SMT përdor analizën dhe zgjidhjen e zgavrës së saldimit me pastë saldimi konvencionale me ripërtëritje të ajrit (2023 Essence Edition), ju e meritoni!
1 Hyrje
Në montimin e tabelës së qarkut, pasta e saldimit shtypet së pari në bllokun e saldimit të bordit të qarkut dhe më pas vendosen komponentë të ndryshëm elektronikë. Më në fund, pas furrës së rifluksit, rruazat e kallajit në pastën e saldimit shkrihen dhe të gjitha llojet e komponentëve elektronikë dhe jastëku i saldimit të tabelës së qarkut bashkohen së bashku për të realizuar montimin e nënmoduleve elektrike. teknologjia sipërfaqësore (sMT) përdoret gjithnjë e më shumë në produktet e paketimit me densitet të lartë, të tilla si paketa e nivelit të sistemit (siP), pajisjet ballgridarray (BGA) dhe çipi i zhveshur, pako e sheshtë katrore pa pin (quad aatNo-lead, referuar si QFN). ) pajisje.
Për shkak të karakteristikave të procesit të saldimit dhe materialeve të saldimit me paste saldimi, pas saldimit me rifluks të këtyre pajisjeve të sipërfaqes së madhe të saldimit, do të ketë vrima në zonën e saldimit të saldimit, të cilat do të ndikojnë në vetitë elektrike, vetitë termike dhe vetitë mekanike të produktit, performancën, dhe madje mund të çojë në dështimin e produktit, prandaj, për të përmirësuar zgavrën e saldimit të rifluksit të pastës së saldimit është bërë një proces dhe problem teknik që duhet zgjidhur, disa studiues kanë analizuar dhe studiuar shkaqet e zgavrës së saldimit me top saldimi BGA dhe kanë ofruar zgjidhje përmirësimi, saldimi konvencional Proçesi i saldimit me rrjedhje paste, zona saldimi prej QFN më e madhe se 10 mm2 ose zona saldimi më e madhe se 6 mm2 mungon zgjidhja e çipit të zhveshur.
Përdorni saldimin me saldim paraformues dhe saldimin me refluks me vakum për të përmirësuar vrimën e saldimit. Saldimi i parafabrikuar kërkon pajisje speciale për të treguar fluksin. Për shembull, çipi zhvendoset dhe anohet seriozisht pasi çipi vendoset drejtpërdrejt në saldimin e parafabrikuar. Nëse çipi i montimit të fluksit është i ri rrjedhshëm dhe më pas i pikës, procesi rritet me dy rikthim dhe kostoja e saldimit të parafabrikuar dhe materialit fluks është shumë më i lartë se pasta e saldimit.
Pajisjet e refluksit të vakumit janë më të shtrenjta, kapaciteti i vakumit të dhomës së pavarur të vakumit është shumë i ulët, performanca e kostos nuk është e lartë dhe problemi i spërkatjes së kallajit është serioz, i cili është një faktor i rëndësishëm në aplikimin e densitetit të lartë dhe me zë të vogël. produkteve. Në këtë punim, bazuar në procesin konvencional të saldimit me ripërdhje të pastës së saldimit, është zhvilluar dhe prezantuar një proces i ri i saldimit me rifluks dytësor për të përmirësuar zgavrën e saldimit dhe për të zgjidhur problemet e lidhjes dhe plasaritjes së vulës plastike të shkaktuar nga zgavra e saldimit.
2 Zgavra e saldimit dhe mekanizmi i prodhimit të printimit të pastës së saldimit
2.1 Zgavra e saldimit
Pas saldimit me rrjedhje, produkti u testua nën rreze x. Vrimat në zonën e saldimit me ngjyrë më të çelur u gjetën për shkak të saldimit të pamjaftueshëm në shtresën e saldimit, siç tregohet në figurën 1.
Zbulimi me rreze X i vrimës së flluskës
2.2 Mekanizmi i formimit të zgavrës së saldimit
Duke marrë si shembull pastën e saldimit sAC305, përbërja dhe funksioni kryesor tregohen në tabelën 1. Rruazat e fluksit dhe kallajit janë të lidhura së bashku në formë paste. Raporti i peshës së saldimit të kallajit me fluksin është rreth 9:1, dhe raporti i vëllimit është rreth 1:1.
Pasi pasta e saldimit të jetë printuar dhe montuar me komponentë të ndryshëm elektronikë, pasta e saldimit do t'i nënshtrohet katër fazave të paranxehjes, aktivizimit, refluksit dhe ftohjes kur kalon nëpër furrën e refluksit. Gjendja e pastës së saldimit është gjithashtu e ndryshme me temperatura të ndryshme në faza të ndryshme, siç tregohet në figurën 2.
Referenca e profilit për secilën zonë të saldimit me rifluks
Në fazën e paranxehjes dhe aktivizimit, përbërësit e paqëndrueshëm në fluksin në pastën e saldimit do të avullohen në gaz kur nxehen. Në të njëjtën kohë, gazrat do të prodhohen kur të hiqet oksidi në sipërfaqen e shtresës së saldimit. Disa nga këto gaze do të avullohen dhe do të lënë pastën e saldimit, dhe rruazat e saldimit do të kondensohen fort për shkak të avullimit të fluksit. Në fazën e refluksit, fluksi i mbetur në pastën e saldimit do të avullojë shpejt, rruazat e kallajit do të shkrihen, një sasi e vogël e gazit të paqëndrueshëm të fluksit dhe pjesa më e madhe e ajrit midis rruazave të kallajit nuk do të shpërndahen në kohë, dhe mbetja në kallaji i shkrirë dhe nën tensionin e kallajit të shkrirë janë struktura sanduiç hamburgeri dhe janë kapur nga jastëku i saldimit të bordit të qarkut dhe komponentët elektronikë, dhe gazi i mbështjellë në kallajin e lëngshëm është i vështirë të shpëtojë vetëm nga lëvizshmëria lart Koha e shkrirjes së sipërme është shumë i shkurtër. Kur kallaji i shkrirë ftohet dhe bëhet kallaj i ngurtë, poret shfaqen në shtresën e saldimit dhe krijohen vrimat e saldimit, siç tregohet në figurën 3.
Diagrami skematik i zbrazëtirës së krijuar nga saldimi i ripërdorimit të pastës së saldimit
Shkaku kryesor i zgavrës së saldimit është se ajri ose gazi i paqëndrueshëm i mbështjellë në pastën e saldimit pas shkrirjes nuk shkarkohet plotësisht. Faktorët ndikues përfshijnë materialin e pastës së saldimit, formën e shtypjes së pastës së saldimit, sasinë e printimit të pastës së saldimit, temperaturën e refluksit, kohën e refluksit, madhësinë e saldimit, strukturën etj.
3. Verifikimi i faktorëve ndikues të vrimave të saldimit të printimit të pastës së saldimit
QFN dhe testet e çipeve të zhveshura u përdorën për të konfirmuar shkaqet kryesore të zbrazëtirave të saldimit me rifluks dhe për të gjetur mënyra për të përmirësuar zbrazëtitë e saldimit me rifluks të printuar nga pasta e saldimit. Profili i produktit të saldimit të ngjitjes së saldimit QFN dhe çip të zhveshur është paraqitur në Figurën 4, madhësia e sipërfaqes së saldimit QFN është 4.4mmx4.1mm, sipërfaqja e saldimit është shtresë e kallajuar (100% kallaj i pastër); Madhësia e saldimit të çipit të zhveshur është 3.0mmx2.3mm, shtresa e saldimit është shtresa bimetalike e spërkatur nikel-vanadium dhe shtresa sipërfaqësore është vanadium. Mbështjellësi i saldimit të nënshtresës ishte pa elektronikë me nikel-paladium me ar, dhe trashësia ishte 0.4μm/0.06μm/0.04μm. Përdoret pasta e saldimit SAC305, pajisja e printimit të pastës së saldimit është DEK Horizon APix, pajisja e furrës me refluks është BTUPyramax150N dhe pajisja me rreze x është DAGExD7500VR.
QFN dhe vizatimet e saldimit me çip të zhveshur
Për të lehtësuar krahasimin e rezultateve të provës, saldimi me rrjedhje u krye në kushtet në Tabelën 2.
Tabela e gjendjes së saldimit me rifluks
Pas përfundimit të montimit në sipërfaqe dhe saldimit me rrjedhje, shtresa e saldimit u zbulua me rreze X dhe u zbulua se kishte vrima të mëdha në shtresën e saldimit në fund të QFN dhe çip të zhveshur, siç tregohet në figurën 5.
QFN dhe hologram i çipit (rrezet X)
Meqenëse madhësia e rruazës së kallajit, trashësia e rrjetës së çelikut, shpejtësia e zonës së hapjes, forma e rrjetës së çelikut, koha e refluksit dhe temperatura maksimale e furrës do të ndikojnë të gjitha zbrazëtirat e saldimit me rrjedhje, ka shumë faktorë ndikues, të cilët do të verifikohen drejtpërdrejt nga testi DOE dhe numri i eksperimenteve grupet do të jenë shumë të mëdha. Është e nevojshme të ekzaminohen dhe të përcaktohen shpejt faktorët kryesorë ndikues përmes testit të krahasimit të korrelacionit, dhe më pas të optimizohen më tej faktorët kryesorë ndikues përmes DOE.
3.1 Dimensionet e vrimave të saldimit dhe rruaza kallaji të pastës së saldimit
Me testin e pastës së saldimit të tipit 3 (madhësia e rruazës 25-45 μm) SAC305, kushtet e tjera mbeten të pandryshuara. Pas rimbushjes, vrimat në shtresën e saldimit maten dhe krahasohen me pastën e saldimit tip 4. Është konstatuar se vrimat në shtresën e saldimit nuk janë dukshëm të ndryshme midis dy llojeve të pastës së saldimit, gjë që tregon se pasta e saldimit me madhësi të ndryshme rruaza nuk ka ndikim të dukshëm në vrimat në shtresën e saldimit, gjë që nuk është një faktor ndikues. siç tregohet në Fig. 6 Siç tregohet.
Krahasimi i vrimave të pluhurit metalik të kallajit me madhësi të ndryshme grimcash
3.2 Trashësia e zgavrës së saldimit dhe rrjetës së printuar të çelikut
Pas rimbushjes, zona e zgavrës së shtresës së salduar u mat me rrjetë çeliku të printuar me trashësi 50 μm, 100 μm dhe 125 μm, dhe kushtet e tjera mbetën të pandryshuara. U zbulua se efekti i trashësisë së ndryshme të rrjetës së çelikut (pastë saldimi) në QFN u krahasua me atë të rrjetës së printuar të çelikut me trashësi 75 μm Ndërsa trashësia e rrjetës së çelikut rritet, sipërfaqja e zgavrës gradualisht zvogëlohet ngadalë. Pas arritjes së një trashësie të caktuar (100μm), zona e zgavrës do të kthehet dhe do të fillojë të rritet me rritjen e trashësisë së rrjetës së çelikut, siç tregohet në figurën 7.
Kjo tregon se kur rritet sasia e pastës së saldimit, kallaji i lëngshëm me refluks mbulohet nga çipi dhe dalja e daljes së ajrit të mbetur është vetëm e ngushtë nga katër anët. Kur ndryshon sasia e pastës së saldimit, rritet gjithashtu dalja e daljes së ajrit të mbetur dhe shpërthimi i menjëhershëm i ajrit të mbështjellë me kallaj të lëngshëm ose gaz të paqëndrueshëm që del nga kallaji i lëngshëm do të bëjë që kallaji i lëngshëm të spërkat rreth QFN dhe çipit.
Testi zbuloi se me rritjen e trashësisë së rrjetës së çelikut, plasja e flluskës e shkaktuar nga ikja e ajrit ose gazit të paqëndrueshëm do të rritet gjithashtu, dhe probabiliteti i spërkatjes së kallajit rreth QFN dhe çipit do të rritet gjithashtu përkatësisht.
Krahasimi i vrimave në rrjetë çeliku me trashësi të ndryshme
3.3 Raporti i sipërfaqes së zgavrës së saldimit dhe hapjes së rrjetës së çelikut
Rrjeta e printuar e çelikut me shkallën e hapjes 100%, 90% dhe 80% u testua dhe kushtet e tjera mbetën të pandryshuara. Pas rimbushjes, zona e zgavrës së shtresës së salduar u mat dhe u krahasua me rrjetën e çelikut të printuar me shkallën e hapjes 100%. U zbulua se nuk kishte ndonjë ndryshim domethënës në zgavrën e shtresës së salduar në kushtet e shkallës së hapjes prej 100% dhe 90% 80%, siç tregohet në figurën 8.
Krahasimi i zgavrës së zonave të ndryshme të hapjes së rrjetave të ndryshme të çelikut
3.4 Zgavër e salduar dhe formë rrjete çeliku e printuar
Me testin e formës së printimit të pastës së saldimit të shiritit b dhe rrjetës së pjerrët c, kushtet e tjera mbeten të pandryshuara. Pas rimbushjes, zona e zgavrës së shtresës së saldimit matet dhe krahasohet me formën e printimit të rrjetës a. Është konstatuar se nuk ka ndonjë ndryshim domethënës në zgavrën e shtresës së saldimit në kushtet e rrjetës, shiritit dhe rrjetës së pjerrët, siç tregohet në figurën 9.
Krahasimi i vrimave në mënyra të ndryshme hapjeje të rrjetës së çelikut
3.5 Zgavra e saldimit dhe koha e refluksit
Pas testit të zgjatur të refluksit (70 s, 80 s, 90 s), kushtet e tjera mbeten të pandryshuara, vrima në shtresën e saldimit u mat pas refluksit dhe krahasuar me kohën e refluksit prej 60 s, u konstatua se me rritjen e koha e refluksit, zona e vrimës së saldimit u ul, por amplituda e reduktimit u ul gradualisht me rritjen e kohës, siç tregohet në figurën 10. Kjo tregon se në rastin e kohës së refluksit të pamjaftueshëm, rritja e kohës së refluksit është e favorshme për tejmbushjen e plotë të ajrit mbështjellë në kallaj të lëngshëm të shkrirë, por pasi koha e refluksit rritet në një kohë të caktuar, ajri i mbështjellë me kallaj të lëngshëm është i vështirë të derdhet përsëri. Koha e refluksit është një nga faktorët që ndikon në zgavrën e saldimit.
Krahasimi i pavlefshëm i kohëzgjatjeve të ndryshme të refluksit
3.6 Zgavra e saldimit dhe temperatura maksimale e furrës
Me testin e temperaturës së pikut të furrës 240 ℃ dhe 250 ℃ dhe kushtet e tjera të pandryshuara, sipërfaqja e zgavrës së shtresës së salduar u mat pas rimbushjes dhe krahasuar me temperaturën maksimale të furrës prej 260 ℃, u zbulua se në kushte të ndryshme të temperaturës së pikut të furrës, zgavra e shtresa e salduar e QFN dhe çipit nuk ndryshuan ndjeshëm, siç tregohet në figurën 11. Ajo tregon se temperatura e ndryshme e pikut të furrës nuk ka efekt të dukshëm në QFN dhe vrimën në shtresën e saldimit të çipit, gjë që nuk është një faktor ndikues.
Krahasimi i zbrazët i temperaturave të ndryshme të pikut
Testet e mësipërme tregojnë se faktorët e rëndësishëm që ndikojnë në zgavrën e shtresës së saldimit të QFN dhe çipit janë koha e refluksit dhe trashësia e rrjetës së çelikut.
4 Përmirësimi i zgavrës së saldimit të printimit të ngjitjes së saldimit
4.1 Testi DOE për të përmirësuar zgavrën e saldimit
Vrima në shtresën e saldimit të QFN dhe çipit u përmirësua duke gjetur vlerën optimale të faktorëve kryesorë ndikues (koha e refluksit dhe trashësia e rrjetës së çelikut). Pasta e saldimit ishte SAC305 type4, forma e rrjetës së çelikut ishte e llojit të rrjetës (shkalla e hapjes 100%), temperatura maksimale e furrës ishte 260 ℃ dhe kushtet e tjera të provës ishin të njëjta me ato të pajisjeve të provës. Testi DOE dhe rezultatet u treguan në tabelën 3. Ndikimet e trashësisë së rrjetës së çelikut dhe kohës së refluksit në QFN dhe vrimat e saldimit të çipave janë paraqitur në figurën 12. Nëpërmjet analizës së ndërveprimit të faktorëve kryesorë ndikues, është gjetur se duke përdorur trashësinë e rrjetës së çelikut 100 μm dhe koha e refluksit 80 s mund të zvogëlojë ndjeshëm zgavrën e saldimit të QFN dhe çipit. Shkalla e zgavrës së saldimit të QFN zvogëlohet nga maksimumi 27,8% në 16,1%, dhe shkalla e kavitetit të saldimit të çipit zvogëlohet nga maksimumi 20,5% në 14,5%.
Në provë, 1000 produkte u prodhuan në kushtet optimale (trashësia e rrjetës së çelikut 100 μm, koha e refluksit 80 s) dhe shkalla e zgavrës së saldimit prej 100 QFN dhe çipi u mat rastësisht. Shkalla mesatare e zgavrës së saldimit të QFN ishte 16.4%, dhe shkalla mesatare e zgavrës së saldimit të çipit ishte 14.7% Shpejtësia e zgavrës së saldimit të çipit dhe çipit janë reduktuar dukshëm.
4.2 Procesi i ri përmirëson zgavrën e saldimit
Situata aktuale e prodhimit dhe testi tregojnë se kur zona e zgavrës së saldimit në fund të çipit është më pak se 10%, problemi i plasaritjes së pozicionit të kavitetit të çipit nuk do të ndodhë gjatë lidhjes dhe formimit të plumbit. Parametrat e procesit të optimizuar nga DOE nuk mund të plotësojnë kërkesat e analizimit dhe zgjidhjes së vrimave në saldimin konvencional me ripërtëritje të pastës së saldimit dhe shkalla e zonës së zgavrës së saldimit të çipit duhet të reduktohet më tej.
Meqenëse çipi i mbuluar në saldim parandalon daljen e gazit në saldim, shkalla e vrimës në fund të çipit zvogëlohet më tej duke eliminuar ose zvogëluar gazin e veshur me saldim. Është miratuar një proces i ri i saldimit me ripërtëritje me printime me dy pasta saldimi: një printim me paste saldimi, një ripërtëritje që nuk mbulon QFN dhe çip i zhveshur që shkarkon gazin në saldim; Procesi specifik i shtypjes dytësore të pastës së saldimit, patch-it dhe refluksit dytësor është paraqitur në Figurën 13.
Kur pasta e saldimit me trashësi 75μm printohet për herë të parë, pjesa më e madhe e gazit në saldimin pa mbulesë çipi largohet nga sipërfaqja dhe trashësia pas refluksit është rreth 50μm. Pas përfundimit të refluksit primar, në sipërfaqen e saldimit të ngurtësuar të ftohur shtypen katrorë të vegjël (për të zvogëluar sasinë e pastës së saldimit, për të zvogëluar sasinë e derdhjes së gazit, për të zvogëluar ose eliminuar spërkatjen e saldimit) dhe pasta e saldimit me një trashësi prej 50 μm (rezultatet e mësipërme të testit tregojnë se 100 μm është më e mira, kështu që trashësia e printimit dytësor është 100 μm.50 μm=50 μm), më pas instaloni çipin dhe më pas kthehuni në 80 s. Pothuajse nuk ka asnjë vrimë në saldim pas shtypjes së parë dhe rimbushjes, dhe pasta e saldimit në printimin e dytë është e vogël dhe vrima e saldimit është e vogël, siç tregohet në figurën 14.
Pas dy printimeve të pastës së saldimit, vizatimi i zbrazët
4.3 Verifikimi i efektit të zgavrës së saldimit
Prodhimi i 2000 produkteve (trashësia e rrjetës së parë të çelikut të printimit është 75 μm, trashësia e rrjetës së dytë prej çeliku printimi është 50 μm), kushtet e tjera të pandryshuara, matja e rastësishme prej 500 QFN dhe shkalla e saldimit të çipave, zbuloi se procesi i ri pas refluksit të parë pa zgavër, pas refluksit të dytë QFN Shkalla maksimale e zgavrës së saldimit është 4.8%, dhe shkalla maksimale e zgavrës së saldimit të çipit është 4.1%. Krahasuar me procesin origjinal të saldimit me printim me një pastë dhe procesin e optimizuar DOE, zgavra e saldimit është reduktuar ndjeshëm, siç tregohet në figurën 15. Nuk u gjetën çarje të çipit pas testeve funksionale të të gjitha produkteve.
5 Përmbledhje
Optimizimi i sasisë së printimit të pastës së saldimit dhe kohës së refluksit mund të zvogëlojë zonën e zgavrës së saldimit, por shkalla e zgavrës së saldimit është ende e madhe. Përdorimi i dy teknikave të saldimit me printim të ripërdorimit të pastës së saldimit mund të maksimizojë në mënyrë efektive shkallën e zgavrës së saldimit. Zona e saldimit të çipit të zhveshur të qarkut QFN mund të jetë përkatësisht 4.4mm x4.1mm dhe 3.0mm x2.3mm në prodhim masiv Shpejtësia e zgavrës së saldimit me rrjedhje kontrollohet nën 5%, gjë që përmirëson cilësinë dhe besueshmërinë e saldimit me rrjedhje. Hulumtimi në këtë punim ofron një referencë të rëndësishme për përmirësimin e problemit të zgavrës së saldimit të sipërfaqes së saldimit me sipërfaqe të madhe.
