1 Įvadas
Grandinės plokštės komplekte litavimo pasta pirmiausia atspausdinama ant plokštės litavimo padėklo, o tada pritvirtinami įvairūs elektroniniai komponentai. Galiausiai, po pakartotinio srauto krosnies, lydmetalio pastoje esantys alavo rutuliukai ištirpsta, o visų rūšių elektroniniai komponentai ir plokštės litavimo padas suvirinami, kad būtų galima surinkti elektrinius modulius. Paviršiaus montavimo technologija (sMT) vis dažniau naudojama didelio tankio pakavimo gaminiuose, tokiuose kaip sistemos lygio paketas (siP), „ballgridarray“ (BGA) įrenginiai ir lustas, kvadratinis plokščias be kaiščio paketas (quad aatNo-lead, vadinamas QFN). ) įrenginį.
Dėl litavimo pasta suvirinimo proceso ir medžiagų ypatybių po šių didelių litavimo paviršių suvirinimo suvirinus litavimo paviršių, litavimo suvirinimo srityje atsiras skylės, kurios turės įtakos gaminio elektrinėms savybėms, šiluminėms savybėms ir mechaninėms savybėms. net sukelti gaminio gedimą, todėl, siekiant pagerinti litavimo pasta suvirinimo ertmę, tapo proceso ir technine problema, kurią būtina išspręsti, kai kurie mokslininkai išanalizavo ir ištyrė BGA litavimo rutulinio suvirinimo ertmės atsiradimo priežastis ir pateikė tobulinimo sprendimus, įprastą litavimo ertmę. pasta reflow suvirinimo procesas suvirinimo plotas QFN didesnis nei 10 mm2 arba suvirinimo plotas didesnis nei 6 mm2 plikų drožlių tirpalo trūksta.
Norėdami pagerinti suvirinimo angą, naudokite preformsolder suvirinimą ir vakuuminį suvirinimą su grįžtamuoju srautu. Surenkamam litavimui reikalinga speciali įranga, skirta nukreipti srautą. Pavyzdžiui, lustas pasislenka ir smarkiai pakreipiamas po to, kai lustas dedamas tiesiai ant surenkamojo lydmetalio. Jei srauto tvirtinimo lustas yra perpilamas ir nukreipiamas, procesas padidinamas dviem pakartotiniais srautais, o surenkamojo lydmetalio ir srauto medžiagos kaina yra daug didesnė nei litavimo pastos.
Vakuuminio refliukso įranga yra brangesnė, nepriklausomos vakuuminės kameros vakuuminis pajėgumas yra labai mažas, sąnaudos nėra didelės, o alavo purslų problema yra rimta, o tai yra svarbus veiksnys taikant didelio tankio ir mažo žingsnio. produktų. Šiame darbe, remiantis įprastu lydmetalio pastos pakartotinio suvirinimo procesu, sukurtas ir pristatytas naujas antrinio pakartotinio suvirinimo procesas, siekiant pagerinti suvirinimo ertmę ir išspręsti suvirinimo ertmės sukelto sukibimo ir plastikinių sandariklių įtrūkimų problemas.
2 Litavimo pastos spausdinimo suvirinimo ertmė ir gamybos mechanizmas
2.1 Suvirinimo ertmė
Po pakartotinio suvirinimo gaminys buvo išbandytas rentgeno spinduliais. Nustatyta, kad šviesesnės spalvos skylės suvirinimo zonoje atsirado dėl nepakankamo lydmetalio suvirinimo sluoksnyje, kaip parodyta 1 pav.
Burbulo skylės aptikimas rentgeno spinduliais
2.2 Suvirinimo ertmės formavimo mechanizmas
Kaip pavyzdį imant sAC305 litavimo pastą, pagrindinė sudėtis ir funkcija parodyta 1 lentelėje. Fliusas ir alavo rutuliukai yra sujungti pastos pavidalu. Alavo lydmetalio ir srauto svorio santykis yra apie 9:1, o tūrio santykis yra apie 1:1.
Atspausdinus litavimo pastą ir sumontavus ją su įvairiais elektroniniais komponentais, lydmetalio pasta praeis per grįžtamąją krosnį, praeis keturiais pakaitinimo, aktyvinimo, grįžtamojo srauto ir aušinimo etapais. Lydmetalios pastos būsena taip pat skiriasi esant skirtingoms temperatūroms skirtinguose etapuose, kaip parodyta 2 paveiksle.
Profilio nuoroda kiekvienai pakartotinio litavimo sričiai
Išankstinio pakaitinimo ir aktyvinimo stadijoje lakieji komponentai, esantys lydmetalio pastos sraute, kaitinant virsta dujomis. Tuo pačiu metu, pašalinus suvirinimo sluoksnio paviršių esantį oksidą, susidarys dujos. Kai kurios iš šių dujų išgaruos ir paliks litavimo pastą, o litavimo rutuliukai bus sandariai kondensuoti dėl srauto lakavimo. Reflukso stadijoje litavimo pastoje likęs srautas greitai išgaruos, alavo rutuliukai išsilydys, nedidelis srauto lakiųjų dujų kiekis ir didžioji dalis oro tarp alavo rutuliukų laiku nepasisklaidys, o likučiai išlydyta skarda ir esant išlydytos skardos įtempimui yra mėsainio sumuštinio struktūra ir jas sugauna plokštės litavimo padėklas ir elektroniniai komponentai, o į skystą skardą įvyniotas dujas sunku išeiti tik dėl plūdrumo į viršų. Viršutinė lydymosi trukmė yra labai didelė. trumpas. Kai išlydyta skarda atvėsta ir tampa vientisa skarda, suvirinimo sluoksnyje atsiranda poros ir susidaro litavimo angos, kaip parodyta 3 pav.
Scheminė tuštumos, susidariusios suvirinant litavimo pasta, schema
Pagrindinė suvirinimo ertmės atsiradimo priežastis yra ta, kad oras arba lakiosios dujos, įvyniotos į litavimo pastą po lydymosi, nėra visiškai išleidžiamos. Įtakojantys veiksniai yra litavimo pastos medžiaga, litavimo pastos spausdinimo forma, lydmetalio pastos spausdinimo kiekis, grįžtamojo srauto temperatūra, virimo laikas, suvirinimo dydis, struktūra ir pan.
3. Lydmetalio pastos spausdinimo pakartotinio srauto suvirinimo angas įtakojančių veiksnių patikrinimas
QFN ir plikų drožlių testai buvo naudojami siekiant patvirtinti pagrindines pakartotinio suvirinimo tuštumų priežastis ir rasti būdų, kaip pagerinti lydmetalio pasta išspausdintas pakartotinio suvirinimo tuštumas. QFN ir pliko drožlių litavimo pasta pakartotinio srauto suvirinimo gaminio profilis parodytas 4 paveiksle, QFN suvirinimo paviršiaus dydis yra 4,4 mm x 4,1 mm, suvirinimo paviršius yra alavuotas sluoksnis (100% grynas alavas); Pliko lusto suvirinimo dydis yra 3,0 mm x 2,3 mm, suvirinimo sluoksnis yra purškiamas nikelio-vanadžio bimetalinis sluoksnis, o paviršinis sluoksnis yra vanadis. Pagrindo suvirinimo padas buvo beelektrinis nikelio-paladžio auksas, o storis buvo 0,4 μm / 0, 06 μm / 0, 04 μm. Naudojama SAC305 litavimo pasta, litavimo pastos spausdinimo įranga yra DEK Horizon APix, grįžtamojo srauto krosnies įranga yra BTUpyramax150N, o rentgeno įranga yra DAGExD7500VR.
QFN ir plikų drožlių suvirinimo brėžiniai
Kad būtų lengviau palyginti bandymo rezultatus, suvirinimas buvo atliktas 2 lentelėje nurodytomis sąlygomis.
Reflow suvirinimo sąlygų lentelė
Užbaigus paviršiaus montavimą ir pakartotinį suvirinimą, suvirinimo sluoksnis buvo aptiktas rentgeno spinduliais ir nustatyta, kad suvirinimo sluoksnyje yra didelių skylių QFN apačioje ir plikoje drožlėje, kaip parodyta 5 paveiksle.
QFN ir lusto holograma (rentgenas)
Kadangi alavo rutuliuko dydis, plieno tinklelio storis, atsidarymo ploto greitis, plieno tinklelio forma, refliukso laikas ir didžiausia krosnies temperatūra turės įtakos pakartotinio srauto suvirinimo tuštumai, yra daug įtakos faktorių, kurie bus tiesiogiai patikrinti atliekant DOE testą ir eksperimentinių bandymų skaičių. grupės bus per didelės. Būtina greitai patikrinti ir nustatyti pagrindinius įtakos veiksnius taikant koreliacijos palyginimo testą, o tada toliau optimizuoti pagrindinius įtakos veiksnius naudojant DOE.
3.1 Litavimo angų ir litavimo pastos skardos karoliukų matmenys
Atliekant 3 tipo (karoliuko dydis 25-45 μm) SAC305 litavimo pastos bandymą, kitos sąlygos išlieka nepakitusios. Po perpylimo litavimo sluoksnyje išmatuojamos skylės ir palyginamos su 4 tipo litavimo pasta. Nustatyta, kad lydmetalio sluoksnio skylės tarp dviejų litavimo pastų rūšių reikšmingai nesiskiria, o tai rodo, kad skirtingo dydžio litavimo pasta neturi akivaizdžios įtakos litavimo sluoksnio skylėms, o tai nėra įtakojantis veiksnys. kaip parodyta Fig. 6 Kaip parodyta.
Metalinių alavo miltelių skylių su skirtingo dydžio dalelėmis palyginimas
3.2 Suvirinimo ertmės ir atspausdinto plieno tinklelio storis
Po perpylimo suvirinto sluoksnio ertmės plotas buvo išmatuotas 50 μm, 100 μm ir 125 μm storio plieno tinkleliu, o kitos sąlygos išliko nepakitusios. Nustatyta, kad skirtingo storio plieno tinklelio (litavimo pastos) įtaka QFN lyginama su spausdinto plieno tinklelio, kurio storis 75 μm. Didėjant plieno tinklelio storiui, ertmės plotas palaipsniui mažėja. Pasiekus tam tikrą storį (100 μm), ertmės plotas pasikeis ir pradės didėti didėjant plieno tinklelio storiui, kaip parodyta 7 paveiksle.
Tai rodo, kad padidinus litavimo pastos kiekį skysta skarda su refliuksu pasidengia lustu, o likusio oro išėjimo anga yra siaura iš keturių pusių. Pakeitus litavimo pastos kiekį, taip pat padidėja likutinio oro išleidimo anga, o momentinis oro pliūpsnis, suvyniotas į skystą skardą arba iš skysto alavo išsiskiriančios lakios dujos, sukels skysto alavo aptaškymą aplink QFN ir lustą.
Bandymas parodė, kad didėjant plieno tinklelio storiui, taip pat padidės burbulo sprogimas, kurį sukelia oro ar lakiųjų dujų išbėgimas, taip pat atitinkamai padidės alavo aptaškymo aplink QFN ir lustai tikimybė.
Skirtingo storio plieno tinklelio skylių palyginimas
3.3 Suvirinimo ertmės ir plieno tinklelio angos plotų santykis
Buvo išbandytas spausdintas plieninis tinklelis, kurio atidarymo greitis buvo 100%, 90% ir 80%, o kitos sąlygos liko nepakitusios. Po pakartotinio srauto buvo išmatuotas suvirinto sluoksnio ertmės plotas ir lyginamas su atspausdintu plieniniu tinkleliu su 100% atsidarymo greičiu. Nustatyta, kad 100% ir 90% 80% atsidarymo sąlygomis reikšmingo suvirinto sluoksnio ertmės skirtumo nebuvo, kaip parodyta 8 pav.
Skirtingo plieno tinklelio skirtingo atidarymo ploto ertmių palyginimas
3.4 Suvirinta ertmė ir atspausdinta plieno tinklelio forma
Atliekant juostelės b ir pasvirusio tinklelio c litavimo pastos spausdinimo formos bandymą, kitos sąlygos nesikeičia. Po perpylimo išmatuojamas suvirinimo sluoksnio ertmės plotas ir lyginamas su tinklelio a spausdinimo forma. Nustatyta, kad tinklelio, juostelės ir pasvirusio tinklelio sąlygomis suvirinimo sluoksnio ertmė reikšmingai nesiskiria, kaip parodyta 9 pav.
Skirtingų plieno tinklelio atidarymo režimų skylių palyginimas
3.5 Suvirinimo ertmė ir refliukso laikas
Po ilgesnio refliukso laiko (70 s, 80 s, 90 s) bandymo kitos sąlygos išlieka nepakitusios, išmatuota suvirinimo sluoksnio skylė po refliukso ir palyginus su 60 s refliukso laiku, nustatyta, kad didėjant refliukso laikas, suvirinimo angos plotas mažėjo, tačiau ilgėjant laikui mažinimo amplitudė palaipsniui mažėjo, kaip parodyta 10 paveiksle. Tai rodo, kad esant nepakankamam refliukso laikui, didinant grįžtamąjį srautą yra palanku visiškam oro perpildymui suvyniotas į išlydytą skystą skardą, tačiau virimo laikui pailgėjus iki tam tikro laiko, į skystą skardą suvyniotas oras vėl sunkiai persipildo. Refliukso laikas yra vienas iš veiksnių, turinčių įtakos suvirinimo ertmei.
Netinkamas skirtingų refliukso laiko trukmės palyginimas
3.6 Suvirinimo ertmė ir didžiausia krosnies temperatūra
Esant 240 ℃ ir 250 ℃ didžiausios krosnies temperatūros bandymui ir kitoms sąlygoms nepakitus, buvo išmatuotas suvirinto sluoksnio ertmės plotas po pakartotinio srauto ir, lyginant su 260 ℃ krosnies didžiausia temperatūra, nustatyta, kad esant skirtingoms didžiausios krosnies temperatūros sąlygoms, suvirintas QFN ir drožlės sluoksnis reikšmingai nepasikeitė, kaip parodyta 11 paveiksle. Tai rodo, kad skirtinga krosnies temperatūra neturi akivaizdžios įtakos QFN ir skylei suvirinimo sluoksnyje, o tai nėra įtakojantis veiksnys.
Tuščias skirtingų smailių temperatūrų palyginimas
Aukščiau pateikti bandymai rodo, kad svarbūs veiksniai, turintys įtakos suvirinimo sluoksnio ertmei QFN ir lustai, yra grįžtamojo srauto laikas ir plieno tinklelio storis.
4 Lydmetalio pastos spausdinimas suvirinimo ertmės tobulinimas
4.1 DOE testas, skirtas pagerinti suvirinimo ertmę
Suvirinimo QFN ir drožlių sluoksnio skylė buvo pagerinta, nustatant optimalią pagrindinių įtaką darančių veiksnių reikšmę (atsiliejimo laikas ir plieno tinklelio storis). Litavimo pasta buvo SAC305 tipo4, plieno tinklelio forma buvo tinklelio tipo (100 % atidarymo laipsnis), didžiausia krosnies temperatūra buvo 260 ℃, o kitos bandymo sąlygos buvo tokios pačios kaip ir bandymo įranga. DOE testas ir rezultatai pateikti 3 lentelėje. Plieninio tinklelio storio ir refliukso trukmės įtaka QFN ir drožlių suvirinimo angoms parodyta 12 paveiksle. Atlikus pagrindinių įtaką darančių veiksnių sąveikos analizę, nustatyta, kad naudojant 100 μm plieno tinklelio storį ir 80 s refliukso laikas gali žymiai sumažinti QFN ir lusto suvirinimo ertmę. QFN suvirinimo ertmės koeficientas sumažinamas nuo didžiausio 27,8% iki 16,1%, o drožlių suvirinimo ertmės koeficientas sumažinamas nuo didžiausio 20,5% iki 14,5%.
Bandymo metu optimaliomis sąlygomis (100 μm plieno tinklelio storis, 80 s refliukso laikas) buvo pagaminta 1000 gaminių, atsitiktinai išmatuotas 100 QFN ir lusto suvirinimo ertmės greitis. Vidutinis QFN suvirinimo ertmių koeficientas buvo 16,4%, o vidutinis lusto suvirinimo ertmės greitis buvo 14,7%. Skiedros ir lusto suvirinimo ertmės greitis akivaizdžiai sumažėjo.
4.2 Naujasis procesas pagerina suvirinimo ertmę
Faktinė gamybos situacija ir bandymas rodo, kad kai suvirinimo ertmės plotas lusto apačioje yra mažesnis nei 10%, drožlių ertmės padėties įtrūkimų problema neatsiras švino klijavimo ir formavimo metu. DOE optimizuoti proceso parametrai negali atitikti įprasto litavimo pastos pakartotinio suvirinimo skylių analizės ir sprendimo reikalavimų, todėl reikia dar labiau sumažinti lusto suvirinimo ertmės plotą.
Kadangi ant lydmetalio uždengtas lustas neleidžia nutekėti lydmetalyje esančioms dujoms, lusto apačioje esantis skylių skaičius dar labiau sumažinamas pašalinus arba sumažinus lydmetaliu dengtų dujų kiekį. Pritaikytas naujas pakartotinio suvirinimo procesas, naudojant du litavimo pastos spausdinimą: vienas litavimo pastos spausdinimas, vienas pakartotinio srauto spausdinimas, neuždengiantis QFN, ir plikas lustas, išleidžiantis dujas lydmetalyje; Specifinis antrinės litavimo pastos spausdinimo, pleistrų ir antrinio refliukso procesas parodytas 13 paveiksle.
Pirmą kartą atspausdinus 75 μm storio litavimo pastą, didžioji dalis lydmetalyje esančių dujų be drožlių dangos išbėga nuo paviršiaus, o storis po grįžtamojo srauto yra apie 50 μm. Pasibaigus pirminiam refliuksui, ant atvėsusio sukietėjusio lydmetalio paviršiaus atspausdinami nedideli kvadratėliai (siekiant sumažinti litavimo pastos kiekį, sumažinti dujų išsiliejimą, sumažinti arba panaikinti litavimo tašką), o litavimo pasta su 50 μm storio (aukščiau pateikti bandymo rezultatai rodo, kad 100 μm yra geriausias, todėl antrinio spausdinimo storis yra 100 μm.50 μm=50 μm), tada įdėkite lustą ir grąžinkite per 80 s. Lydmetalyje po pirmojo spausdinimo ir perpylimo beveik nėra skylės, o antruoju spausdinimu litavimo pasta yra maža, o suvirinimo anga yra maža, kaip parodyta 14 pav.
Po dviejų litavimo pastos atspaudų, tuščiaviduris piešinys
4.3 Suvirinimo ertmės poveikio patikrinimas
Gaminant 2000 gaminių (pirmojo spausdinimo plieno tinklelio storis 75 μm, antrojo spaudos plieno tinklelio storis 50 μm), kitos sąlygos nepakito, atsitiktinai išmatavus 500 QFN ir drožlių suvirinimo ertmės greitį, nustatyta, kad naujas procesas po pirmojo refliukso nėra ertmės, po antrojo refliukso QFN Maksimalus suvirinimo ertmės greitis yra 4,8%, o maksimalus lusto suvirinimo ertmės greitis yra 4,1%. Palyginti su originaliu vienos pastos spausdinimo suvirinimo procesu ir DOE optimizuotu procesu, suvirinimo ertmė yra žymiai sumažinta, kaip parodyta 15 pav. Atlikus visų gaminių funkcinius bandymus, lustų įtrūkimų nerasta.
5 Santrauka
Optimizavus litavimo pastos spausdinimo kiekį ir grįžtamojo srauto laiką, galima sumažinti suvirinimo ertmės plotą, tačiau suvirinimo ertmės greitis vis dar yra didelis. Naudojant du litavimo pastos spausdinimo pakartotinio suvirinimo būdus galima efektyviai ir maksimaliai padidinti suvirinimo ertmės greitį. QFN grandinės pliko lusto suvirinimo plotas gali būti atitinkamai 4,4 mm x 4,1 mm ir 3,0 mm x 2,3 mm masinėje gamyboje. Suvirinimo ertmėje greitis kontroliuojamas žemiau 5%, o tai pagerina pakartotinio suvirinimo kokybę ir patikimumą. Šiame darbe atliktas tyrimas yra svarbi nuoroda, kaip pagerinti didelio ploto suvirinimo paviršių suvirinimo ertmių problemą.
Paskelbimo laikas: 2023-05-05
