SMT juża pejst tal-istann konvenzjonali analiżi u soluzzjoni tal-kavità tal-iwweldjar mill-ġdid tal-arja (2023 Essence Edition), ħaqqek!
1 Introduzzjoni
Fl-assemblaġġ tal-bord taċ-ċirkwit, il-pejst tal-istann jiġi stampat fuq il-kuxxinett tal-istann tal-bord taċ-ċirkwit l-ewwel, u mbagħad jitwaħħlu diversi komponenti elettroniċi.Fl-aħħarnett, wara l-forn reflow, iż-żibeġ tal-landa fil-pejst tal-istann huma mdewba u kull tip ta 'komponenti elettroniċi u l-kuxxinett tal-istann tal-bord taċ-ċirkwit huma wweldjati flimkien biex jiġu realizzati l-assemblaġġ ta' submoduli elettriċi.Surfacemounttechnology (sMT) qed tintuża dejjem aktar fi prodotti ta 'ppakkjar ta' densità għolja, bħal pakkett tal-livell tas-sistema (siP), apparati ballgridarray (BGA), u Ċippa vojta tal-enerġija, pakkett kwadru mingħajr pin ċatt (quad aatNo-lead, imsejjaħ QFN ) apparat.
Minħabba l-karatteristiċi tal-proċess u l-materjali tal-iwweldjar tal-pejst tal-istann, wara l-iwweldjar mill-ġdid ta 'dawn l-apparati kbar tal-wiċċ tal-istann, se jkun hemm toqob fiż-żona tal-iwweldjar tal-istann, li jaffettwaw il-proprjetajiet elettriċi, proprjetajiet termali u proprjetajiet mekkaniċi tal-Prestazzjoni tal-prodott, u anke jwassal għal falliment tal-prodott, għalhekk, biex ittejjeb il-kavità tal-iwweldjar mill-ġdid tal-pejst tal-istann saret proċess u problema teknika li trid tiġi solvuta, xi riċerkaturi analizzaw u studjaw il-kawżi tal-kavità tal-iwweldjar tal-ballun tal-istann BGA, u pprovdew soluzzjonijiet ta 'titjib, istann konvenzjonali pejst reflow welding proċess iwweldjar żona ta 'QFN akbar minn 10mm2 jew żona iwweldjar akbar minn 6 mm2 soluzzjoni ċippa vojta hija nieqsa.
Uża l-iwweldjar Preformsolder u l-iwweldjar tal-forn ta 'rifluss bil-vakwu biex ittejjeb it-toqba tal-weldjatura.L-istann prefabbrikat jeħtieġ tagħmir speċjali biex jindika l-fluss.Pereżempju, iċ-ċippa tiġi kkumpensata u mxaqla serjament wara li ċ-ċippa titqiegħed direttament fuq l-istann prefabbrikat.Jekk iċ-ċippa tal-muntaġġ tal-fluss hija reflow u mbagħad punt, il-proċess jiżdied b'żewġ reflow, u l-ispiża tal-istann prefabbrikat u l-materjal tal-fluss hija ħafna ogħla mill-pejst tal-istann.
It-tagħmir ta 'rifluss tal-vakwu jiswa aktar, il-kapaċità tal-vakwu tal-kamra tal-vakwu indipendenti hija baxxa ħafna, il-prestazzjoni tal-ispiża mhix għolja, u l-problema tat-titjir tal-landa hija serja, li hija fattur importanti fl-applikazzjoni ta' densità għolja u żift żgħir prodotti.F'dan id-dokument, ibbażat fuq il-proċess konvenzjonali tal-iwweldjar reflow tal-pejst tal-istann, jiġi żviluppat u introdott proċess ġdid ta 'iwweldjar reflow sekondarju biex itejjeb il-kavità tal-iwweldjar u ssolvi l-problemi ta' twaħħil u qsim tas-siġill tal-plastik ikkawżat mill-kavità tal-iwweldjar.
2 Solder pasta stampar reflow welding kavità u mekkaniżmu ta 'produzzjoni
2.1 Kavità tal-iwweldjar
Wara l-iwweldjar mill-ġdid, il-prodott ġie ttestjat taħt x-ray.It-toqob fiż-żona tal-iwweldjar b'kulur eħfef instabu li kienu dovuti għal istann insuffiċjenti fis-saff tal-iwweldjar, kif muri fil-Figura 1
Sejbien tar-raġġi X tat-toqba tal-bużżieqa
2.2 Mekkaniżmu ta 'formazzjoni tal-kavità tal-iwweldjar
Meta tieħu l-pejst tal-istann sAC305 bħala eżempju, il-kompożizzjoni u l-funzjoni prinċipali huma murija fit-Tabella 1. Il-fluss u ż-żibeġ tal-landa huma magħqudin flimkien f'forma ta 'pejst.Il-proporzjon tal-piż tal-istann tal-landa għall-fluss huwa madwar 9:1, u l-proporzjon tal-volum huwa madwar 1:1.
Wara li l-pejst tal-istann jiġi stampat u mmuntat b'diversi komponenti elettroniċi, il-pejst tal-istann se jgħaddi minn erba 'stadji ta' tisħin minn qabel, attivazzjoni, rifluss u tkessiħ meta jgħaddi mill-forn tar-rifluss.L-istat tal-pejst tal-istann huwa wkoll differenti b'temperaturi differenti fi stadji differenti, kif muri fil-Figura 2.
Referenza tal-profil għal kull żona ta 'issaldjar reflow
Fl-istadju tat-tisħin minn qabel u l-attivazzjoni, il-komponenti volatili fil-fluss fil-pejst tal-istann se jiġu volatilizzati f'gass meta msaħħna.Fl-istess ħin, il-gassijiet se jiġu prodotti meta l-ossidu fuq il-wiċċ tas-saff tal-iwweldjar jitneħħa.Xi wħud minn dawn il-gassijiet se volatilizzaw u jħallu l-pejst tal-istann, u ż-żibeġ tal-istann se jiġu kkondensati sewwa minħabba l-volatilizzazzjoni tal-fluss.Fl-istadju ta 'rifluss, il-fluss li jifdal fil-pejst tal-istann jevapora malajr, iż-żibeġ tal-landa jiddewweb, ammont żgħir ta' gass volatili tal-fluss u l-biċċa l-kbira tal-arja bejn iż-żibeġ tal-landa mhux se jkun imxerred fil-ħin, u r-residwu fil- landa mdewba u taħt it-tensjoni tal-landa mdewba huma struttura sandwich hamburger u huma maqbuda mill-kuxxinett tal-istann tal-bord taċ-ċirkwit u komponenti elettroniċi, u l-gass imgeżwer fil-landa likwida huwa diffiċli biex jaħrab biss mill-buoyancy 'l fuq Il-ħin tat-tidwib ta' fuq huwa ħafna qasir.Meta l-landa mdewba tibred u ssir landa solida, il-pori jidhru fis-saff tal-iwweldjar u jiġu ffurmati toqob tal-istann, kif muri fil-Figura 3.
Dijagramma skematika ta 'vojt iġġenerat mill-iwweldjar reflow tal-pejst tal-istann
Il-kawża ewlenija tal-kavità tal-iwweldjar hija li l-arja jew il-gass volatili mgeżwra fil-pejst tal-istann wara t-tidwib ma jkunx kompletament skarikat.Il-fatturi li jinfluwenzaw jinkludu materjal tal-pejst tal-istann, forma tal-istampar tal-pejst tal-istann, ammont tal-istampar tal-pejst tal-istann, temperatura tar-rifluss, ħin tar-rifluss, daqs tal-iwweldjar, struttura eċċ.
3. Verifika tal-fatturi li jinfluwenzaw it-toqob tal-welding reflow tal-istampar tal-pejst tal-istann
QFN u testijiet taċ-ċippa vojta ntużaw biex jikkonfermaw il-kawżi ewlenin tal-vojt tal-iwweldjar reflow, u biex jinstabu modi biex itejbu l-vojt tal-welding reflow stampati b'pejst tal-istann.QFN u profil tal-prodott tal-iwweldjar reflow tal-pejst tal-istann taċ-ċippa vojta jidher fil-Figura 4, id-daqs tal-wiċċ tal-iwweldjar QFN huwa 4.4mmx4.1mm, il-wiċċ tal-iwweldjar huwa saff tal-landa (landa pura 100%);Id-daqs tal-iwweldjar taċ-ċippa vojta huwa 3.0mmx2.3mm, is-saff tal-iwweldjar huwa saff bimetalliku tan-nikil-vanadju sputtered, u s-saff tal-wiċċ huwa vanadju.Il-kuxxinett tal-welding tas-sottostrat kien elettroless nikil-palladju gold-dipping, u l-ħxuna kienet 0.4μm/0.06μm/0.04μm.Pejst tal-istann SAC305 jintuża, it-tagħmir tal-istampar tal-pejst tal-istann huwa DEK Horizon APix, it-tagħmir tal-forn ta 'rifluss huwa BTUPyramax150N, u t-tagħmir tar-raġġi-x huwa DAGExD7500VR.
QFN u tpinġijiet tal-welding taċ-ċippa vojta
Biex jiġi ffaċilitat it-tqabbil tar-riżultati tat-test, l-iwweldjar reflow sar taħt il-kundizzjonijiet fit-Tabella 2.
Tabella tal-kundizzjoni tal-iwweldjar mill-ġdid
Wara li tlestew l-immuntar tal-wiċċ u l-iwweldjar mill-ġdid, is-saff tal-iwweldjar ġie skopert permezz tar-raġġi-X, u nstab li kien hemm toqob kbar fis-saff tal-iwweldjar fil-qiegħ tal-QFN u ċippa vojta, kif muri fil-Figura 5.
QFN u Ologramma taċ-Ċippa (raġġi-X)
Peress li d-daqs taż-żibeġ tal-landa, il-ħxuna tal-malji tal-azzar, ir-rata taż-żona tal-ftuħ, il-forma tal-malji tal-azzar, il-ħin tar-rifluss u t-temperatura tal-quċċata tal-forn kollha se jaffettwaw l-ispazji tal-iwweldjar reflow, hemm ħafna fatturi li jinfluwenzaw, li se jiġu vverifikati direttament bit-test DOE, u n-numru ta 'esperimenti. gruppi se jkunu kbar wisq.Huwa meħtieġ li jiġu skrinjati u determinati malajr il-fatturi ewlenin li jinfluwenzaw permezz tat-test ta 'tqabbil ta' korrelazzjoni, u mbagħad jiġu ottimizzati aktar il-fatturi ewlenin li jinfluwenzaw permezz ta 'DOE.
3.1 Dimensjonijiet tat-toqob tal-istann u żibeġ tal-landa tal-pejst tal-istann
Bit-test tat-tip 3 (daqs taż-żibġa 25-45 μm) SAC305 tal-pejst tal-istann, kundizzjonijiet oħra jibqgħu mhux mibdula.Wara reflow, it-toqob fis-saff tal-istann jitkejlu u mqabbla ma 'pejst tal-istann tat-tip4.Jinstab li t-toqob fis-saff tal-istann mhumiex differenti b'mod sinifikanti bejn iż-żewġ tipi ta 'pejst tal-istann, li jindika li l-pejst tal-istann b'daqs ta' żibġa differenti m'għandux influwenza ovvja fuq it-toqob fis-saff tal-istann, li mhuwiex fattur li jinfluwenza, kif muri fil-FIG.6 Kif muri.
Tqabbil ta 'toqob tat-trab tal-landa metallika b'daqsijiet ta' partiċelli differenti
3.2 Ħxuna tal-kavità tal-iwweldjar u malji tal-azzar stampati
Wara reflow, iż-żona tal-kavità tas-saff iwweldjat ġiet imkejla bil-malji tal-azzar stampati bil-ħxuna ta '50 μm, 100 μm u 125 μm, u kundizzjonijiet oħra baqgħu ma nbidlux.Instab li l-effett ta 'ħxuna differenti tal-malji tal-azzar (pejst tal-istann) fuq QFN kien imqabbel ma' dak tal-malji tal-azzar stampati bil-ħxuna ta '75 μm Hekk kif il-ħxuna tal-malji tal-azzar tiżdied, iż-żona tal-kavità tonqos gradwalment bil-mod.Wara li tilħaq ċertu ħxuna (100μm), iż-żona tal-kavità se terġa 'lura u tibda tiżdied biż-żieda tal-ħxuna tal-malji tal-azzar, kif muri fil-Figura 7.
Dan juri li meta l-ammont ta 'pejst tal-istann jiżdied, il-landa likwida bir-rifluss hija mgħottija miċ-ċippa, u l-ħruġ tal-ħruġ tal-arja residwu huwa biss dejjaq fuq erba' naħat.Meta jinbidel l-ammont ta 'pejst tal-istann, jiżdied ukoll l-iżbokk tal-ħarba tal-arja residwa, u l-fqigħ instantanju tal-arja mgeżwra f'landa likwida jew gass volatili li joħroġ landa likwida se tikkawża landa likwida biex titlaq madwar QFN u ċ-ċippa.
It-test sab li biż-żieda tal-ħxuna tal-malji tal-azzar, il-fqigħ tal-bużżieqa ikkawżat mill-ħarba tal-arja jew tal-gass volatili se tiżdied ukoll, u l-probabbiltà ta 'titjir tal-landa madwar QFN u ċippa se tiżdied ukoll b'mod korrispondenti.
Tqabbil ta 'toqob f'malji ta' l-azzar ta 'ħxuna differenti
3.3 Proporzjon taż-żona tal-kavità tal-iwweldjar u l-ftuħ tal-malji tal-azzar
Il-malja tal-azzar stampata bir-rata tal-ftuħ ta '100%, 90% u 80% ġiet ittestjata, u kundizzjonijiet oħra baqgħu ma nbidlux.Wara reflow, iż-żona tal-kavità tas-saff iwweldjat ġiet imkejla u mqabbla mal-malji tal-azzar stampati bir-rata tal-ftuħ ta '100%.Instab li ma kien hemm l-ebda differenza sinifikanti fil-kavità tas-saff iwweldjat taħt il-kundizzjonijiet tar-rata tal-ftuħ ta '100% u 90% 80%, kif muri fil-Figura 8.
Paragun tal-kavità ta 'żona ta' ftuħ differenti ta 'malji ta' l-azzar differenti
3.4 Kavità wweldjata u forma ta 'malji ta' l-azzar stampati
Bit-test tal-forma tal-istampar tal-pejst tal-istann tal-istrixxa b u l-gradilja inklinata c, kundizzjonijiet oħra jibqgħu mhux mibdula.Wara reflow, iż-żona tal-kavità tas-saff tal-iwweldjar titkejjel u titqabbel mal-forma tal-istampar tal-grilja a.Jinstab li m'hemm l-ebda differenza sinifikanti fil-kavità tas-saff tal-iwweldjar taħt il-kundizzjonijiet ta 'gradilja, strixxa u gradilja inklinata, kif muri fil-Figura 9.
Tqabbil ta 'toqob f'modi ta' ftuħ differenti ta 'malji ta' l-azzar
3.5 Kavità tal-welding u ħin ta 'rifluss
Wara test ta 'żmien ta' rifluss fit-tul (70 s, 80 s, 90 s), kundizzjonijiet oħra jibqgħu mhux mibdula, it-toqba fis-saff tal-iwweldjar ġiet imkejla wara rifluss, u meta mqabbla mal-ħin ta 'rifluss ta' 60 s, instab li biż-żieda ta ' ħin ta 'rifluss, iż-żona tat-toqba tal-welding naqset, iżda l-amplitudni tat-tnaqqis naqset gradwalment maż-żieda tal-ħin, kif muri fil-Figura 10. Dan juri li fil-każ ta' ħin ta 'rifluss insuffiċjenti, iż-żieda tal-ħin tar-rifluss twassal għall-overflow sħiħ tal-arja imgeżwer f'landa likwida mdewba, iżda wara li l-ħin tar-rifluss jiżdied għal ċertu żmien, l-arja mgeżwra f'landa likwida hija diffiċli biex terġa 'tfur.Il-ħin tar-rifluss huwa wieħed mill-fatturi li jaffettwaw il-kavità tal-iwweldjar.
Tqabbil null ta 'tulijiet differenti ta' ħin ta 'rifluss
3.6 Kavità tal-iwweldjar u l-ogħla temperatura tal-forn
B'240 ℃ u 250 ℃ test tat-temperatura tal-forn tal-ogħla livell u kundizzjonijiet oħra mhux mibdula, iż-żona tal-kavità tas-saff iwweldjat ġiet imkejla wara reflow, u meta mqabbla ma 'temperatura massima tal-forn ta' 260 ℃, instab li taħt kundizzjonijiet differenti ta 'temperatura massima tal-forn, il-kavità ta' is-saff iwweldjat tal-QFN u ċ-ċippa ma nbidilx b'mod sinifikanti, kif muri fil-Figura 11. Juri li t-temperatura tal-forn tal-quċċata differenti m'għandha l-ebda effett ovvju fuq QFN u t-toqba fis-saff tal-iwweldjar taċ-ċippa, li mhix fattur li jinfluwenza.
Tqabbil vojt ta 'l-ogħla temperaturi differenti
It-testijiet ta 'hawn fuq jindikaw li l-fatturi sinifikanti li jaffettwaw il-kavità tas-saff tal-weldjatura tal-QFN u ċ-ċippa huma l-ħin tar-rifluss u l-ħxuna tal-malji tal-azzar.
4 Solder pasta stampar reflow welding kavità titjib
Test 4.1DOE biex itejjeb il-kavità tal-iwweldjar
It-toqba fis-saff tal-iwweldjar ta 'QFN u ċippa tjiebet billi nstab l-aħjar valur tal-fatturi ewlenin li jinfluwenzaw (ħin ta' rifluss u ħxuna tal-malji tal-azzar).Il-pejst tal-istann kien SAC305 type4, il-forma tal-malji tal-azzar kienet tip ta 'grilja (100% grad ta' ftuħ), l-ogħla temperatura tal-forn kienet 260 ℃, u kundizzjonijiet oħra tat-test kienu l-istess bħal dawk tat-tagħmir tat-test.It-test DOE u r-riżultati ġew murija fit-Tabella 3. L-influwenzi tal-ħxuna tal-malji tal-azzar u l-ħin tar-rifluss fuq QFN u toqob tal-iwweldjar taċ-ċippa huma murija fil-Figura 12. Permezz tal-analiżi tal-interazzjoni tal-fatturi ewlenin li jinfluwenzaw, Jinstab li bl-użu ta 'ħxuna tal-malji tal-azzar ta' 100 μm u l-ħin ta 'rifluss ta' 80 s jista 'jnaqqas b'mod sinifikanti l-kavità tal-iwweldjar ta' QFN u ċippa.Ir-rata tal-kavità tal-iwweldjar ta 'QFN titnaqqas mill-massimu 27.8% għal 16.1%, u r-rata tal-kavità tal-iwweldjar taċ-ċippa titnaqqas mill-massimu 20.5% għal 14.5%.
Fit-test, 1000 prodott ġew prodotti taħt l-aħjar kundizzjonijiet (ħxuna tal-malji ta 'l-azzar ta' 100 μm, ħin ta 'rifluss ta' 80 s), u r-rata tal-kavità ta 'l-iwweldjar ta' 100 QFN u ċippa ġiet imkejla b'mod każwali.Ir-rata medja tal-kavità tal-iwweldjar ta 'QFN kienet 16.4%, u r-rata medja tal-kavità tal-iwweldjar taċ-ċippa kienet 14.7% Ir-rata tal-kavità tal-weldjatura taċ-ċippa u ċ-ċippa huma ovvjament imnaqqsa.
4.2 Il-proċess il-ġdid itejjeb il-kavità tal-iwweldjar
Is-sitwazzjoni attwali tal-produzzjoni u t-test juru li meta ż-żona tal-kavità tal-iwweldjar fil-qiegħ taċ-ċippa tkun inqas minn 10%, il-problema tal-qsim tal-pożizzjoni tal-kavità taċ-ċippa mhux se sseħħ matul it-twaħħil taċ-ċomb u l-iffurmar.Il-parametri tal-proċess ottimizzati minn DOE ma jistgħux jissodisfaw ir-rekwiżiti ta 'analiżi u soluzzjoni tat-toqob fl-iwweldjar konvenzjonali tal-pejst tal-istann, u r-rata taż-żona tal-kavità tal-iwweldjar taċ-ċippa jeħtieġ li titnaqqas aktar.
Peress li ċ-ċippa mgħottija fuq l-istann ma tħallix li l-gass fl-istann jaħrab, ir-rata tat-toqba fil-qiegħ taċ-ċippa titnaqqas aktar billi telimina jew tnaqqas il-gass miksi mill-istann.Jiġi adottat proċess ġdid ta 'iwweldjar reflow b'żewġ stampar ta' pejst ta 'l-istann: stampar ta' pejst ta 'istann wieħed, reflow wieħed li ma jkoprix QFN u ċippa vojta li tarmi l-gass fl-istann;Il-proċess speċifiku tal-istampar tal-pejst tal-istann sekondarju, garża u rifluss sekondarju jidher fil-Figura 13.
Meta l-pejst tal-istann oħxon ta '75μm jiġi stampat għall-ewwel darba, ħafna mill-gass fl-istann mingħajr kopertura taċ-ċippa joħroġ mill-wiċċ, u l-ħxuna wara r-rifluss hija ta' madwar 50μm.Wara t-tlestija tar-rifluss primarju, kwadri żgħar huma stampati fuq il-wiċċ ta 'l-istann solidifikat imkessaħ (sabiex jitnaqqas l-ammont ta' pejst ta 'l-istann, tnaqqas l-ammont ta' tixrid tal-gass, tnaqqas jew telimina t-tixrid ta 'l-istann), u l-pejst ta' l-istann bil- ħxuna ta '50 μm (ir-riżultati tat-test ta' hawn fuq juru li 100 μm huwa l-aħjar, għalhekk il-ħxuna tal-istampar sekondarju hija 100 μm.50 μm = 50 μm), imbagħad installa ċ-ċippa, u mbagħad terġa 'lura permezz ta' 80 s.M'hemm kważi l-ebda toqba fl-istann wara l-ewwel stampar u reflow, u l-pejst tal-istann fit-tieni stampar huwa żgħir, u t-toqba tal-welding hija żgħira, kif muri fil-Figura 14.
Wara żewġ stampi ta 'pejst tal-istann, tpinġija vojta
4.3 Verifika tal-effett tal-kavità tal-iwweldjar
Produzzjoni ta '2000 prodott (il-ħxuna tal-ewwel malji tal-azzar tal-istampar hija 75 μm, il-ħxuna tat-tieni malji tal-azzar tal-istampar hija 50 μm), kundizzjonijiet oħra mhux mibdula, kejl każwali ta' 500 QFN u rata tal-kavità tal-iwweldjar taċ-ċippa, sabet li l-proċess il-ġdid wara l-ewwel rifluss ebda kavità, wara t-tieni rifluss QFN Ir-rata massima tal-kavità tal-iwweldjar hija 4.8%, u r-rata massima tal-kavità tal-iwweldjar taċ-ċippa hija 4.1%.Meta mqabbel mal-proċess tal-iwweldjar tal-iwweldjar tal-istampar b'pejst wieħed oriġinali u l-proċess ottimizzat tad-DOE, il-kavità tal-iwweldjar titnaqqas b'mod sinifikanti, kif muri fil-Figura 15. L-ebda xquq taċ-ċippa ma nstabet wara testijiet funzjonali tal-prodotti kollha.
5 Sommarju
L-ottimizzazzjoni tal-ammont tal-istampar tal-pejst tal-istann u l-ħin tar-rifluss jistgħu jnaqqsu ż-żona tal-kavità tal-welding, iżda r-rata tal-kavità tal-welding għadha kbira.L-użu ta 'żewġ tekniki tal-iwweldjar reflow tal-istampar tal-pejst tal-istann jista' b'mod effettiv u jimmassimizza r-rata tal-kavità tal-iwweldjar.Iż-żona tal-iwweldjar taċ-ċippa vojta taċ-ċirkwit QFN tista 'tkun 4.4mm x4.1mm u 3.0mm x2.3mm rispettivament fil-produzzjoni tal-massa Ir-rata tal-kavità tal-iwweldjar reflow hija kkontrollata taħt il-5%, li ttejjeb il-kwalità u l-affidabbiltà tal-iwweldjar reflow.Ir-riċerka f'dan id-dokument tipprovdi referenza importanti għat-titjib tal-problema tal-kavità tal-iwweldjar tal-wiċċ tal-iwweldjar ta 'żona kbira.