1 Enkonduko
En la muntado de la cirkvitplato, lutaĵpasto estas unue presita sur la lutaĵkuseneto de la cirkvitplato, kaj poste diversaj elektronikaj komponantoj estas fiksitaj. Fine, post la reflua forno, la stanaj globetoj en la lutaĵpasto estas fanditaj kaj ĉiaj elektronikaj komponantoj kaj la lutaĵkuseneto de la cirkvitplato estas velditaj kune por realigi la muntadon de elektraj submoduloj. Surfacmuntada teknologio (SMT) estas pli kaj pli uzata en alt-densecaj pakaĵproduktoj, kiel ekzemple sistemnivelaj pakaĵoj (SiP), pilkgridaraj (BGA) aparatoj, kaj nudaj ĉipoj, kvadrataj plataj senpinĝaj pakaĵoj (kvadrataj AATNo-plumb, nomataj QFN).
Pro la karakterizaĵoj de la lutaĵpasta velda procezo kaj materialoj, post reflua veldado de ĉi tiuj grand-lutaĵsurfacaj aparatoj, estos truoj en la lutaĵvelda areo, kio influos la elektrajn ecojn, termikajn ecojn kaj mekanikajn ecojn de la produkto, kaj eĉ kondukos al produkta paneo. Tial, plibonigi la lutaĵpastan refluan veldan kavaĵon fariĝis proceza kaj teknika problemo, kiun oni devas solvi. Kelkaj esploristoj analizis kaj studis la kaŭzojn de BGA-lutaĵpilkaj veldaj kavaĵoj, kaj proponis plibonigajn solvojn. Mankas solvo por nudaj ĉipoj por konvenciaj lutaĵpastaj refluaj veldaj procezoj kun QFN pli granda ol 10 mm2 aŭ velda areo pli granda ol 6 mm2.
Uzu preformsolder-veldadon kaj vakuan refluan fornoveldadon por plibonigi la veldtruon. Prefabrikita lutaĵo postulas specialan ekipaĵon por direkti la fluon. Ekzemple, la ĉipo estas forte ŝovita kaj klinita post kiam la ĉipo estas metita rekte sur la prefabrikitan lutaĵon. Se la flua muntita ĉipo estas refundita kaj poste direktita, la procezo pliiĝas je duobla refudo, kaj la kosto de prefabrikita lutaĵo kaj flua materialo estas multe pli alta ol tiu de lutaĵpasto.
Vakua reflua ekipaĵo estas pli multekosta, la vakua kapacito de la sendependa vakua ĉambro estas tre malalta, la kosto-efikeco ne estas alta, kaj la problemo de stanoŝprucado estas serioza, kio estas grava faktoro en la apliko de alt-densecaj kaj malgrand-paŝaj produktoj. En ĉi tiu artikolo, surbaze de la konvencia lutaĵpasta reflua velda procezo, nova sekundara reflua velda procezo estas evoluigita kaj enkondukita por plibonigi la veldan kavaĵon kaj solvi la problemojn de ligado kaj fendado de plasta sigelo kaŭzitaj de velda kavaĵo.
2 Reflua velda kavaĵo kaj produktada mekanismo por presado de lutaĵopasto
2.1 Velda kavaĵo
Post refloa veldado, la produkto estis testita per rentgena ekzameno. La truoj en la velda zono kun pli hela koloro ŝuldiĝis al nesufiĉa lutaĵo en la velda tavolo, kiel montrite en Figuro 1.
Rentgenfota detekto de la veziktruo
2.2 Mekanismo de formado de velda kavaĵo
Prenante sAC305-lutaĵpaston kiel ekzemplon, la ĉefa konsisto kaj funkcio estas montritaj en Tabelo 1. La flukso kaj stanaj globetoj estas ligitaj kune en pastoformo. La peza proporcio de stana lutaĵo al flukso estas ĉirkaŭ 9:1, kaj la volumena proporcio estas ĉirkaŭ 1:1.
Post kiam la lutaĵpasto estas presita kaj muntita kun diversaj elektronikaj komponantoj, la lutaĵpasto spertos kvar stadiojn de antaŭvarmigo, aktivigo, refluo kaj malvarmigo kiam ĝi pasas tra la reflua forno. La stato de la lutaĵpasto ankaŭ diferencas kun malsamaj temperaturoj en malsamaj stadioj, kiel montrite en Figuro 2.
Profilreferenco por ĉiu areo de reflua lutado
En la antaŭvarmiga kaj aktiviga stadioj, la volatilaj komponantoj en la fluo en la lutaĵpasto vaporiĝos en gason kiam varmigitaj. Samtempe, gasoj produktiĝos kiam la oksido sur la surfaco de la velda tavolo estas forigita. Kelkaj el ĉi tiuj gasoj vaporiĝos kaj forlasos la lutaĵpaston, kaj la lutaĵglobetoj estos dense densigitaj pro la vaporiĝo de la fluo. En la reflua stadio, la restanta fluo en la lutaĵpasto rapide vaporiĝos, la stanaj globetoj fandiĝos, malgranda kvanto da volatila fluogaso kaj plejparto de la aero inter la stanaj globetoj ne estos disigitaj ĝustatempe, kaj la restaĵoj en la fandita stano kaj sub la streĉo de la fandita stano formas hamburgeran sandviĉan strukturon kaj estas kaptitaj de la cirkvitplata lutaĵkuseneto kaj elektronikaj komponantoj, kaj la gaso envolvita en la likva stano malfacile eskapas nur pro la supreniranta flospovo. La supra fandtempo estas tre mallonga. Kiam la fandita stano malvarmiĝas kaj fariĝas solida stano, poroj aperas en la velda tavolo kaj lutaĵtruoj formiĝas, kiel montrite en Figuro 3.
Skemdiagramo de malpleno generita per lutaĵpasta reflua veldado
La ĉefa kaŭzo de veldkavaĵoj estas, ke la aero aŭ volatila gaso envolvita en la lutaĵpasto post fandado ne estas tute eligita. La influaj faktoroj inkluzivas materialon de lutaĵpasto, formon de la lutaĵpasto, kvanton de la lutaĵpasto, refluan temperaturon, refluan tempon, veldan grandecon, strukturon kaj tiel plu.
3. Kontrolo de influaj faktoroj de lutaĵpasto-presado refluaj veldaj truoj
QFN kaj nudaj ĉipetoj estis uzitaj por konfirmi la ĉefajn kaŭzojn de refluaj veldaj malplenoj, kaj por trovi manierojn plibonigi la refluajn veldajn malplenojn presitajn per lutaĵpasto. La produkta profilo de QFN kaj nudaj ĉipetoj por reflua veldado de lutaĵpasto estas montrita en Figuro 4. La grandeco de la QFN-velda surfaco estas 4.4mmx4.1mm, la velda surfaco estas stana tavolo (100% pura stano); La velda grandeco de la nuda ĉipeto estas 3.0mmx2.3mm, la velda tavolo estas ŝprucita nikelo-vanada bimetala tavolo, kaj la surfaca tavolo estas vanado. La velda kuseneto de la substrato estis senelektra nikelo-paladia orumita, kaj la dikeco estis 0.4μm/0.06μm/0.04μm. SAC305 lutaĵpasto estas uzata, la ekipaĵo por lutaĵpasta presado estas DEK Horizon APix, la ekipaĵo por reflua forno estas BTUPyramax150N, kaj la rentgen-ekipaĵo estas DAGExD7500VR.
QFN kaj nudaj pecetaj veldaj desegnaĵoj
Por faciligi komparon de testrezultoj, reflua veldado estis efektivigita sub la kondiĉoj en Tabelo 2.
Tablo de kondiĉoj de reflua veldado
Post kiam la surfacmuntado kaj reflua veldado estis kompletigitaj, la velda tavolo estis detektita per rentgena radiografio, kaj oni trovis, ke estis grandaj truoj en la velda tavolo ĉe la fundo de QFN kaj nuda ĉipo, kiel montrite en Figuro 5.
QFN kaj Ĉipa Hologramo (Rentgena foto)
Ĉar la grandeco de stano-globo, la dikeco de ŝtala reto, la rapideco de malferma areo, la formo de ŝtala reto, la reflua tempo kaj la pinta forna temperaturo ĉiuj influos la malplenojn de refluo-veldado, ekzistas multaj influaj faktoroj, kiuj estos rekte kontrolitaj per DOE-testo, kaj la nombro de eksperimentaj grupoj estos tro granda. Necesas rapide ekzameni kaj determini la ĉefajn influajn faktorojn per korelacia kompara testo, kaj poste plue optimumigi la ĉefajn influajn faktorojn per DOE.
3.1 Dimensioj de lutaĵtruoj kaj lutaĵpastaj stanglobetoj
Kun la testo de lutaĵpasto SAC305 tipo 3 (grandeco de globetoj 25-45 μm), la aliaj kondiĉoj restas senŝanĝaj. Post refluado, la truoj en la lutaĵtavolo estas mezuritaj kaj komparitaj kun la lutaĵpasto tipo 4. Oni trovas, ke la truoj en la lutaĵtavolo ne signife diferencas inter la du specoj de lutaĵpasto, indikante, ke la lutaĵpasto kun malsama grandeco de globetoj ne havas evidentan influon sur la truoj en la lutaĵtavolo, kio ne estas influa faktoro, kiel montrite en FIG. 6.
Komparo de metalaj stanaj pulvoraj truoj kun malsamaj partiklaj grandecoj
3.2 Dikeco de velda kavaĵo kaj presita ŝtala reto
Post refluado, la kavaĵa areo de la veldita tavolo estis mezurita per la presita ŝtala reto kun dikeco de 50 μm, 100 μm kaj 125 μm, kaj la aliaj kondiĉoj restis senŝanĝaj. Oni trovis, ke la efiko de malsamaj dikecoj de ŝtala reto (lutaĵpasto) sur QFN estis komparita kun tiu de la presita ŝtala reto kun dikeco de 75 μm. Dum la dikeco de la ŝtala reto pliiĝas, la kavaĵa areo iom post iom malpliiĝas. Post atingado de certa dikeco (100 μm), la kavaĵa areo inversiĝas kaj komencas pliiĝi kun la pliiĝo de la dikeco de la ŝtala reto, kiel montrite en Figuro 7.
Ĉi tio montras, ke kiam la kvanto de lutaĵpasto pliiĝas, la likva stano kun refluo estas kovrita de la ĉipo, kaj la elirejo de resta aero estas nur mallarĝa sur kvar flankoj. Kiam la kvanto de lutaĵpasto ŝanĝiĝas, la elirejo de resta aero ankaŭ pliiĝas, kaj la tuja eksplodo de aero envolvita en likva stano aŭ volatila gaso eskapanta likva stano kaŭzos ŝprucigon de likva stano ĉirkaŭ QFN kaj la ĉipo.
La testo trovis, ke kun la pliiĝo de la dikeco de la ŝtala reto, la vezikeksplodo kaŭzita de la eliro de aero aŭ volatila gaso ankaŭ pliiĝos, kaj la probableco de stanoŝprucado ĉirkaŭ QFN kaj peceto ankaŭ pliiĝos koresponde.
Komparo de truoj en ŝtala reto de malsama dikeco
3.3 Areo-proporcio de velda kavaĵo kaj ŝtala maŝa aperturo
La presita ŝtala reto kun malfermo-rapideco de 100%, 90% kaj 80% estis testita, kaj la aliaj kondiĉoj restis senŝanĝaj. Post refluado, la kavaĵa areo de la veldita tavolo estis mezurita kaj komparita kun la presita ŝtala reto kun malfermo-rapideco de 100%. Oni trovis, ke ne estis signifa diferenco en la kavaĵo de la veldita tavolo sub la kondiĉoj de malfermo-rapideco de 100% kaj 90%-80%, kiel montrite en Figuro 8.
Komparo de kavaĵoj de malsamaj malfermaj areoj de malsamaj ŝtalaj maŝoj
3.4 Veldita kavaĵo kaj presita ŝtala retformo
Kun la testo pri presformo de la lutaĵpasto de strio b kaj dekliva krado c, la aliaj kondiĉoj restas senŝanĝaj. Post refluado, la kavaĵa areo de la velda tavolo estas mezurata kaj komparata kun la presformo de krado a. Oni trovas, ke ne estas signifa diferenco en la kavaĵo de la velda tavolo sub la kondiĉoj de krado, strio kaj dekliva krado, kiel montrite en Figuro 9.
Komparo de truoj en malsamaj malfermaj reĝimoj de ŝtala reto
3.5 Velda kavaĵo kaj reflua tempo
Post plilongigita reflua tempo-testo (70 s, 80 s, 90 s), la aliaj kondiĉoj restis senŝanĝaj. La truo en la velda tavolo estis mezurita post la refluo, kaj komparita kun la reflua tempo de 60 s, oni trovis, ke kun la pliiĝo de la reflua tempo, la areo de la velda truo malpliiĝis, sed la redukta amplitudo iom post iom malpliiĝis kun la pliiĝo de la tempo, kiel montrite en Figuro 10. Ĉi tio montras, ke en kazo de nesufiĉa reflua tempo, pliigo de la reflua tempo kondukas al plena superfluo de la aero envolvita en la fandita likva stano, sed post kiam la reflua tempo pliiĝas ĝis certa tempo, la aero envolvita en la likva stano malfacile superfluas denove. La reflua tempo estas unu el la faktoroj, kiuj influas la veldan kavaĵon.
Malplena komparo de malsamaj refluaj tempodaŭroj
3.6 Velda kavaĵo kaj pinta forntemperaturo
Kun senŝanĝaj fornaj temperaturoj je 240 ℃ kaj 250 ℃, kaj aliaj kondiĉoj, la kavaĵa areo de la veldita tavolo estis mezurita post refluo, kaj komparita kun la pinto de la forna temperaturo je 260 ℃, oni trovis, ke sub malsamaj pinto-fornaj temperaturoj, la kavaĵo de la veldita tavolo de QFN kaj la ĉipo ne ŝanĝiĝis signife, kiel montrite en Figuro 11. Ĝi montras, ke malsama pinto-forna temperaturo ne havas evidentan efikon sur QFN kaj la truon en la velda tavolo de la ĉipo, kio ne estas influa faktoro.
Malplena komparo de malsamaj pintaj temperaturoj
La supraj testoj indikas, ke la signifaj faktoroj, kiuj influas la kavaĵon de veldtavolo de QFN kaj ĉipo, estas refluxtempo kaj ŝtala retdikeco.
4 Plibonigo de kavaĵo per reflua veldado per lutaĵopasto
4.1DOE-testo por plibonigi veldan kavaĵon
La truo en la velda tavolo de QFN kaj ĉipo estis plibonigita per trovado de la optimuma valoro de la ĉefaj influaj faktoroj (reflua tempo kaj ŝtala retdikeco). La lutaĵpasto estis SAC305 tipo 4, la ŝtala retformo estis krada tipo (100% malfermogrado), la pinta forna temperaturo estis 260 ℃, kaj la aliaj testkondiĉoj estis la samaj kiel tiuj de la testekipaĵo. La DOE-testo kaj rezultoj estas montritaj en Tabelo 3. La influoj de ŝtala retdikeco kaj reflua tempo sur QFN kaj ĉipaj veldaj truoj estas montritaj en Figuro 12. Per la interaga analizo de la ĉefaj influaj faktoroj, oni trovis, ke uzante 100 μm ŝtalan retdikecon kaj 80-sekvan refluan tempon, oni povas signife redukti la veldan kavaĵon de QFN kaj ĉipo. La velda kavaĵofteco de QFN reduktiĝas de maksimume 27.8% al 16.1%, kaj la velda kavaĵofteco de ĉipo reduktiĝas de maksimume 20.5% al 14.5%.
En la testo, 1000 produktoj estis produktitaj sub optimumaj kondiĉoj (100 μm ŝtala maŝodikeco, 80 sekundoj da refluxtempo), kaj la velda kavaĵrapideco de 100 QFN kaj ĉipo estis hazarde mezurita. La averaĝa velda kavaĵrapideco de QFN estis 16.4%, kaj la averaĝa velda kavaĵrapideco de ĉipo estis 14.7%. La velda kavaĵrapideco de la ĉipo kaj la ĉipo estas evidente reduktita.
4.2 La nova procezo plibonigas la veldan kavaĵon
La efektiva produktada situacio kaj testo montras, ke kiam la areo de la velda kavaĵo ĉe la fundo de la ĉipo estas malpli ol 10%, la problemo de fendado en la ĉipokavaĵo ne okazos dum la plumba ligado kaj muldado. La procezparametroj optimumigitaj per DOE ne povas plenumi la postulojn de analizo kaj solvado de truoj en la konvencia refloveldado per lutaĵpasto, kaj la areo de la velda kavaĵo de la ĉipo bezonas esti plue reduktita.
Ĉar la ĉipo kovrita de la lutaĵo malhelpas la eliron de la gaso en la lutaĵo, la truofteco ĉe la fundo de la ĉipo estas plue reduktita per eliminado aŭ redukto de la lutaĵo kovrita gaso. Nova procezo de reflua veldado kun du lutaĵpasta presado estas adoptita: unu lutaĵpasta presado, unu refluado ne kovranta QFN kaj nuda ĉipo eliganta la gason en la lutaĵo; La specifa procezo de sekundara lutaĵpasta presado, flikaĵo kaj sekundara refluo estas montrita en Figuro 13.
Kiam la 75μm dika lutaĵpasto estas presita por la unua fojo, plejparto de la gaso en la lutaĵo sen ĉipa kovrilo eskapas de la surfaco, kaj la dikeco post refluo estas ĉirkaŭ 50μm. Post la kompletigo de la primara refluo, malgrandaj kvadratoj estas presitaj sur la surfaco de la malvarmigita solidigita lutaĵo (por redukti la kvanton de lutaĵpasto, redukti la kvanton de gasdisverŝiĝo, redukti aŭ elimini lutaĵŝprucaĵon), kaj la lutaĵpasto kun dikeco de 50 μm (la supre menciitaj testrezultoj montras, ke 100 μm estas la plej bona, do la dikeco de la sekundara presado estas 100 μm. 50 μm = 50 μm), poste instalu la ĉipon, kaj poste revenu tra 80 sekundoj. Preskaŭ ne estas truo en la lutaĵo post la unua presado kaj refluo, kaj la lutaĵpasto en la dua presado estas malgranda, kaj la velda truo estas malgranda, kiel montrite en Figuro 14.
Post du presaĵoj de lutaĵpasto, kava desegnaĵo
4.3 Konfirmo de velda kavaĵa efiko
Produktado de 2000 produktoj (la dikeco de la unua presŝtala reto estas 75 μm, la dikeco de la dua presŝtala reto estas 50 μm), aliaj kondiĉoj senŝanĝaj, hazarda mezurado de 500 QFN kaj la ofteco de veldado de la ĉipo, trovis, ke en la nova procezo post la unua refluo estas neniu kavaĵo, post la dua refluo QFN la maksimuma ofteco de veldado de la ĉipo estas 4.8%, kaj la maksimuma ofteco de veldado de la ĉipo estas 4.1%. Kompare kun la originala unu-pasta presvelda procezo kaj la DOE-optimumigita procezo, la velda kavaĵo estas signife reduktita, kiel montrite en Figuro 15. Neniuj ĉipofendetoj estis trovitaj post funkciaj testoj de ĉiuj produktoj.
5 Resumo
La optimumigo de la kvanto de presado de lutaĵpasto kaj la reflua tempo povas redukti la areon de la velda kavaĵo, sed la rapideco de la velda kavaĵo ankoraŭ restas granda. Uzante du teknikojn de refloveldado per lutaĵpasto, oni povas efike maksimumigi la rapidecon de la velda kavaĵo. La velda areo de nuda peceto de QFN-cirkvito povas esti 4,4 mm x 4,1 mm kaj 3,0 mm x 2,3 mm respektive en amasproduktado. La kavaĵa rapideco de refloveldado estas kontrolita sub 5%, kio plibonigas la kvaliton kaj fidindecon de la refloveldado. La esplorado en ĉi tiu artikolo provizas gravan referencon por plibonigi la problemon de velda kavaĵo ĉe grand-areaj veldaj surfacoj.
Afiŝtempo: 05-07-2023
