SMT brûkt konvinsjonele solder paste lucht reflow welding holte analyze en oplossing (2023 Essence Edition), jo fertsjinje it!
1. Yntroduksje
Yn 'e circuit board gearkomste wurdt solder paste earst printe op' e circuit board solder pad, en dan ferskate elektroanyske komponinten wurde oanbrocht.Uteinlik, nei de reflowofen, wurde de tinne kralen yn 'e solderpast smolten en alle soarten elektroanyske komponinten en it solderpad fan' e circuit board wurde oaninoar laske om de gearstalling fan elektryske submodules te realisearjen.Surfacemounttechnology (sMT) wurdt hieltyd mear brûkt yn ferpakkingsprodukten mei hege tichtheid, lykas systeemnivopakket (siP), ballgridarray (BGA) apparaten, en power bare Chip, fjouwerkant plat pin-minder pakket (quad aatNo-lead, oantsjut as QFN ) apparaat.
Fanwegen de skaaimerken fan solder paste welding proses en materialen, nei reflow welding fan dizze grutte solder oerflak apparaten, d'r sille gatten yn de solder welding gebiet, dat sil beynfloedzje de elektryske eigenskippen, termyske eigenskippen en meganyske eigenskippen fan it produkt Performance, en sels liede ta produkt falen, dêrom, te ferbetterjen de solder paste reflow welding holte is wurden in proses en technysk probleem dat moat wurde oplost, guon ûndersikers hawwe analysearre en studearre de oarsaken fan BGA solder bal welding holte, en levere ferbettering oplossings, konvinsjonele solder paste reflow welding proses welding gebiet fan QFN grutter as 10mm2 of las gebiet grutter as 6 mm2 syn bleate chip oplossing ûntbrekt.
Brûk Preformsolder welding en fakuüm reflux furnace welding te ferbetterjen de weld gat.Prefabricearre solder fereasket spesjale apparatuer foar punt flux.Bygelyks, de chip wurdt offset en tilted serieus neidat de chip wurdt pleatst direkt op de prefabrykearre solder.As de flux mount chip is reflow en dan punt, it proses wurdt ferhege troch twa reflow, en de kosten fan prefabrikearre solder en flux materiaal is folle heger as de solder paste.
Vacuum reflux apparatuer is djoerder, de fakuüm kapasiteit fan de ûnôfhinklike fakuüm keamer is tige leech, de kosten prestaasjes binne net heech, en it tin spatten probleem is serieus, dat is in wichtige faktor yn it tapassen fan hege tichtheid en lyts-pitch produkten.Yn dit papier, basearre op de konvinsjonele solder paste reflow welding proses, in nij sekundêre reflow welding proses is ûntwikkele en yntrodusearre te ferbetterjen de welding holte en oplosse de problemen fan bonding en plastic seal cracking feroarsake troch welding holte.
2 Solder paste printing reflow welding holte en produksje meganisme
2.1 Welding holte
Nei reflow welding, it produkt waard hifke ûnder x-ray.De gatten yn 'e welding sône mei lichtere kleur waarden fûn te wêzen fanwege ûnfoldwaande soldeer yn' e welding laach, lykas werjûn yn figuer 1
Röntgendeteksje fan it bubbelgat
2.2 Formaasje meganisme fan welding holte
Troch sAC305 solder paste as foarbyld, de wichtichste gearstalling en funksje wurde werjûn yn tabel 1. De flux en tin kralen wurde bonded tegearre yn paste foarm.De gewichtsferhâlding fan tin solder oant flux is sawat 9: 1, en it folumeferhâlding is sawat 1: 1.
Neidat de solder paste wurdt printe en monteard mei ferskate elektroanyske komponinten, de solder paste sil ûndergean fjouwer stadia fan preheating, aktivearring, reflux en cooling as it giet troch de reflux oven.De steat fan 'e solderpasta is ek oars mei ferskate temperatueren yn ferskate stadia, lykas werjûn yn figuer 2.
Profilreferinsje foar elk gebiet fan reflow-soldering
Yn 'e foarferwaarming en aktivearring poadium, de flechtich komponinten yn' e flux yn 'e solder paste wurdt ferdampt yn gas as ferwaarme.Tagelyk sille gassen wurde produsearre as it okside op it oerflak fan 'e weldinglaach wurdt fuorthelle.Guon fan dizze gassen sille volatilize en ferlitte de solder paste, en de solder kralen sille wurde strak condensed fanwege de volatilization fan flux.Yn 'e refluxstadium sil de oerbleaune flux yn' e soldeerpasta fluch ferdampe, de tinkralen sille smelte, in lyts bedrach fan flux flechtich gas en it grutste part fan 'e loft tusken de tinne kralen sil net yn' e tiid ferspraat wurde, en it oerbliuwsel yn 'e smelte tin en ûnder de spanning fan 'e smelte tin binne hamburger sandwich struktuer en wurde fongen troch it circuit board solder pad en elektroanyske komponinten, en it gas ferpakt yn de floeibere tin is lestich te ûntkommen allinnich troch de opwaartse drijfkracht De boppeste melting tiid is tige koart.As it smelte tin ôfkoelt en fêst tin wurdt, ferskine poaren yn 'e weldinglaach en wurde soldergaten foarme, lykas werjûn yn figuer 3.
Skematyske diagram fan leechte oanmakke troch solder paste reflow welding
De woartel oarsaak fan welding holte is dat de loft of flechtich gas ferpakt yn 'e solder paste nei it smelten is net hielendal ôffierd.De beynfloedzjende faktoaren binne solder paste materiaal, solder paste printing foarm, solder paste printing bedrach, reflux temperatuer, reflux tiid, welding grutte, struktuer ensafuorthinne.
3. Ferifikaasje fan beynfloedzjende faktoaren fan solder paste printing reflow welding gatten
QFN en bleate chip tests waarden brûkt om te befêstigjen de wichtichste oarsaken fan reflow welding leechten, en te finen manieren om te ferbetterjen de reflow welding leechten printe troch solder paste.QFN en bleate chip solder paste reflow welding produkt profyl wurdt werjûn yn figuer 4, QFN welding oerflak grutte is 4.4mmx4.1mm, welding oerflak is tined laach (100% suver tin);De welding grutte fan 'e bleate chip is 3.0mmx2.3mm, de welding laach is sputtered nikkel-vanadium bimetallic laach, en it oerflak laach is vanadium.De welding pad fan it substraat wie electroless nikkel-palladium goud-dipping, en de dikte wie 0.4μm / 0.06μm / 0.04μm.SAC305 solder paste wurdt brûkt, de solder paste printsjen apparatuer is DEK Horizon APix, de reflux oven apparatuer is BTUPyramax150N, en de x-ray apparatuer is DAGExD7500VR.
QFN en bleate chip welding tekeningen
Om fergeliking fan testresultaten te fasilitearjen, waard reflowlassen útfierd ûnder de betingsten yn Tabel 2.
Reflow welding condition tabel
Neidat oerflak mounting en reflow welding waarden klear, de welding laach waard ûntdutsen troch X-ray, en it waard fûn dat der wiene grutte gatten yn de welding laach oan de ûnderkant fan QFN en bleate chip, lykas werjûn yn figuer 5.
QFN en Chip Hologram (X-ray)
Sûnt tin kraal grutte, stielen gaas dikte, iepening gebiet rate, stielen gaas foarm, reflux tiid en peak oven temperatuer sil allegear beynfloedzje reflow welding leechten, der binne in protte beynfloedzjende faktoaren, dy't direkt wurde ferifiearre troch DOE test, en it oantal eksperimintele groepen sille te grut wêze.It is needsaaklik om fluch skerm en bepale de wichtichste beynfloedzjende faktoaren fia korrelaasje ferliking test, en dan fierder optimalisearjen fan de wichtichste beynfloedzjende faktoaren fia DOE.
3.1 Ofmjittings fan solder gatten en solder paste tin kralen
Mei type3 (bead grutte 25-45 μm) SAC305 solder paste test, oare betingsten bliuwe net feroare.Nei reflow wurde de gatten yn 'e solderlaach mjitten en fergelike mei solderpasta type 4.It is fûn dat de gatten yn 'e soldeerlaach net signifikant ferskille tusken de twa soarten solderpasta, wat oanjout dat de solderpasta mei ferskate kraalgrutte gjin dúdlike ynfloed hat op' e gatten yn 'e solderlaach, wat gjin beynfloedzjende faktor is, lykas werjûn yn Fig.6 As oanjûn.
Fergeliking fan metalen tin poeder gatten mei ferskillende dieltsje grutte
3.2 Dikte fan welding holte en printe stielen gaas
Nei reflow waard it holtegebiet fan 'e laske laach mjitten mei it printe stielen gaas mei de dikte fan 50 μm, 100 μm en 125 μm, en oare betingsten bleaunen net feroare.It waard fûn dat it effekt fan ferskillende dikte fan stielen mesh (solder paste) op QFN waard fergelike mei dat fan de printe stielen mesh mei de dikte fan 75 μm As de dikte fan de stielen mesh nimt ta, it holte gebiet stadichoan fermindert stadichoan.Nei it berikken fan in bepaalde dikte (100μm), sil it holtegebiet omkeare en begjinne te ferheegjen mei de tanimming fan 'e dikte fan' e stielen gaas, lykas werjûn yn figuer 7.
Dit lit sjen dat as it bedrach fan solder paste wurdt ferhege, de floeibere tin mei reflux wurdt bedutsen troch de chip, en de útgong fan oerbleaune lucht escape is mar smel oan fjouwer kanten.Wannear't it bedrach fan solder paste wurdt feroare, de útgong fan oerbleaune lucht ûntsnapping wurdt ek ferhege, en de instant burst fan lucht ferpakt yn floeibere tin of flechtich gas ûntsnappen floeibere tin sil feroarsaakje floeibere tin te spatten om QFN en de chip.
De test fûn dat mei de tanimming fan 'e dikte fan' e stielen gaas, de bubble burst feroarsake troch it ûntkommen fan lucht of flechtich gas sil ek tanimme, en de kâns fan tin spatten om QFN en chip sil ek tanimme navenant.
Fergeliking fan gatten yn stielen gaas fan ferskillende dikte
3.3 Area ferhâlding fan welding holte en stielen mesh iepening
De printe stielen gaas mei de iepening taryf fan 100%, 90% en 80% waard hifke, en oare betingsten bleaun net feroare.Nei reflow waard it holtegebiet fan 'e laske laach mjitten en fergelike mei it printe stielen gaas mei de 100% iepeningsrate.It waard fûn dat d'r gjin signifikant ferskil wie yn 'e holte fan' e laske laach ûnder de betingsten fan 'e iepeningsrate fan 100% en 90% 80%, lykas werjûn yn figuer 8.
Holte ferliking fan ferskillende iepening gebiet fan ferskillende stielen gaas
3.4 Welded holte en printe stielen gaas foarm
Mei it printsjen foarm test fan de solder paste fan strip b en oanstriid grid c, oare betingsten bliuwe ûnferoare.Nei reflow wurdt it holtegebiet fan 'e weldinglaach mjitten en fergelike mei de printfoarm fan raster a.It is fûn dat d'r gjin signifikant ferskil is yn 'e holte fan' e weldinglaach ûnder de betingsten fan roaster, strip en hellend roaster, lykas werjûn yn figuer 9.
Fergeliking fan gatten yn ferskate iepeningsmodi fan stielen gaas
3.5 Welding holte en reflux tiid
Nei langere refluxtiid (70 s, 80 s, 90 s) test, oare betingsten bliuwe ûnferoare, it gat yn 'e welding laach waard mjitten nei reflux, en fergelike mei de reflux tiid fan 60 s, waard fûn dat mei de tanimming fan reflux tiid, it welding gat gebiet fermindere, mar de reduksje amplitude stadichoan fermindere mei de ferheging fan de tiid, lykas werjûn yn figuer 10. Dit docht bliken dat yn it gefal fan net genôch reflux tiid, it fergrutsjen fan de reflux tiid is befoarderlik foar de folsleine oerstreaming fan lucht ferpakt yn smelte floeibere tin, mar neidat de reflux tiid nimt ta in bepaalde tiid, de lucht ferpakt yn floeibere tin is dreech om te oerstreamen wer.Reflux tiid is ien fan 'e faktoaren dy't ynfloed op de welding holte.
Void ferliking fan ferskillende reflux tiid lingtematen
3.6 Welding holte en peak furnace temperatuer
Mei 240 ℃ en 250 ℃ peak oven temperatuer test en oare betingsten ûnferoare, it holte gebiet fan 'e laske laach waard mjitten nei reflow, en fergelike mei 260 ℃ peak oven temperatuer, it waard fûn dat ûnder ferskillende peak oven temperatuer betingsten, de holte fan de laske laach fan QFN en chip net feroare signifikant, lykas werjûn yn figuer 11. It docht bliken dat ferskillende peak furnace temperatuer hat gjin dúdlik effekt op QFN en it gat yn 'e welding laach fan' e chip, dat is net in beynfloedzjende faktor.
Void ferliking fan ferskillende peak temperatueren
De boppesteande tests jouwe oan dat de wichtige faktoaren dy't ynfloed op de weld laach holte fan QFN en chip binne reflux tiid en stielen mesh dikte.
4 Solder paste printing reflow welding holte ferbettering
4.1DOE test te ferbetterjen welding holte
It gat yn de welding laach fan QFN en chip waard ferbettere troch it finen fan de optimale wearde fan de wichtichste beynfloedzjende faktoaren (reflux tiid en stielen mesh dikte).De solder paste wie SAC305 type4, de stielen gaas foarm wie grid type (100% iepening graad), de peak oven temperatuer wie 260 ℃, en oare test betingsten wiene itselde as dy fan de test apparatuer.DOE test en resultaten waarden werjûn yn Tabel 3. De ynfloeden fan stielen mesh dikte en reflux tiid op QFN en chip welding gatten wurde werjûn yn figuer 12. Troch de ynteraksje analyze fan wichtichste beynfloedzjende faktoaren, It is fûn dat it brûken fan 100 μm stielen mesh dikte en 80 s reflux tiid kin gâns ferminderje de welding holte fan QFN en chip.De welding holte taryf fan QFN wurdt fermindere fan it maksimum 27,8% nei 16,1%, en de welding holte taryf fan chip wurdt ferlege fan it maksimum 20,5% nei 14,5%.
Yn 'e test waarden 1000 produkten produsearre ûnder de optimale omstannichheden (100 μm stielen mesh dikte, 80 s reflux tiid), en de welding holte taryf fan 100 QFN en chip waard willekeurich mjitten.De gemiddelde welding holte taryf fan QFN wie 16,4%, en de gemiddelde welding holte taryf fan chip wie 14,7% De weld holte taryf fan de chip en de chip binne fansels redusearre.
4.2 It nije proses ferbetteret de welding holte
De eigentlike produksje situaasje en test litte sjen dat as de welding holte gebiet oan 'e boaiem fan' e chip is minder as 10%, de chip holte posysje cracking probleem sil net foarkomme tidens de lead bonding en moulding.De proses parameters optimalisearre troch DOE kin net foldwaan oan de easken fan it analysearjen en oplossen fan de gatten yn de konvinsjonele solder paste reflow welding, en de welding holte gebiet taryf fan de chip moat wurde fierder fermindere.
Sûnt de chip bedutsen op 'e solder foarkomt dat it gas yn' e solder út ûntsnapping, it gat taryf oan 'e boaiem fan' e chip wurdt fierder fermindere troch elimineren of ferminderjen fan de solder coated gas.In nij proses fan reflow welding mei twa solder paste printing wurdt oannommen: ien solder paste printing, ien reflow net covering QFN en bleate chip discharge it gas yn solder;It spesifike proses fan printsjen fan sekundêre soldeerpasta, patch en sekundêre reflux wurdt werjûn yn figuer 13.
As de 75μm dikke solderpasta foar it earst printe wurdt, ûntkomt it measte fan it gas yn 'e solder sûnder chipdekking út it oerflak, en de dikte nei reflux is sawat 50μm.Nei it foltôgjen fan 'e primêre reflux wurde lytse pleinen printe op it oerflak fan' e ôfkuolle solidified solder (om de hoemannichte soldeerpasta te ferminderjen, de hoemannichte gasspillover te ferminderjen, solder spatter te ferminderjen of te eliminearjen), en de solderpast mei in dikte fan 50 μm (de boppesteande testresultaten litte sjen dat 100 μm de bêste is, dus de dikte fan 'e sekundêre printing is 100 μm.50 μm = 50 μm), dan ynstallearje de chip, en dan werom troch 80 s.Der is hast gjin gat yn 'e solder nei de earste printing en reflow, en de solder paste yn' e twadde printing is lyts, en it welding gat is lyts, lykas werjûn yn figuer 14.
Nei twa printsjes fan solder paste, holle tekening
4.3 Ferifikaasje fan welding holte effekt
Produksje fan 2000 produkten (de dikte fan de earste printing stielen gaas is 75 μm, de dikte fan de twadde printing stielen gaas is 50 μm), oare betingsten net feroare, willekeurige mjitting fan 500 QFN en chip welding holte rate, fûn dat it nije proses nei de earste reflux gjin holte, nei de twadde reflux QFN De maksimale welding holte taryf is 4,8%, en de maksimale welding holte taryf fan de chip is 4,1%.Yn ferliking mei de oarspronklike single-paste printing welding proses en de DOE optimalisearre proses, de welding holte wurdt gâns fermindere, lykas werjûn yn figuer 15. Gjin chip cracks waarden fûn nei funksjonele testen fan alle produkten.
5 Gearfetting
De optimalisaasje fan solder paste printsjen bedrach en reflux tiid kin ferminderjen de welding holte gebiet, mar de welding holte taryf is noch altyd grut.Mei help fan twa solder paste printing reflow welding techniken kinne effektyf en maksimalisearje de welding holte taryf.De welding gebiet fan QFN circuit bleate chip kin wêze 4.4mm x4.1mm en 3.0mm x2.3mm respektivelik yn massa produksje.It ûndersyk yn dit papier jout in wichtige referinsje foar it ferbetterjen fan de welding holte probleem fan grut gebiet welding oerflak.