SMT notar hefðbundið lóðmálmpasta greiningu og lausn á suðuholi með endurflæðislofti (2023 Essence Edition), þú átt það skilið!
1. Inngangur
Í hringrásarborðssamstæðunni er lóðmálmur fyrst prentað á lóðmálmplötuna á hringrásarborðinu og síðan eru ýmsir rafeindaíhlutir festir á.Að lokum, eftir endurrennslisofninn, eru tiniperlurnar í lóðmálminu brætt og alls kyns rafeindahlutir og lóðmálmur hringrásarborðsins eru soðnar saman til að átta sig á samsetningu rafeininga.yfirborðsfestingartækni (sMT) er í auknum mæli notuð í umbúðavörur með miklum þéttleika, svo sem kerfisstigspakka (siP), ballgridarray (BGA) tækjum og power Bare Chip, ferningur flatur pinnalaus pakki (quad aatNo-lead, vísað til sem QFN ) tæki.
Vegna eiginleika lóðmálmssuðuferlis og efna, eftir endurflæðissuðu þessara stóra lóðmálmayfirborðstækja, verða göt á lóðmálmssuðusvæðinu, sem mun hafa áhrif á rafmagnseiginleika, hitaeiginleika og vélræna eiginleika vörunnar Afköst, og jafnvel leitt til vörubilunar, þess vegna, til að bæta lóðmálmur líma endurflæði suðu hola hefur orðið ferli og tæknilegt vandamál sem verður að leysa, sumir vísindamenn hafa greint og rannsakað orsakir BGA lóðmálmur kúlu suðu hola, og veitt umbætur lausnir, hefðbundin lóðmálmur líma reflow suðu ferli suðu svæði af QFN stærra en 10mm2 eða suðu svæði stærra en 6 mm2's ber flís lausn vantar.
Notaðu Preformsolder suðu og lofttæmandi bakflæðisofnasuðu til að bæta suðuholið.Forsmíðað lóðmálmur þarf sérstakan búnað til að benda á flæði.Til dæmis er flísin á móti og hallast alvarlega eftir að flísinn er settur beint á forsmíðaða lóðmálið.Ef flæðifestingarflísinn er endurrennsli og síðan benda, er ferlið aukið um tvö endurflæði og kostnaður við forsmíðaða lóðmálmur og flæðiefni er miklu hærri en lóðmálmið.
Tómarúmsflæðisbúnaður er dýrari, tómarúmsgeta sjálfstæða lofttæmishólfsins er mjög lág, kostnaður er ekki hár og tini skvettuvandamálið er alvarlegt, sem er mikilvægur þáttur í beitingu háþéttni og lítillar hæðar. vörur.Í þessari grein, sem byggir á hefðbundnu lóðmálms-endurflæðissuðuferlinu, er nýtt aukaflæðissuðuferli þróað og kynnt til að bæta suðuholið og leysa vandamálin við tengingu og plastþéttingarsprungur af völdum suðuhola.
2 lóðmálmur líma prentun reflow suðu hola og framleiðslu vélbúnaður
2.1 Suðuhol
Eftir endurrennslissuðu var varan prófuð í röntgenmyndatöku.Götin á suðusvæðinu með ljósari lit reyndust vera vegna ófullnægjandi lóðmálms í suðulaginu, eins og sýnt er á mynd 1
Röntgengreining á kúluholinu
2.2 Myndunarkerfi suðuhola
Ef sAC305 lóðmálmur er tekið sem dæmi, er aðalsamsetningin og virknin sýnd í töflu 1. Flux- og tiniperlurnar eru tengdar saman í límaformi.Þyngdarhlutfall tinlóðmálms og flæðis er um 9:1 og rúmmálshlutfallið er um 1:1.
Eftir að lóðmálmur er prentaður og festur með ýmsum rafeindahlutum, mun lóðmálmur fara í gegnum fjögur stig forhitunar, virkjunar, bakflæðis og kælingar þegar það fer í gegnum bakflæðisofninn.Ástand lóðmálmsmassans er einnig mismunandi með mismunandi hitastig á mismunandi stigum, eins og sýnt er á mynd 2.
Tilvísun prófíls fyrir hvert svæði endurflæðislóðunar
Á forhitunar- og virkjunarstigi verða rokgjarnu efnisþættirnir í flæðinu í lóðmálminu rokkaðir í gas við upphitun.Á sama tíma myndast lofttegundir þegar oxíð á yfirborði suðulagsins er fjarlægt.Sumar þessara lofttegunda munu rokka upp og skilja eftir lóðmálmið og lóðmálmöglurnar verða þéttar vegna þess að flæðið flæðir upp.Í bakflæðisstiginu mun flæðið sem eftir er í lóðmálminu gufa upp hratt, tiniperlurnar bráðna, lítið magn af flæði rokgjörnu gasi og megnið af loftinu milli tiniperlanna mun ekki dreifast í tíma og leifar í bráðið tini og undir spennu bráðnu tinisins eru hamborgarasamlokubygging og eru gripin af lóðmálmplötu hringrásarborðsins og rafeindaíhlutum, og gasið sem er vafið í fljótandi tini er erfitt að sleppa aðeins með uppdrifinu. Efri bræðslutíminn er mjög stutt.Þegar bráðna tinið kólnar og verður að föstu tini koma upp svitaholur í suðulaginu og lóðagöt myndast eins og sýnt er á mynd 3.
Skýringarmynd af tómi sem myndast við endurflæðissuðu á lóðmálmi
Orsök suðuholsins er sú að loftið eða rokgjarna gasið sem vafið er inn í lóðmálmið eftir bráðnun er ekki alveg tæmt.Áhrifaþættirnir eru ma lóðmálmur, prentunarform lóðmálma, prentunarmagn lóðmálma, bakflæðishitastig, bakflæðistími, suðustærð, uppbygging og svo framvegis.
3. Sannprófun á áhrifaþáttum lóðmálma líma prentun reflow suðu holur
QFN og laus flíspróf voru notuð til að staðfesta helstu orsakir endurflæðissuðuholanna og til að finna leiðir til að bæta endurflæðissuðuholurnar sem prentaðar eru með lóðmálmi.QFN og laust flís lóðmálmur líma reflow suðu vörusnið er sýnt á mynd 4, QFN suðu yfirborðsstærð er 4,4 mmx4,1 mm, suðu yfirborð er tinn lag (100% hreint tini);Suðustærð beru flíssins er 3,0 mmx2,3 mm, suðulagið er sputtered nikkel-vanadíum tvímálmi og yfirborðslagið er vanadín.Suðupúði undirlagsins var rafmagnslaus nikkel-palladíum gulldýfing og þykktin var 0,4μm/0,06μm/0,04μm.Notað er SAC305 lóðmálmur, prentunarbúnaður fyrir lóðmálmur er DEK Horizon APix, bakflæðisofnbúnaðurinn er BTUPyramax150N og röntgenbúnaðurinn er DAGExD7500VR.
QFN og suðuteikningar með berum spónum
Til að auðvelda samanburð á prófunarniðurstöðum var endurflæðissuðu framkvæmd við skilyrðin í töflu 2.
Endurstreymi suðuástandstafla
Eftir að yfirborðsfestingu og endurrennslissuðu var lokið greindist suðulagið með röntgengeisli og kom í ljós að stór göt voru í suðulaginu neðst á QFN og ber flís, eins og sýnt er á mynd 5.
QFN og flís heilmynd (röntgenmynd)
Þar sem tinperlur, þykkt stálmöskva, hlutfall opnunarsvæðis, lögun stálmöskva, bakflæðistími og hámarkshitastig ofnsins munu allir hafa áhrif á suðuhol með endurrennsli, eru margir áhrifaþættir sem verða sannreyndir beint með DOE prófun og fjölda tilrauna. hópar verða of stórir.Nauðsynlegt er að skima og ákvarða helstu áhrifaþættina fljótt með fylgnisamanburðarprófi og fínstilla síðan helstu áhrifaþættina frekar í gegnum DOE.
3.1 Stærðir lóðahola og lóðmálmalíma tini perlur
Með tegund 3 (perlustærð 25-45 μm) SAC305 lóðmálmpastapróf, haldast aðrar aðstæður óbreyttar.Eftir endurrennsli eru götin í lóðalaginu mæld og borin saman við lóðmálm af tegund 4.Það kemur í ljós að götin í lóðmálminu eru ekki marktækt frábrugðin tveimur tegundum lóðmálma, sem gefur til kynna að lóðmálmur með mismunandi perlustærð hefur engin augljós áhrif á götin í lóðmálminu, sem er ekki áhrifaþáttur, eins og sýnt er á mynd.6 Eins og sýnt er.
Samanburður á tinduftholum úr málmi með mismunandi kornastærðum
3.2 Þykkt suðuhols og prentað stálnet
Eftir endurflæði var holrými soðnu lagsins mælt með prentuðu stálnetinu með þykktinni 50 μm, 100 μm og 125 μm og aðrar aðstæður héldust óbreyttar.Það kom í ljós að áhrif mismunandi þykktar stálnets (lóðmálmapasta) á QFN voru borin saman við áhrif prentaðs stálnets með þykkt 75 μm Þegar þykkt stálnetsins eykst minnkar holrýmið smám saman hægt og rólega.Eftir að hafa náð ákveðinni þykkt (100μm) mun holrýmið snúast við og byrja að aukast með aukningu á þykkt stálnetsins, eins og sýnt er á mynd 7.
Þetta sýnir að þegar magnið af lóðmálmi er aukið er fljótandi tinið með bakflæði þakið flísinni og útrás afgangslofts er aðeins þröng á fjórum hliðum.Þegar magni af lóðmálmi er breytt, eykst úttakið á afgangsloftsflæði einnig, og samstundis sprenging af lofti sem er vafin inn í fljótandi tini eða rokgjarnt gas sem sleppur fljótandi tin mun valda því að fljótandi tin skvettist um QFN og flísina.
Prófið leiddi í ljós að með aukinni þykkt stálnetsins mun loftbólan sprunga af völdum lofts eða rokgjarns gass aukast einnig og líkurnar á því að tin skvettist í kringum QFN og flís aukast að sama skapi.
Samanburður á holum í stálneti af mismunandi þykkt
3.3 Flatarmálshlutfall suðuhols og stálnetopnunar
Prentað stálnet með opnunarhraða 100%, 90% og 80% var prófað og aðrar aðstæður héldust óbreyttar.Eftir endurflæði var holrými soðnu lagsins mælt og borið saman við prentaða stálnetið með 100% opnunarhraða.Í ljós kom að enginn marktækur munur var á holi soðnu lagsins við skilyrði opnunarhraða 100% og 90% 80%, eins og sýnt er á mynd 8.
Holasamanburður á mismunandi opnunarsvæði mismunandi stálnets
3.4 Soðið holrúm og prentað stálnetform
Með prentunarprófun á lóðmálmi úr ræmu b og hallandi rist c, haldast önnur skilyrði óbreytt.Eftir endurflæði er holrými suðulagsins mælt og borið saman við prentform rist a.Í ljós kemur að ekki er marktækur munur á holi suðulagsins við aðstæður rist, ræmur og hallandi rist, eins og sýnt er á mynd 9.
Samanburður á holum í mismunandi opnunaraðferðum stálnets
3.5 Suðuhol og bakflæðistími
Eftir langan bakflæðistíma (70 s, 80 s, 90 s) próf haldast aðrar aðstæður óbreyttar, gatið í suðulaginu var mælt eftir bakflæði og borið saman við bakflæðistímann 60 s kom í ljós að með aukningu um bakflæðistími, flatarmál suðuholunnar minnkaði, en minnkun amplitude minnkaði smám saman með auknum tíma, eins og sýnt er á mynd 10. Þetta sýnir að ef um ófullnægjandi bakflæðistíma er að ræða, er aukning bakflæðistímans stuðlað að fullu yfirflæði lofts vafið inn í bráðnu fljótandi tini, en eftir að bakflæðistíminn eykst í ákveðinn tíma, er erfitt að flæða yfir loftið sem vafið er inn í fljótandi tini.Bakflæðistími er einn af þeim þáttum sem hafa áhrif á suðuholið.
Ógildur samanburður á mismunandi lengd bakflæðistíma
3.6 Suðuhol og hámarkshiti ofnsins
Með 240 ℃ og 250 ℃ hámarkshitaprófun á ofni og aðrar aðstæður óbreyttar, var holrúmsflatarmál soðnu lagsins mælt eftir endurflæði og borið saman við 260 ℃ hámarkshitastig ofnsins, kom í ljós að við mismunandi hámarkshitastig ofnsins, var holrúmið í ofninum. soðið lag af QFN og flís breyttist ekki marktækt, eins og sýnt er á mynd 11. Það sýnir að mismunandi hámarkshitastig ofnsins hefur engin augljós áhrif á QFN og gatið í suðulagi flísarinnar, sem er ekki áhrifaþáttur.
Ógildur samanburður á mismunandi hámarkshita
Ofangreindar prófanir benda til þess að mikilvægir þættir sem hafa áhrif á holrúm suðulagsins á QFN og flís séu bakflæðistími og þykkt stálmöskva.
4 lóðmálmur líma prentun reflow suðu hola framför
4.1DOE próf til að bæta suðuhola
Gatið í suðulagi QFN og flís var bætt með því að finna ákjósanlegasta gildi helstu áhrifaþátta (bakflæðistími og stálmöskvaþykkt).Lóðmálmið var SAC305 type4, stálmöskvaformið var rist gerð (100% opnunarstig), hámarkshitastig ofnsins var 260 ℃ og önnur prófunarskilyrði voru þau sömu og prófunarbúnaðarins.DOE próf og niðurstöður voru sýndar í töflu 3. Áhrif stálmöskvaþykktar og bakflæðistíma á QFN og flíssuðuholur eru sýndar á mynd 12. Í gegnum víxlverkunargreiningu helstu áhrifaþátta kemur í ljós að notkun 100 μm stálmöskvaþykktar og 80 s bakflæðistími getur dregið verulega úr suðuholi QFN og flísar.Suðuholahlutfall QFN er lækkað úr hámarki 27,8% í 16,1% og suðuholahlutfall flísar er lækkað úr hámarki 20,5% í 14,5%.
Í prófuninni voru 1000 vörur framleiddar við bestu aðstæður (100 μm stálmöskvaþykkt, 80 s bakflæðistími) og suðuholahraði 100 QFN og flís var mældur af handahófi.Meðalhlutfall suðuhola QFN var 16,4% og meðaltal suðuhola hlutfall flísar var 14,7%.
4.2 Nýja ferlið bætir suðuholið
Raunverulegar framleiðsluaðstæður og prófun sýna að þegar suðuholasvæðið neðst á flísinni er minna en 10% mun sprunguvandamál flísholastöðu ekki eiga sér stað meðan á blýtengingu og mótun stendur.Ferlisfæribreyturnar sem DOE fínstilla geta ekki uppfyllt kröfurnar um að greina og leysa götin í hefðbundinni lóðmálmi endurflæðissuðu, og suðuholasvæðishlutfall flísarinnar þarf að minnka enn frekar.
Þar sem flísin sem er þakin á lóðmálminu kemur í veg fyrir að gasið í lóðmálminu sleppi út, minnkar holuhraðinn neðst á flísinni enn frekar með því að útrýma eða draga úr lóðmálmhúðuðu gasinu.Nýtt ferli við endurflæðissuðu með tveimur lóðmálmi prentun er samþykkt: ein lóðmálmur líma prentun, eitt endurflæði sem nær ekki yfir QFN og ber flís losar gasið í lóðmálmur;Sérstakt ferli við prentun á auka lóðmálmi, plástur og annað bakflæði er sýnt á mynd 13.
Þegar 75μm þykkt lóðmálmur er prentað í fyrsta skipti, sleppur mest af gasinu í lóðmálminu án flíshlífar frá yfirborðinu og þykktin eftir bakflæði er um 50μm.Eftir að frumbakflæði er lokið eru litlir ferningar prentaðir á yfirborð kældu, storkna lóðmálma (til að minnka magn lóðmálma, draga úr magni gass sem lekur út, draga úr eða útrýma lóðmálmsvökva), og lóðmálmið með þykkt 50 μm (ofangreindar prófunarniðurstöður sýna að 100 μm er best, þannig að þykkt aukaprentunar er 100 μm.50 μm=50 μm), settu síðan flísina upp og farðu síðan aftur í gegnum 80 s.Það er nánast ekkert gat í lóðmálminu eftir fyrstu prentun og endurflæði, og lóðmálmur í annarri prentun er lítið og suðugatið er lítið, eins og sýnt er á mynd 14.
Eftir tvær prentanir af lóðmálmi, holur teikning
4.3 Sannprófun á áhrifum suðuhola
Framleiðsla á 2000 vörum (þykkt fyrsta prentunar stálnetsins er 75 μm, þykkt seinni prentunar stálnetsins er 50 μm), önnur skilyrði óbreytt, handahófskennd mæling á 500 QFN og flís suðu hola hlutfall, kom í ljós að nýja ferlið eftir fyrsta bakflæði ekkert hola, eftir annað bakflæði QFN Hámarkshlutfall suðuhola er 4,8% og hámarks suðuholahlutfall flísarinnar er 4,1%.Samanborið við upprunalega ein-líma prentsuðuferlið og DOE bjartsýni ferlið, minnkar suðuholið verulega, eins og sýnt er á mynd 15. Engar spónsprungur fundust eftir virkniprófanir á öllum vörum.
5 Samantekt
Hagræðing á prentunarmagni lóðmálma og bakflæðistíma getur dregið úr suðuholasvæðinu, en suðuholahlutfallið er enn stórt.Með því að nota tvær lóðmálmaprentunaraðferðir fyrir endurflæðissuðu getur það á áhrifaríkan hátt og hámarkað suðuholahraðann.Suðusvæði QFN hringrásar nakinn flís getur verið 4,4 mm x4,1 mm og 3,0 mm x2,3 mm í fjöldaframleiðslu. Holahraði endurflæðissuðu er stjórnað undir 5%, sem bætir gæði og áreiðanleika endurflæðissuðu.Rannsóknirnar í þessari grein veita mikilvæga tilvísun til að bæta suðuholavandamálið á suðuyfirborði á stóru svæði.