SMT brûkt konvinsjonele soldeerpasta-luchtreflow-lassenholte-analyze en oplossing (2023 Essence Edition), jo fertsjinje it!
1 Ynlieding
Yn 'e gearstalling fan 'e printplaat wurdt earst soldeerpasta op it soldeerpad fan 'e printplaat printe, en dan wurde ferskate elektroanyske komponinten oanbrocht. Uteinlik, nei de reflow-oven, wurde de tinkralen yn 'e soldeerpasta smelte en wurde alle soarten elektroanyske komponinten en it soldeerpad fan 'e printplaat oaninoar laske om de gearstalling fan elektryske submodules te realisearjen. Surfacemounttechnology (sMT) wurdt hieltyd faker brûkt yn ferpakkingsprodukten mei hege tichtheid, lykas system level package (siP), ballgridarray (BGA) apparaten, en power bare Chip, square flat pin-less package (quad aatNo-lead, oantsjutten as QFN) apparaten.
Fanwegen de skaaimerken fan it soldeerpasta-lassenproses en de materialen sille der nei it reflow-lassen fan dizze grutte soldeeroppervlakken gatten yn it soldeerlasgebiet wêze, wat ynfloed sil hawwe op 'e elektryske eigenskippen, termyske eigenskippen en meganyske eigenskippen fan it produkt. De prestaasjes sille sels liede ta produktfalen. Dêrom is it ferbetterjen fan 'e soldeerpasta-reflow-lassenholte in proses- en technysk probleem wurden dat oplost wurde moat. Guon ûndersikers hawwe de oarsaken fan 'e BGA-soldearringsholte analysearre en bestudearre, en ferbetteringsoplossingen levere. It konvinsjonele soldeerpasta-reflow-lassenproses hat in lasgebiet fan QFN grutter as 10 mm2 of in lasgebiet grutter as 6 mm2, wêrtroch't der gjin oplossing is foar de bleate chip.
Brûk Preformsolder-lassen en fakuüm-refluxovenlassen om it lasgat te ferbetterjen. Prefabrisearre soldeer fereasket spesjale apparatuer om flux te richten. Bygelyks, de chip wurdt ferskowe en serieus tilted nei't de chip direkt op it prefabrisearre soldeer pleatst is. As de flux-mount chip reflow en dan point wurdt, wurdt it proses mei twa reflow ferhege, en de kosten fan prefabrisearre soldeer en fluxmateriaal binne folle heger as de soldeerpasta.
Fakuümrefluxapparatuer is djoerder, de fakuümkapasiteit fan 'e ûnôfhinklike fakuümkeamer is tige leech, de kostenprestaasjes binne net heech, en it probleem fan tinspatten is serieus, wat in wichtige faktor is by de tapassing fan produkten mei hege tichtheid en lytse toanhichte. Yn dit artikel wurdt, basearre op it konvinsjonele soldeerpasta-reflow-lasproses, in nij sekundêr reflow-lasproses ûntwikkele en yntrodusearre om de lasholte te ferbetterjen en de problemen fan bonding en plestike sealingbarsten feroarsake troch de lasholte op te lossen.
2 Soldeerpasta-printsjen reflow-lassenholte en produksjemeganisme
2.1 Lasholte
Nei it reflow-lassen waard it produkt ûnder röntgenstralen hifke. De gatten yn 'e lasône mei in lichtere kleur die bliken te wêzen fanwegen te min soldeer yn 'e laslaach, lykas te sjen is yn figuer 1.
Röntgendeteksje fan it bubbelgat
2.2 Formaasjemeganisme fan lasholte
As wy sAC305 soldeerpasta as foarbyld nimme, wurde de wichtichste gearstalling en funksje werjûn yn tabel 1. De flux en tinkralen binne oaninoar ferbûn yn pastafoarm. De gewichtsferhâlding fan tinsoldeer ta flux is sawat 9:1, en de folumeferhâlding is sawat 1:1.
Nei't de soldeerpasta printe en monteard is mei ferskate elektroanyske komponinten, sil de soldeerpasta fjouwer stadia ûndergean fan foarferwaarming, aktivearring, reflux en koeling as it troch de refluxoven giet. De steat fan 'e soldeerpasta is ek oars mei ferskillende temperatueren yn ferskillende stadia, lykas te sjen is yn figuer 2.
Profylreferinsje foar elk gebiet fan reflow-soldering
Yn 'e foarferwaarmings- en aktivearringsfaze sille de flechtige komponinten yn 'e flux yn' e soldeerpasta by ferwaarming ferdampe ta gas. Tagelyk sille gassen produsearre wurde as it okside op it oerflak fan 'e laslaach fuorthelle wurdt. Guon fan dizze gassen sille ferdampe en de soldeerpasta ferlitte, en de soldeerkralen sille strak kondinsearre wurde troch de ferdamping fan flux. Yn 'e refluxfaze sil de oerbleaune flux yn' e soldeerpasta fluch ferdampe, de tinkralen sille smelte, in lytse hoemannichte flux flechtig gas en it measte fan 'e loft tusken de tinkralen sille net op 'e tiid ferspraat wurde, en de resten yn it smelte tin en ûnder de spanning fan it smelte tin foarmje in hamburger-sandwichstruktuer en wurde fongen troch de soldeerplaat fan it printplaat en elektroanyske komponinten, en it gas dat yn it floeibere tin wikkele is, kin allinich lestich ûntkomme troch de opwaartse driuwkrêft. De smelttiid oan 'e boppekant is tige koart. As it smelte tin ôfkuollet en fêst tin wurdt, ferskine poaren yn 'e laslaach en wurde soldeergatten foarme, lykas te sjen is yn figuer 3.
Skematysk diagram fan leechte generearre troch soldeerpasta-reflowlassen
De woarteloarsaak fan lasholtes is dat de loft of it flechtige gas dat nei it smelten yn 'e soldeerpasta ynpakt is, net folslein ôffierd wurdt. De ynfloedrike faktoaren binne ûnder oaren it materiaal fan 'e soldeerpasta, de foarm fan 'e print fan 'e soldeerpasta, de hoemannichte print fan 'e soldeerpasta, de refluxtemperatuer, de refluxtiid, de lasgrutte en struktuer, ensfh.
3. Ferifikaasje fan ynfloedrike faktoaren fan soldeerpasta-printsjen reflow-lassengatten
QFN- en bleate chip-tests waarden brûkt om de wichtichste oarsaken fan reflow-laspoaten te befêstigjen, en om manieren te finen om de reflow-laspoaten dy't printe wurde troch soldeerpasta te ferbetterjen. It produktprofyl fan QFN- en bleate chip-soldeerpasta-reflow-las wurdt werjûn yn figuer 4, de grutte fan 'e QFN-lasoerflak is 4,4 mm x 4,1 mm, it lasoerflak is in tinne laach (100% suver tin); de lasgrutte fan 'e bleate chip is 3,0 mm x 2,3 mm, de laslaach is in sputterde nikkel-vanadium bimetallyske laach, en de oerflaklaach is vanadium. It laskussen fan it substraat wie elektrolytysk nikkel-palladium goud-dipping, en de dikte wie 0,4 μm/0,06 μm/0,04 μm. SAC305 soldeerpasta wurdt brûkt, de soldeerpasta-printapparatuer is DEK Horizon APix, de refluxovenapparatuer is BTUPyramax150N, en de röntgenapparatuer is DAGExD7500VR.
QFN- en bleate chip-lassentekeningen
Om de fergeliking fan testresultaten te fasilitearjen, waard reflow-lassen útfierd ûnder de omstannichheden yn tabel 2.
Tabel foar reflow-lassen
Nei't it oerflakmontearjen en it reflow-lassen foltôge wiene, waard de laslaach detektearre mei röntgenfoto, en waard fûn dat der grutte gatten yn 'e laslaach oan' e ûnderkant fan QFN en bleate chip wiene, lykas te sjen is yn figuer 5.
QFN en Chip Hologram (Röntgen)
Omdat de grutte fan 'e tinkralen, de dikte fan it stielen gaas, it iepeningsgebiet, de foarm fan it stielen gaas, de refluxtiid en de peaktemperatuer fan 'e oven allegear ynfloed hawwe op 'e holtes fan it reflow-lassen, binne der in protte ynfloedrike faktoaren, dy't direkt ferifiearre wurde kinne troch de DOE-test, en it oantal eksperimintele groepen sil te grut wêze. It is needsaaklik om de wichtichste ynfloedrike faktoaren fluch te screenen en te bepalen troch in korrelaasjeferlikingstest, en dan de wichtichste ynfloedrike faktoaren fierder te optimalisearjen fia DOE.
3.1 Ofmjittings fan soldeergatten en soldeerpasta-tinkralen
Mei type3 (kraalgrutte 25-45 μm) SAC305 soldeerpastatest bliuwe oare omstannichheden ûnferoare. Nei it opnij streamen wurde de gatten yn 'e soldeerlaach metten en fergelike mei type4 soldeerpasta. It docht bliken dat de gatten yn 'e soldeerlaach net signifikant ferskille tusken de twa soarten soldeerpasta, wat oanjout dat de soldeerpasta mei ferskillende kraalgrutte gjin dúdlike ynfloed hat op 'e gatten yn 'e soldeerlaach, wat gjin ynfloedrike faktor is, lykas te sjen is yn FIG. 6 Lykas te sjen is.
Ferliking fan gatten fan metallysk tinpoeier mei ferskillende dieltsjegruttes
3.2 Dikte fan lasholte en printe stielen gaas
Nei it opnij streamen waard it holtegebiet fan 'e lassen laach metten mei it printe stielen gaas mei de dikte fan 50 μm, 100 μm en 125 μm, en oare omstannichheden bleauwen ûnferoare. It die bliken dat it effekt fan ferskillende dikte fan stielen gaas (soldeerpasta) op QFN fergelike waard mei dat fan it printe stielen gaas mei de dikte fan 75 μm. As de dikte fan it stielen gaas tanimt, nimt it holtegebiet stadichoan ôf. Nei it berikken fan in bepaalde dikte (100μm) sil it holtegebiet omkeare en begjinne te fergrutsjen mei de tanimming fan 'e dikte fan it stielen gaas, lykas te sjen is yn figuer 7.
Dit lit sjen dat as de hoemannichte soldeerpasta fergrutte wurdt, it floeibere tin mei reflux bedekt wurdt troch de chip, en de útlaat fan ûntsnappingslucht mar oan fjouwer kanten smel is. As de hoemannichte soldeerpasta feroare wurdt, wurdt de útlaat fan ûntsnappingslucht ek fergrutte, en de direkte útbarsting fan lucht ynpakt yn floeibere tin of flechtige gas dy't ûntsnapt yn floeibere tin sil feroarsaakje dat floeibere tin om QFN en de chip spat.
De test fûn dat mei de tanimming fan 'e dikte fan it stielen gaas, de bubbelbarste feroarsake troch it ûntsnappen fan loft of flechtig gas ek sil tanimme, en de kâns op tinspatten om QFN en chip sil ek oerienkommende tanimme.
Ferliking fan gatten yn stielen gaas fan ferskillende dikte
3.3 Oerflakferhâlding fan lasholte en stielen gaas iepening
It printe stielen gaas mei in iepeningsnelheid fan 100%, 90% en 80% waard hifke, en oare omstannichheden bleauwen ûnferoare. Nei it opnij streamen waard it holtegebiet fan 'e lassen laach metten en fergelike mei it printe stielen gaas mei in iepeningsnelheid fan 100%. It die bliken dat der gjin signifikant ferskil wie yn 'e holte fan 'e lassen laach ûnder de omstannichheden fan in iepeningsnelheid fan 100% en 90% 80%, lykas te sjen is yn figuer 8.
Holteferliking fan ferskillende iepeninggebieten fan ferskillende stielen gaas
3.4 Lassen holte en printe stielen gaasfoarm
Mei de printfoarmtest fan 'e soldeerpasta fan strip b en hellend raster c bliuwe oare omstannichheden net feroare. Nei it opnij streamen wurdt it holtegebiet fan 'e laslaach metten en fergelike mei de printfoarm fan raster a. It wurdt fûn dat der gjin signifikant ferskil is yn 'e holte fan 'e laslaach ûnder de omstannichheden fan raster, strip en hellend raster, lykas te sjen is yn figuer 9.
Ferliking fan gatten yn ferskate iepeningsmodi fan stielen gaas
3.5 Lasholte en refluxtiid
Nei in langere refluxtiidtest (70 s, 80 s, 90 s), bliuwe oare omstannichheden net feroare, it gat yn 'e laslaach waard metten nei reflux, en yn ferliking mei de refluxtiid fan 60 s, waard fûn dat mei de tanimming fan 'e refluxtiid it oerflak fan it lasgat ôfnaam, mar de reduksjeamplitude naam stadichoan ôf mei de tanimming fan 'e tiid, lykas te sjen is yn figuer 10. Dit lit sjen dat yn it gefal fan ûnfoldwaande refluxtiid, it ferheegjen fan 'e refluxtiid geunstich is foar de folsleine oerstreaming fan loft yn it smelte floeibere tin, mar nei't de refluxtiid tanommen is oant in bepaalde tiid, is it lestich om de loft yn it floeibere tin wer oer te streamen. Refluxtiid is ien fan 'e faktoaren dy't ynfloed hawwe op 'e lasholte.
Lege ferliking fan ferskillende refluxtiidlengten
3.6 Lasholte en peak oventemperatuer
Mei 240 ℃ en 250 ℃ peak oventemperatuertest en oare omstannichheden net feroare, waard it holtegebiet fan 'e laske laach mjitten nei reflow, en fergelike mei 260 ℃ peak oventemperatuer, waard fûn dat ûnder ferskate peak oventemperatueromstannichheden, de holte fan 'e laske laach fan QFN en chip net signifikant feroare, lykas te sjen is yn figuer 11. It lit sjen dat ferskillende peak oventemperatuer gjin dúdlik effekt hat op QFN en it gat yn 'e laske laach fan' e chip, wat gjin ynfloedrike faktor is.
Lege ferliking fan ferskate pyktemperatueren
De boppesteande testen jouwe oan dat de wichtige faktoaren dy't de laslaachholte fan QFN en chip beynfloedzje, refluxtiid en dikte fan it stielgaas binne.
4 Soldeerpasta printsjen reflow lassen holte ferbettering
4.1 DOE-test om lasholte te ferbetterjen
It gat yn 'e laslaach fan QFN en chip waard ferbettere troch de optimale wearde fan 'e wichtichste ynfloedsfaktoaren te finen (refluxtiid en dikte fan it stielen gaas). De soldeerpasta wie SAC305 type4, de foarm fan it stielen gaas wie fan it rastertype (100% iepeningsgraad), de peaktemperatuer fan 'e oven wie 260 ℃, en oare testomstannichheden wiene itselde as dy fan 'e testapparatuer. DOE-test en resultaten waarden werjûn yn tabel 3. De ynfloeden fan 'e dikte fan it stielen gaas en de refluxtiid op 'e lasgatten fan QFN en chip wurde werjûn yn figuer 12. Troch de ynteraksje-analyze fan 'e wichtichste ynfloedsfaktoaren wurdt fûn dat it brûken fan in dikte fan 100 μm fan it stielen gaas en in refluxtiid fan 80 s de laskalet fan QFN en chip signifikant kin ferminderje. De laskaletsnelheid fan QFN wurdt fermindere fan maksimaal 27,8% nei 16,1%, en de laskaletsnelheid fan 'e chip wurdt fermindere fan maksimaal 20,5% nei 14,5%.
Yn 'e test waarden 1000 produkten produsearre ûnder de optimale omstannichheden (100 μm stielgaasdikte, 80 s refluxtiid), en de lasholtesnelheid fan 100 QFN en chip waard willekeurich metten. De gemiddelde lasholtesnelheid fan QFN wie 16,4%, en de gemiddelde lasholtesnelheid fan chip wie 14,7%. De lasholtesnelheid fan 'e chip en de chip is dúdlik fermindere.
4.2 It nije proses ferbetteret de lasholte
De werklike produksjesituaasje en testen litte sjen dat as it oerflak fan 'e lasholte oan' e ûnderkant fan 'e chip minder is as 10%, it probleem fan barsten yn 'e posysje fan' e chipholte net sil foarkomme tidens it ferbinen en foarmjen fan leads. De prosesparameters dy't optimalisearre binne troch DOE kinne net foldwaan oan 'e easken foar it analysearjen en oplossen fan gatten yn it konvinsjonele soldeerpasta-reflow-lassen, en it oerflak fan 'e lasholte fan' e chip moat fierder fermindere wurde.
Omdat de chip dy't op it soldeer bedekt is foarkomt dat it gas yn it soldeer ûntsnapt, wurdt de gatfrekwinsje oan 'e ûnderkant fan' e chip fierder fermindere troch it eliminearjen of ferminderjen fan it soldeerbedekte gas. In nij proses fan reflow-lassen mei twa soldeerpasta-printsjes wurdt oannaam: ien soldeerpasta-printsje, ien reflow dy't QFN net bedekt en bleate chip dy't it gas yn it soldeer ûntlient; It spesifike proses fan sekundêr soldeerpasta-printsjen, patch en sekundêr reflux wurdt werjûn yn figuer 13.
As de 75μm dikke soldeerpasta foar it earst printe wurdt, ûntsnapt it measte gas yn it soldeer sûnder chipbedekking fan it oerflak, en de dikte nei reflux is sawat 50μm. Nei it foltôgjen fan 'e primêre reflux wurde lytse fjouwerkanten printe op it oerflak fan it ôfkuolle, ferhurde soldeer (om de hoemannichte soldeerpasta te ferminderjen, de hoemannichte gasferspilling te ferminderjen, soldeerspatten te ferminderjen of te eliminearjen), en de soldeerpasta mei in dikte fan 50 μm (de boppesteande testresultaten litte sjen dat 100 μm it bêste is, dus de dikte fan 'e sekundêre printing is 100 μm.50 μm = 50 μm), dan ynstallearje de chip, en dan werom nei 80 s. Der is hast gjin gat yn it soldeer nei it earste printsjen en reflow, en de soldeerpasta yn 'e twadde printing is lyts, en it lasgat is lyts, lykas te sjen is yn figuer 14.
Nei twa printsjes fan soldeerpasta, holle tekening
4.3 Ferifikaasje fan it effekt fan lasholte
Produksje fan 2000 produkten (de dikte fan it earste printstaalgaas is 75 μm, de dikte fan it twadde printstaalgaas is 50 μm), oare omstannichheden net feroare, willekeurige mjitting fan 500 QFN en chip-lasholtesnelheid, fûn dat it nije proses nei de earste reflux gjin holte is, nei de twadde reflux QFN De maksimale lasholtesnelheid is 4,8%, en de maksimale lasholtesnelheid fan 'e chip is 4,1%. Yn ferliking mei it orizjinele single-paste printlasproses en it DOE-optimalisearre proses, is de lasholte signifikant fermindere, lykas te sjen is yn figuer 15. Gjin chipbarsten waarden fûn nei funksjonele testen fan alle produkten.
5 Gearfetting
De optimalisaasje fan 'e printhoeveelheid fan soldeerpasta en refluxtiid kin it lasholtegebiet ferminderje, mar de lasholtesnelheid is noch altyd grut. It brûken fan twa soldeerpasta-print-reflow-lastechniken kin de lasholtesnelheid effektyf en maksimalisearje. It lasgebiet fan in bleate QFN-sirkwychip kin respektivelik 4,4 mm x 4,1 mm en 3,0 mm x 2,3 mm wêze yn massaproduksje. De holtesnelheid fan reflow-lassen wurdt ûnder 5% kontroleare, wat de kwaliteit en betrouberens fan reflow-lassen ferbetteret. It ûndersyk yn dit artikel biedt in wichtige referinsje foar it ferbetterjen fan it lasholteprobleem fan in grut lasoerflak.
