turli yuqori haroratlarni taqqoslash
Yuqoridagi testlar shuni ko'rsatadiki, QFN va chipning payvandlash qatlami bo'shlig'iga ta'sir qiluvchi muhim omillar refluks vaqti va po'lat to'r qalinligidir.
4 Lehim pastasini bosib chiqarishni qayta oqimli payvandlash bo'shlig'ini yaxshilash
Payvandlash bo'shlig'ini yaxshilash uchun 4.1DOE testi
QFN va chipning payvandlash qatlamidagi teshik asosiy ta'sir etuvchi omillarning optimal qiymatini (refluks vaqti va po'lat to'r qalinligi) topish orqali yaxshilandi. Lehim pastasi SAC305 type4, po'lat to'r shakli panjara turi (100% ochilish darajasi), pechning eng yuqori harorati 260 ℃ va boshqa sinov shartlari sinov uskunasi bilan bir xil edi. DOE testi va natijalari 3-jadvalda ko'rsatilgan. QFN va chiplarni payvandlash teshiklariga po'lat to'r qalinligi va qayta oqim vaqtining ta'siri 12-rasmda ko'rsatilgan. Asosiy ta'sir etuvchi omillarning o'zaro ta'sirini tahlil qilish natijasida 100 mkm po'lat to'r qalinligidan foydalanish aniqlandi. va 80 s reflyuks vaqti QFN va chipning payvandlash bo'shlig'ini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin. QFN ning payvandlash bo'shlig'ining tezligi maksimal 27,8% dan 16,1% gacha, chipning payvandlash bo'shlig'ining tezligi maksimal 20,5% dan 14,5% gacha kamayadi.
Sinovda 1000 ta mahsulot optimal sharoitlarda ishlab chiqarilgan (100 mkm po'lat to'r qalinligi, 80 s qayta oqim vaqti) va 100 QFN va chipning payvandlash bo'shlig'i tezligi tasodifiy o'lchangan. QFN ning o'rtacha payvandlash bo'shlig'i darajasi 16,4% ni tashkil etdi va chipning o'rtacha payvandlash bo'shlig'i darajasi 14,7% ni tashkil etdi. Chip va chipning payvand choki tezligi aniq kamayadi.
4.2 Yangi jarayon payvandlash bo'shlig'ini yaxshilaydi
Haqiqiy ishlab chiqarish holati va sinov shuni ko'rsatadiki, chipning pastki qismidagi payvandlash bo'shlig'i maydoni 10% dan kam bo'lsa, qo'rg'oshin bilan bog'lash va qoliplash jarayonida chip bo'shlig'ining holati yorilish muammosi yuzaga kelmaydi. DOE tomonidan optimallashtirilgan jarayon parametrlari an'anaviy lehim pastasini qayta oqimli payvandlashda teshiklarni tahlil qilish va hal qilish talablariga javob bera olmaydi va chipning payvandlash bo'shlig'i maydoni tezligini yanada kamaytirish kerak.
Lehim bilan qoplangan chip lehimdagi gazning chiqib ketishiga to'sqinlik qilganligi sababli, lehim bilan qoplangan gazni yo'q qilish yoki kamaytirish orqali chipning pastki qismidagi teshik tezligi yanada kamayadi. Ikki lehim pastasini bosib chiqarish bilan qayta oqimli payvandlashning yangi jarayoni qabul qilindi: bitta lehim pastasini bosib chiqarish, bitta qayta oqim QFNni qoplamaydi va lehimdagi gazni bo'shatish uchun yalang'och chip; Ikkilamchi lehim pastasini bosib chiqarish, yamoq va ikkilamchi reflyuksiyaning o'ziga xos jarayoni 13-rasmda ko'rsatilgan.
75 mkm qalinlikdagi lehim pastasi birinchi marta chop etilganda, chip qopqog'i bo'lmagan lehimdagi gazning ko'p qismi sirtdan chiqib ketadi va qayta oqimdan keyin qalinligi taxminan 50 mikronni tashkil qiladi. Birlamchi reflyuksiya tugagandan so'ng, sovutilgan qotib qolgan lehim yuzasiga kichik kvadratchalar bosiladi (lehim pastasi miqdorini kamaytirish, gazning to'kilishini kamaytirish, lehim purkashini kamaytirish yoki yo'q qilish uchun) va lehim pastasi bilan qalinligi 50 mkm (yuqoridagi test natijalari 100 mkm eng yaxshi ekanligini ko'rsatadi, shuning uchun ikkilamchi bosib chiqarish qalinligi 100 mkm.50 mkm = 50 mkm), so'ngra chipni o'rnating va keyin 80 s dan keyin qayting. Birinchi bosib chiqarish va qayta oqimdan keyin lehimda deyarli hech qanday teshik yo'q va ikkinchi nashrda lehim pastasi kichik va payvandlash teshigi kichik, 14-rasmda ko'rsatilganidek.
Lehim pastasining ikkita nashridan so'ng, ichi bo'sh chizilgan
4.3 Payvandlash bo'shlig'ining ta'sirini tekshirish
2000 ta mahsulotni ishlab chiqarish (birinchi bosma po'lat to'rning qalinligi 75 mkm, ikkinchi bosma po'lat to'rning qalinligi 50 mkm), boshqa shartlar o'zgarmagan, 500 QFN va chipli payvandlash bo'shlig'i tezligini tasodifiy o'lchash, yangi jarayon ekanligini aniqladi. birinchi reflyuksdan keyin bo'shliq yo'q, ikkinchi reflyukdan keyin QFN Maksimal payvandlash bo'shlig'ining tezligi 4,8%, chipning maksimal payvandlash bo'shlig'i darajasi esa 4,1% ni tashkil qiladi. Asl bir pasta bosib chiqarish payvandlash jarayoni va DOE optimallashtirilgan jarayoni bilan solishtirganda, 15-rasmda ko'rsatilganidek, payvandlash bo'shlig'i sezilarli darajada kamayadi. Barcha mahsulotlarning funktsional sinovlaridan so'ng chip yoriqlari topilmadi.
5 Xulosa
Lehim pastasini bosib chiqarish miqdori va qayta oqim vaqtini optimallashtirish payvandlash bo'shlig'i maydonini kamaytirishi mumkin, ammo payvandlash bo'shlig'ining tezligi hali ham katta. Ikki lehim pastasini bosib chiqarishni qayta oqimli payvandlash usullaridan foydalanish payvandlash bo'shlig'ining tezligini samarali va maksimal darajada oshirishi mumkin. QFN sxemasi yalang'och chipining payvandlash maydoni ommaviy ishlab chiqarishda mos ravishda 4,4 mm x4,1 mm va 3,0 mm x2,3 mm bo'lishi mumkin. Ushbu maqoladagi tadqiqot katta maydonli payvandlash yuzasining payvandlash bo'shlig'i muammosini yaxshilash uchun muhim ma'lumot beradi.
