SMT кадимки ширетүү пастасынын абаны кайра агымы менен ширетүү көңдөйүнүн анализин жана чечимди колдонот (2023 Essence Edition), сиз ага татыктуусуз!
1 Киришүү
Райондук такта монтажында, биринчиден, пластинанын ширетүүчү пластинкасына ширетүү пастасы басылып, андан кийин ар кандай электрондук компоненттер чапталат. Акыр-аягы, кайра аккан мештен кийин, ширетүүчү пастадагы калай мончоктору эритип, электрдик субмодулдарды чогултууну ишке ашыруу үчүн бардык электрондук компоненттер жана схеманын ширетүүчү тактасы ширетилген. facemounttechnology (sMT) система деңгээлинин пакети (siP), ballgridarray (BGA) түзмөктөрү жана кубаттуу жылаңач чип, чарчы жалпак пинсиз пакет (quad aatNo-коргошун, QFN деп аталат) сыяктуу жогорку тыгыздыктагы таңгактоо өнүмдөрүндө көбүрөөк колдонулат. ) аппарат.
Улам ширетүү пастасы менен ширетүү жараянынын жана материалдардын өзгөчөлүктөрүнөн улам, бул ири ширетүүчү беттик аппараттардын reflow ширетүү кийин, электрдик касиеттери, жылуулук касиеттери жана продукт Performance механикалык касиеттери таасир этет, ширетүүчү аймакта тешиктер пайда болот, жана ал тургай, буюмдун иштебей калышына алып келет, ошондуктан, ширетүү көңдөйүн кайра иштетүү процесси жана чечилиши керек болгон техникалык маселе болуп калды, кээ бир изилдөөчүлөр BGA ширетүүчү шар ширетүү көңдөйүнүн себептерин талдап, изилдеп, жакшыртуу чечимдерин камсыз кылышкан, кадимки ширетүү. 10мм2ден ашкан QFN ширетүү аянты же 6 мм2ден ашкан ширетүү аянтынын жылаңач чиптин эритмеси жок.
ширетүүчү тешик жакшыртуу үчүн Preformsolder ширетүү жана вакуумдук рефлюкс меш ширетүү колдонуу. Даярдалган ширетүү агымын көрсөтүү үчүн атайын жабдууларды талап кылат. Мисалы, чип алдын ала ширетүүчүгө түздөн-түз коюлгандан кийин, чип офсеттик жана олуттуу кыйшайт. Эгерде флюс орнотулган чип кайра агып, андан кийин чекит коюлса, процесс эки кайра агымга көбөйөт жана даярдалган ширетүүчү жана флюстук материалдын баасы ширетүүчү пастага караганда бир топ жогору.
Вакуумдук рефлюкс жабдуулары кымбатыраак, көз карандысыз вакуумдук камеранын вакуумдук сыйымдуулугу өтө төмөн, өздүк наркы жогору эмес жана калай чачыратуу көйгөйү олуттуу, бул жогорку тыгыздыктагы жана кичинекей чайырды колдонууда маанилүү фактор болуп саналат. буюмдар. Бул макалада кадимки ширетүү пастасынын кайра агымы менен ширетүү процессинин негизинде, ширетүүчү көңдөйдү жакшыртуу жана ширетүүчү көңдөйдүн натыйжасында пайда болгон байланыш жана пластикалык пломбаны жаракалоо көйгөйлөрүн чечүү үчүн жаңы экинчилик ширетүү процесси иштелип чыккан жана киргизилген.
2 Solder пастасы басып reflow ширетүүчү боштук жана өндүрүш механизми
2.1 Ширетүүчү көңдөй
Кайрадан ширетүүдөн кийин продукт рентгендин астында сыналды. Ачык түстөгү ширетүү зонасында тешиктер 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ширетүүчү катмардын жетишсиз ширетүүсүнөн улам экени аныкталган.
көбүк тешик рентген аныктоо
2.2 Ширетүүчү көңдөйдүн пайда болуу механизми
Мисал катары sAC305 ширетүү пастасын алып, негизги курамы жана функциясы 1-таблицада көрсөтүлгөн. Флюс жана калай мончоктору паста формасында бириктирилген. Калай ширетүү менен флюстун салмагынын катышы болжол менен 9:1, ал эми көлөмүнүн катышы болжол менен 1:1.
Паста басып чыгарылгандан жана ар кандай электрондук компоненттер менен орнотулгандан кийин, ширетүүчү паста рефлюкс мешинен өткөндө алдын ала ысытуу, активдештирүү, рефлюкс жана муздатуунун төрт баскычынан өтөт. 2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ар кандай этаптарда ар кандай температуралар менен ширетүү пастанын абалы да ар кандай.
Reflow ширетүүнүн ар бир аймагы үчүн профилдик маалымдама
Алдын ала ысытуу жана активдештирүү стадиясында, ысытылганда, пастадагы агымдагы учуучу компоненттер газга учуп кетет. Ошол эле учурда газдар ширетүүчү катмардын бетиндеги оксиди жок кылынганда пайда болот. Бул газдардын кээ бирлери учуп кетет жана ширетүүчү пастаны таштап кетишет, ал эми ширетүүчү мончоктор агымдын учуп кетишинен улам тыгыз конденсацияланат. Рефлюкс стадиясында, ширетүү пастасында калган агын тез бууланып кетет, калай мончоктор эрийт, бир аз өлчөмдөгү агымдын учуучу газы жана калай мончокторунун ортосундагы абанын көбү өз убагында чачырап кетпейт, ал эми калдыктар эриген калай жана эриген калайдын чыңалуусу астында гамбургер сэндвич түзүмү болуп саналат жана схемалык плата менен ширетүүчү аянтча жана электрондук тетиктер тарабынан кармалып калат, ал эми суюк калайга оролгон газды өйдө көтөрүү күчү менен гана сыртка чыгаруу кыйын. Жогорку эрүү убактысы абдан чоң. кыска. Эриген калай муздагандан кийин катуу калайга айланганда, ширетүүчү катмарда тешикчелер пайда болуп, 3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй ширетүүчү тешиктер пайда болот.
Ширетүүчү паста кайра агып ширетүүдө пайда болгон боштуктун схемалык диаграммасы
Ширетүүчү көңдөйдүн түпкү себеби - эригенден кийин ширетүүчү пастага оролгон аба же учуучу газ толугу менен чыгарылбайт. Таасир этүүчү факторлорго ширетүүчү паста материалы, чаптоочу паста басып чыгаруу формасы, ширетүү пастасын басып чыгаруу көлөмү, рефлюкс температурасы, рефлюкс убактысы, ширетүүчү өлчөмү, түзүмү жана башкалар кирет.
3. Ширетүүчү тешиктердин ширетүү пастасын басып чыгаруунун таасир этүүчү факторлорун текшерүү
QFN жана жылаңач чип тесттери кайра агып ширетүүчү боштуктардын негизги себептерин тастыктоо жана ширетүүчү паста менен басылган кайра агынды ширетүүчү боштуктарды жакшыртуу жолдорун табуу үчүн колдонулган. QFN жана жылаңач чип ширетүүчү паста reflow ширетүүчү продукт профили 4-сүрөттө көрсөтүлгөн, QFN ширетүүчү бетинин өлчөмү 4.4mmx4.1mm, ширетүүчү бети калайланган катмар (100% таза калай); жылаңач чип ширетүүчү өлчөмү 3.0mmx2.3mm болуп саналат, ширетүүчү катмары никель-ванадий биметаллдык катмары sputtered, жана жер үстүндөгү катмары ванадий болуп саналат. субстрат ширетүүчү аянтча электрсиз никель-палладий алтын-малуу болгон, жана жоондугу 0.4μm / 0.06μm / 0.04μm болгон. SAC305 ширетүү пастасы колдонулат, ширетүү пастасын басып чыгаруучу жабдуу - DEK Horizon APix, рефлюкс мешинин жабдуулары - BTUPyramax150N жана рентгендик жабдуулар - DAGExD7500VR.
QFN жана жылаңач чип ширетүүчү чиймелер
Сыноолордун натыйжаларын салыштырууну жеңилдетүү үчүн кайра агып ширетүү 2-таблицадагы шарттарда аткарылды.
Reflow ширетүү шарттарынын таблицасы
Жер үстүндөгү монтаждоо жана кайра агып ширетүү аяктагандан кийин, ширетүүчү катмар рентген нурлары аркылуу аныкталган жана 5-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, QFN түбүндө ширетүүчү катмарда чоң тешиктер жана жылаңач чип бар экени аныкталган.
QFN жана чип голограммасы (рентген)
Калай мончоктун өлчөмү, болот тордун калыңдыгы, ачылуучу аянттын ылдамдыгы, болоттун формасы, рефлюкс убактысы жана мештин эң жогорку температурасы кайра агып келүүчү ширетүү боштуктарына таасирин тийгизет, көптөгөн таасир этүүчү факторлор бар, алар түздөн-түз DOE тести менен текшерилет жана эксперименталдык сан топтор өтө чоң болот. Корреляциялык салыштыруу тести аркылуу негизги таасир этүүчү факторлорду тез эле текшерүү жана аныктоо, андан кийин DOE аркылуу негизги таасир этүүчү факторлорду андан ары оптималдаштыруу зарыл.
3.1 Ширетүүчү тешиктердин өлчөмдөрү жана ширетүүчү паста калай мончоктору
Type3 (мончок өлчөмү 25-45 мкм) SAC305 solder pasta сыноо менен, башка шарттар өзгөрүүсүз бойдон калууда. Кайра агып чыккандан кийин, ширетүүчү катмардагы тешиктер өлчөнөт жана 4-түрдөгү ширетүү пастасы менен салыштырылат. Бул ширетүүчү катмардын тешиктери эки түрдүү мончоктордун ортосунда анча деле айырмаланбагандыгы аныкталды, бул ар кандай мончоктордун өлчөмү менен ширетүүчү паста ширетүүчү катмардагы тешиктерге эч кандай айкын таасир тийгизбейт, бул таасир этүүчү фактор эмес, фиг. 6 Көрсөтүлгөндөй.
Ар кандай бөлүкчөлөрдүн өлчөмдөрү менен металл калай порошок тешиктерин салыштыруу
3.2 Ширетүүчү көңдөйдүн калыңдыгы жана басылган болот тор
Кайра агып чыккандан кийин ширетилген катмардын көңдөй аянты 50 мкм, 100 мкм жана 125 мкм калыңдыгы менен басылган болот тор менен өлчөнгөн жана башка шарттар өзгөрүүсүз калган. Ал QFN боюнча ар кандай калыңдыктагы болот торчосунун таасири 75 мкм калыңдыгы менен басылган болот торчо менен салыштырылган болот тордун калыңдыгы көбөйгөн сайын көңдөй аянты акырындык менен азаят. Белгилүү бир калыңдыкка (100мкм) жеткенден кийин көңдөй аянты тескери болуп, 7-сүрөттө көрсөтүлгөндөй болот тордун калыңдыгынын өсүшү менен көбөйө баштайт.
Бул ширетүүчү пастанын көлөмүн көбөйткөндө, рефлюкс менен суюк калай чип менен жабылып, калган абанын чыгышы төрт тараптан гана тар экенин көрсөтүп турат. Шире пастасынын көлөмү өзгөртүлгөндө, калдык абанын чыгуучу жери да көбөйөт жана суюк калайга оролгон абанын заматта жарылуусу же суюк калайдан учуп кетүүчү газ суюк калайдын QFN жана чиптин айланасына чачырашына алып келет.
Сыноо болоттон жасалган тордун калыңдыгынын өсүшү менен абанын же учуучу газдын чыгышынан улам көбүктүн жарылышы да көбөйөрүн жана QFN жана чиптин айланасында калайдын чачырашы ыктымалдыгы да ошого жараша көбөйөрүн көрсөттү.
Ар кандай калыңдыктагы болот тордогу тешиктерди салыштыруу
3.3 ширетүүчү көңдөй жана болот тор ачуу аянтынын катышы
100%, 90% жана 80% ачуу ылдамдыгы менен басылган болот сетка сыналган, жана башка шарттар өзгөрүүсүз калган. Кайра агып чыккандан кийин ширетилген катмардын көңдөй аянты өлчөнгөн жана 100% ачылыш ылдамдыгы менен басылган болот тор менен салыштырылган. 8-сүрөттө көрсөтүлгөндөй ачылуу ылдамдыгы 100% жана 90% 80% шартында ширетилген катмардын көңдөйүндө олуттуу айырма жок экени аныкталган.
Ар кандай болот торчолордун ар кандай ачылыш аянтынын көңдөйүн салыштыруу
3.4 Ширетилген көңдөй жана басылган болот тор формасы
Б тилкесинин жана жантайылган тордун с ширетүүчү пастасынын басып чыгаруу формасынын сыноосу менен башка шарттар өзгөрүүсүз калат. Кайра агызгандан кийин ширетүүчү катмардын көңдөй аянты өлчөнөт жана тордун басып чыгаруу формасы менен салыштырылат. 9-сүрөттө көрсөтүлгөндөй тор, тилке жана жантайма тор шартында ширетүүчү катмардын көңдөйүндө олуттуу айырма жок экени аныкталды.
Болот торлордун ар кандай ачылыш режимдеринде тешиктерди салыштыруу
3.5 Ширетүүчү көңдөй жана рефлюкс убактысы
Узакка созулган рефлюкс убактысынан кийин (70 с, 80 с, 90 с) тестирлөөдөн кийин, башка шарттар өзгөрүүсүз бойдон калууда, ширетүүчү катмардагы тешик рефлюкс кийин өлчөнгөн жана 60 с рефлюкс убактысы менен салыштырганда, рефлюкс убактысы, ширетүүчү тешик аянты кыскарды, бирок кыскартуу амплитудасы убакыттын көбөйүшү менен акырындык менен төмөндөдү, 10-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Бул рефлюкс убактысы жетишсиз болгон учурда, рефлюкс убактысын көбөйтүү абанын толук толуп кетишине шарт түзөрүн көрсөтөт. эриген суюк калайга оролгон, бирок рефлюкс убактысы белгилүү бир убакытка чейин көбөйгөндөн кийин, суюк калайга оролгон аба кайра ашып кетүү кыйынга турат. Рефлюкс убактысы ширетүүчү көңдөйгө таасир этүүчү факторлордун бири болуп саналат.
Ар кандай рефлюкс убакыт узундугун жараксыз салыштыруу
3.6 Ширетүүчү көңдөй жана мештин эң жогорку температурасы
240 ℃ жана 250 ℃ эң жогорку температура сыноосу жана башка шарттар өзгөрүүсүз, ширетилген катмардын көңдөй аянты кайра агып чыккандан кийин өлчөнгөн жана 260 ℃ эң жогорку мештин температурасы менен салыштырганда, ар кандай чоку температура шарттарында мештин боштугу аныкталган. QFN жана чиптин ширетилген катмары 11-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, олуттуу өзгөргөн жок. Бул ар кандай чокулуу мештин температурасы QFN жана чиптин ширетүүчү катмарындагы тешикке эч кандай айкын таасир тийгизбей турганын көрсөтүп турат, бул таасир этүүчү фактор эмес.
Ар кандай чоку температураларды жараксыз салыштыруу
Жогорудагы тесттер QFN жана чиптин ширетүүчү катмарынын көңдөйүнө таасир этүүчү маанилүү факторлор рефлюкс убактысы жана болот торчосунун калыңдыгы экенин көрсөтүп турат.
4 Solder паста басып reflow ширетүүчү көңдөй жакшыртуу
4.1DOE тест ширетүүчү көңдөйүн жакшыртуу үчүн
QFN жана чиптин ширетүүчү катмарындагы тешик негизги таасир этүүчү факторлордун (рефлюкс убактысы жана болоттун калыңдыгы) оптималдуу маанисин табуу менен жакшыртылды. Ширетүүчү паста SAC305 type4, болот тордун формасы тор түрү (100% ачылыш даражасы), мештин эң жогорку температурасы 260 ℃ жана башка сыноо шарттары сыноо жабдыктарына окшош болгон. DOE тести жана натыйжалары 3-таблицада көрсөтүлгөн. Болот тордун калыңдыгынын жана рефлюкс убактысынын QFN жана чипти ширетүүчү тешиктерге тийгизген таасири 12-сүрөттө көрсөтүлгөн. Негизги таасир этүүчү факторлордун өз ара аракеттенүүсүн талдоо аркылуу, 100 мкм болот тордун калыңдыгын колдонуу аныкталды. жана 80 с рефлюкс убактысы QFN жана чиптин ширетүүчү көңдөйүн олуттуу кыскарта алат. QFNдин ширетүүчү көңдөйүнүн ылдамдыгы максималдуу 27,8% дан 16,1% га чейин, ал эми чиптин ширетүүчү көңдөйү максималдуу 20,5% дан 14,5% га чейин төмөндөйт.
Сыноодо 1000 өнүм оптималдуу шарттарда өндүрүлгөн (100 мкм болот торчосунун калыңдыгы, 80 с рефлюкс убактысы) жана 100 QFN жана чиптин ширетүүчү көңдөйүнүн ылдамдыгы туш келди өлчөнгөн. QFN орточо ширетүүчү боштук курсу 16,4% ды түздү, ал эми чиптин орточо ширетүү көңдөйү 14,7% ды түздү.
4.2 Жаңы процесс ширетүүчү көңдөйдү жакшыртат
Чыныгы өндүрүштүк кырдаал жана тест көрсөткөндөй, чиптин түбүндө ширетүүчү көңдөй аянты 10% дан аз болгондо, коргошунду бириктирүү жана калыптандыруу учурунда чиптин боштугунун абалы жаракалар көйгөйү пайда болбойт. DOE тарабынан оптималдаштырылган процесстин параметрлери кадимки ширетүүчү паста менен ширетүүдө тешиктерди талдоо жана чечүү талаптарына жооп бере албайт жана чиптин ширетүүчү көңдөй аянтынын ылдамдыгын андан ары кыскартуу керек.
Ширетүүчүгө капталган чип ширетүүчүдөгү газдын чыгып кетишине жол бербегендиктен, чиптин түбүндөгү тешиктин ылдамдыгы ширетүүчү капталган газды жок кылуу же азайтуу аркылуу дагы азаят. Эки ширетүү пастасын басып чыгаруу менен ширетүүнүн жаңы процесси кабыл алынды: бир паста басып чыгаруу, бир рефлекс QFNди камтыбайт жана жылаңач чипте газды разряддоо; Экинчи ширетүү пастасын басып чыгаруунун, патчтын жана экинчилик рефлюкстун өзгөчө процесси 13-сүрөттө көрсөтүлгөн.
75μm калың ширетүү паста биринчи жолу басылганда, чип капкагы жок ширетүүдөгү газдын көбү бетинен чыгып кетет, ал эми рефлюкстөн кийинки калыңдыгы 50мкм түзөт. Алгачкы рефлюкс аяктагандан кийин муздатылган катуу ширетүүчүнүн бетине майда квадраттар басылат (пастанын көлөмүн азайтуу, газдын төгүлүшүн азайтуу, ширетүүчү чачыранды азайтуу же жок кылуу үчүн), ал эми ширетүү пастасы менен калыңдыгы 50 мкм (жогоруда көрсөтүлгөн тесттин натыйжалары 100 мкм эң жакшы экенин көрсөтүп турат, ошондуктан экинчилик басып чыгаруунун калыңдыгы 100 мкм.50 мкм = 50 мкм), андан кийин чипти орнотуп, андан кийин 80 с. аркылуу кайтып келиңиз. Биринчи басып чыгаруудан жана кайра иштетүүдөн кийин ширетүүчүдө тешик дээрлик жок, ал эми экинчи басып чыгарууда 14-сүрөттө көрсөтүлгөндөй ширетүүчү тешик кичинекей, ал эми ширетүүчү тешик кичинекей.
Паста эки басылгандан кийин, көңдөй чийме
4.3 Ширетүүчү көңдөй эффектин текшерүү
2000 буюмдарды өндүрүү (биринчи басып чыгаруу болот торчосунун жоондугу 75 мкм, экинчи басма болот тордун жоондугу 50 мкм), башка шарттар өзгөрүүсүз, 500 QFN жана чип ширетүүчү боштук курсу кокусунан өлчөө, жаңы жараян деп табылган биринчи рефлюкс жок көңдөй кийин, экинчи рефлюкс QFN кийин максималдуу ширетүүчү боштук курсу 4,8%, ал эми чиптин максималдуу ширетүүчү боштук курсу 4,1% түзөт. Баштапкы бир паста басып чыгаруу ширетүү процесси жана DOE оптималдаштырылган процесс менен салыштырганда, 15-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ширетүүчү көңдөй олуттуу кыскарган. Бардык буюмдардын функционалдык сыноолорунан кийин чиптин жаракалары табылган жок.
5 Жыйынтык
Solder пастасын басып чыгаруу көлөмүн жана рефлюкс убактысын оптималдаштыруу ширетүүчү боштуктун аянтын азайтышы мүмкүн, бирок ширетүүчү боштуктун ылдамдыгы дагы эле чоң. Эки ширетүү пастасын басып чыгарууну кайра агым менен ширетүү ыкмаларын колдонуу натыйжалуу жана ширетүүчү боштуктун ылдамдыгын көбөйтүүгө мүмкүндүк берет. QFN схемасынын жылаңач чипинин ширетүүчү аянты массалык өндүрүштө 4,4 мм x4,1 мм жана 3,0 мм x2,3 мм болушу мүмкүн, кайра агым менен ширетүүнүн көңдөйүнүн ылдамдыгы 5% дан төмөн көзөмөлдөнөт, бул reflow ширетүүнүн сапатын жана ишенимдүүлүгүн жогорулатат. Бул макалада изилдөө ири аянты ширетүүчү бетинин ширетүүчү көңдөй көйгөйүн жакшыртуу үчүн маанилүү шилтеме берет.
