SMT uzas konvencian lutpaston aerrefluan veldan kavan analizon kaj solvon (2023 Essence Edition), vi meritas ĝin!
1. Enkonduko
En la cirkvitotabulo asembleo, lutpasto estas presita sur la cirkvittabulo lutkuseneto unue, kaj tiam diversaj elektronikaj komponantoj estas fiksitaj.Fine, post la reflua forno, la stanaj bidoj en la lutpasto estas fanditaj kaj ĉiaj elektronikaj komponantoj kaj la lut-kuseneto de la cirkvito estas velditaj kune por realigi la muntadon de elektraj submoduloj.surfacemounttechnology (sMT) estas ĉiam pli uzita en alt-densecaj pakaĵoj, kiel sistemo-nivelpakaĵo (siP), ballgridarray (BGA) aparatoj, kaj potenco nuda Peceto, kvadrata plata ping-malpli pakaĵo (quad aatNo-lead, referita kiel QFN). ) aparato.
Pro la karakterizaĵoj de lutpasta velda procezo kaj materialoj, post reflua veldado de ĉi tiuj grandaj lutsurfacaj aparatoj, estos truoj en la lutaĵo-veldareo, kiuj influos la elektrajn ecojn, termigajn ecojn kaj mekanikajn proprietojn de la produkto Performance, kaj eĉ konduki al produkto fiasko, do plibonigi la lutaĵo pasto reflow veldo kavo fariĝis procezo kaj teknika problemo kiu devas esti solvita, iuj esploristoj analizis kaj studis la kaŭzojn de BGA lutpilko veldo kavo, kaj provizis plibonigo solvoj, konvencia lutaĵo pasto refluo veldo procezo veldo areo de QFN pli granda ol 10mm2 aŭ veldo areo pli granda ol 6 mm2 la nuda blato solvo mankas.
Uzu Preformsolder-veldadon kaj malplenan refluan fornon-veldadon por plibonigi la veldan truon.Prefabrikita lutaĵo postulas specialan ekipaĵon por indiki fluon.Ekzemple, la blato estas kompensita kaj klinita grave post kiam la blato estas metita rekte sur la prefabrikitan lutaĵon.Se la flua munta blato estas refluo kaj tiam punkto, la procezo estas pliigita per du refluo, kaj la kosto de prefabrikita lutaĵo kaj flua materialo estas multe pli alta ol la lutpasto.
Malplena reflua ekipaĵo estas pli multekosta, la malplena kapablo de la sendependa vakua ĉambro estas tre malalta, la kosta rendimento ne estas alta, kaj la problemo de ŝprucado de stano estas grava, kio estas grava faktoro en la aplikado de alta denseco kaj malgranda tonalto. produktoj.En ĉi tiu artikolo, surbaze de la konvencia lutpasto-reflua velda procezo, nova malĉefa reflua velda procezo estas evoluigita kaj enkondukita por plibonigi la veldan kavon kaj solvi la problemojn de ligado kaj plasta sigelo krakado kaŭzita de velda kavo.
2 Solda pasto presa refluo veldo kavo kaj produktado mekanismo
2.1 Solda kavaĵo
Post reflua veldado, la produkto estis testita sub rentgenradio.La truoj en la velda zono kun pli hela koloro estis trovitaj esti pro nesufiĉa lutaĵo en la velda tavolo, kiel montrite en Figuro 1.
Rentgenfota detekto de la bobeltruo
2.2 Forma mekanismo de velda kavo
Prenante sAC305-lutpaston kiel ekzemplon, la ĉefa konsisto kaj funkcio estas montritaj en Tabelo 1. La fluo kaj stanaj bidoj estas kunligitaj en pastoformo.La pezproporcio de stana lutaĵo al fluo estas proksimume 9:1, kaj la volumena proporcio estas proksimume 1:1.
Post kiam la lutpasto estas presita kaj muntita kun diversaj elektronikaj komponentoj, la lutpasto suferos kvar stadiojn de antaŭvarmigo, aktivigo, refluo kaj malvarmigo kiam ĝi trapasos la refluan fornon.La stato de la lutpasto ankaŭ estas malsama kun malsamaj temperaturoj en malsamaj stadioj, kiel montrite en Figuro 2.
Profila referenco por ĉiu areo de reflua lutado
En la antaŭvarmigo kaj aktiviga stadio, la volatilaj komponentoj en la fluo en la lutpasto estos volatiligitaj en gason kiam varmigite.Samtempe, gasoj estos produktitaj kiam la oksido sur la surfaco de la velda tavolo estas forigita.Kelkaj el tiuj gasoj volatiliĝos kaj forlasos la lutpaston, kaj la lutperloj estos forte densigitaj pro la volatiligo de fluo.En la reflua etapo, la restanta fluo en la lutpasto rapide vaporiĝos, la stanaj bidoj degelos, malgranda kvanto da flua volatila gaso kaj la plej granda parto de la aero inter la stanaj bidoj ne estos disvastigita en la tempo, kaj la restaĵo en la refluo. fandita stano kaj sub la streĉiĝo de la fandita stano estas hamburgera sandviĉo-strukturo kaj estas kaptitaj de la cirkvito-tabulo lut-kuseneto kaj elektronikaj komponantoj, kaj la gaso envolvita en la likva stano malfacilas eskapi nur per la suprena flosemo La supra fanda tempo estas tre. mallonga.Kiam la fandita stano malvarmiĝas kaj fariĝas solida stano, poroj aperas en la velda tavolo kaj formiĝas luttruoj, kiel montrite en Figuro 3.
Skema diagramo de malpleno generita per lutpasto-refluoveldado
La radika kaŭzo de velda kavaĵo estas, ke la aero aŭ volatila gaso envolvita en la lutpasto post fandado ne estas tute eligita.La influaj faktoroj inkluzivas lutpastan materialon, lutpastan presan formon, lutpastan presan kvanton, refluan temperaturon, refluan tempon, veldan grandecon, strukturon ktp.
3. Konfirmo de influaj faktoroj de lutpasto presanta refluajn veldajn truojn
QFN kaj nudaj pecetaj testoj estis uzataj por konfirmi la ĉefajn kaŭzojn de refluaj veldaj malplenoj, kaj por trovi manierojn plibonigi la refluajn veldajn malplenojn presitajn per lutpasto.QFN kaj nuda blato lutpasto refluo velda produkto profilo estas montrita en Figuro 4, QFN velda surfaco grandeco estas 4.4mmx4.1mm, veldo surfaco estas stanita tavolo (100% pura stano);La velda grandeco de la nuda blato estas 3.0mmx2.3mm, la velda tavolo estas ŝprucita nikelo-vanadio bimetala tavolo, kaj la surfaca tavolo estas vanado.La velda kuseneto de la substrato estis senelektronika nikelo-paladio ora trempado, kaj la dikeco estis 0.4μm/0.06μm/0.04μm.SAC305-lutpasto estas uzata, la lutpasta presa ekipaĵo estas DEK Horizon APix, la reflua forna ekipaĵo estas BTUPyramax150N, kaj la x-radia ekipaĵo estas DAGExD7500VR.
QFN kaj nudaj pecetaj veldaj desegnaĵoj
Por faciligi komparon de testrezultoj, reflua veldado estis farita sub la kondiĉoj en Tabelo 2.
Reflua velda kondiĉotabelo
Post kiam surfacmuntado kaj reflua veldado estis finitaj, la velda tavolo estis detektita per Rentgenfoto, kaj estis trovita ke ekzistas grandaj truoj en la veldavolo ĉe la fundo de QFN kaj nuda blato, kiel montrite en Figuro 5.
QFN kaj Chip-Hologramo (Rentgenfota)
Ĉar la grandeco de ladperlo, la dikeco de ŝtalo, la rapideco de la malferma areo, la formo de ŝtalo, la tempo de refluo kaj la maksimuma temperaturo de la forno ĉiuj influos la malplenojn de la veldo de refluo, ekzistas multaj influaj faktoroj, kiuj estos rekte kontrolitaj de DOE-testo, kaj la nombro de eksperimentaj. grupoj estos tro grandaj.Necesas rapide ekzameni kaj determini la ĉefajn influfaktorojn per korelacia kompara testo, kaj poste plue optimumigi la ĉefajn influfaktorojn per DOE.
3.1 Dimensioj de luttruoj kaj lutpasto stadaj bidoj
Kun tipo3 (perlo grandeco 25-45 μm) SAC305 lutpasto testo, aliaj kondiĉoj restas senŝanĝaj.Post refluo, la truoj en la luttavolo estas mezuritaj kaj komparitaj kun tipo4 lutpasto.Estas trovite, ke la truoj en la luttavolo ne estas signife malsamaj inter la du specoj de lutpasto, indikante, ke la lutpasto kun malsama bidgrandeco havas neniun evidentan influon sur la truoj en la luttavolo, kio ne estas influfaktoro, kiel montrite en FIG.6 Kiel montrite.
Komparo de metalaj stanaj pulvortruoj kun malsamaj partiklograndecoj
3.2 Dikeco de velda kavo kaj presita ŝtala maŝo
Post refluo, la kava areo de la veldita tavolo estis mezurita per la presita ŝtala maŝo kun la dikeco de 50 μm, 100 μm kaj 125 μm, kaj aliaj kondiĉoj restis senŝanĝaj.Oni trovis, ke la efiko de malsama dikeco de ŝtala maŝo (luta pasto) sur QFN estis komparita kun tiu de la presita ŝtala maŝo kun la dikeco de 75 μm Ĉar la dikeco de la ŝtala maŝo pliiĝas, la kavareo iom post iom malpliiĝas malrapide.Post atingado de certa dikeco (100μm), la kavareo inversiĝos kaj komencos pliiĝi kun la pliiĝo de la dikeco de la ŝtala reto, kiel montrite en Figuro 7.
Ĉi tio montras, ke kiam la kvanto de lutpasto pliiĝas, la likva stano kun refluo estas kovrita de la blato, kaj la elirejo de resta aereskapo estas nur mallarĝa je kvar flankoj.Kiam la kvanto de lutpasto estas ŝanĝita, la elirejo de resta aereskapo ankaŭ pliiĝas, kaj la tuja eksplodo de aero envolvita en likva stano aŭ volatila gaso elfluanta likva stano kaŭzos likvan stanon ŝpruci ĉirkaŭ QFN kaj la blato.
La testo trovis, ke kun la pliiĝo de la dikeco de la ŝtala maŝo, ankaŭ pliiĝos la bobeleksplodo kaŭzita de elfluo de aero aŭ volatila gaso, kaj la probableco de stano ŝprucado ĉirkaŭ QFN kaj blato ankaŭ konforme pliiĝos.
Komparo de truoj en ŝtala maŝo de malsama dikeco
3.3 Areo-proporcio de velda kavo kaj ŝtala maŝo malfermo
La presita ŝtala maŝo kun la malferma indico de 100%, 90% kaj 80% estis provita, kaj aliaj kondiĉoj restis senŝanĝaj.Post refluo, la kavareo de la veldita tavolo estis mezurita kaj komparita kun la presita ŝtala maŝo kun la 100% malferma indico.Oni trovis, ke ne estis signifa diferenco en la kavo de la veldita tavolo sub la kondiĉoj de la malferma indico de 100% kaj 90% 80%, kiel montrite en Figuro 8.
Kavaĵa komparo de malsama malferma areo de malsama ŝtala maŝo
3.4 Velda kavaĵo kaj presita ŝtala maŝo formo
Kun la presa formo-testo de la lutpasto de strio b kaj klinita krado c, aliaj kondiĉoj restas senŝanĝaj.Post refluo, la kavareo de la velda tavolo estas mezurita kaj komparata kun la presa formo de krado a.Oni trovas, ke ne estas grava diferenco en la kavo de la velda tavolo sub la kondiĉoj de krado, strio kaj klinita krado, kiel montrite en Figuro 9.
Komparo de truoj en malsamaj malfermaj reĝimoj de ŝtala maŝo
3.5 Veldado kavo kaj refluo tempo
Post longedaŭra reflua tempo (70 s, 80 s, 90 s) testo, aliaj kondiĉoj restas senŝanĝaj, la truo en la velda tavolo estis mezurita post refluo, kaj kompare kun la reflua tempo de 60 s, oni trovis, ke kun la pliiĝo de reflua tempo, la velda truo-areo malpliiĝis, sed la redukta amplekso iom post iom malpliiĝis kun la pliiĝo de tempo, kiel montrite en Figuro 10. Ĉi tio montras, ke en la kazo de nesufiĉa reflua tempo, pliigi la refluan tempon estas favora al la plena superfluo de aero. envolvita en fandita likva stano, sed post kiam la refluo tempo pliiĝas al certa tempo, la aero envolvita en likva stano estas malfacile superflui denove.Reflua tempo estas unu el la faktoroj influantaj la veldan kavon.
Malplena komparo de malsamaj refluaj tempolongoj
3.6 Solda kavo kaj pinta forna temperaturo
Kun 240 ℃ kaj 250 ℃-pinta forna temperaturo-testo kaj aliaj kondiĉoj senŝanĝe, la kava areo de la veldita tavolo estis mezurita post refluo, kaj kompare kun 260 ℃-pinta forna temperaturo, oni trovis, ke sub malsamaj pintforna temperaturo-kondiĉoj, la kavo de la veldita tavolo de QFN kaj blato ne ŝanĝiĝis signife, kiel montrite en Figuro 11. Ĝi montras, ke malsama pinta forna temperaturo havas neniun evidentan efikon sur QFN kaj la truo en la velda tavolo de la blato, kiu ne estas influfaktoro.
Malplena komparo de malsamaj pinttemperaturoj
La supraj provoj indikas, ke la signifaj faktoroj influantaj la veldan tavolkavon de QFN kaj blato estas reflua tempo kaj ŝtala maŝo dikeco.
4 Solda pasto presa refluo veldo kavo plibonigo
4.1DOE-testo por plibonigi veldan kavon
La truo en la velda tavolo de QFN kaj blato estis plibonigita trovante la optimuman valoron de la ĉefaj influfaktoroj (refluotempo kaj ŝtala maŝo dikeco).La lutpasto estis SAC305-tipo4, la ŝtala reto-formo estis krada tipo (100% malfermgrado), la pinta forna temperaturo estis 260 ℃, kaj aliaj testaj kondiĉoj estis la samaj kiel tiuj de la testa ekipaĵo.DOE-testo kaj rezultoj estis montritaj en Tabelo 3. La influoj de ŝtala maŝo dikeco kaj reflua tempo sur QFN kaj pecetaj veldaj truoj estas montritaj en Figuro 12. Tra la interaga analizo de ĉefaj influaj faktoroj, Oni trovas, ke uzante 100 μm ŝtalmaŝo dikeco. kaj 80 s reflua tempo povas signife redukti la veldan kavon de QFN kaj blato.La velda kava indico de QFN estas reduktita de la maksimumo 27,8% al 16,1%, kaj la velda kava indico de blato estas reduktita de la maksimumo 20,5% al 14,5%.
En la testo, 1000 produktoj estis produktitaj sub la optimumaj kondiĉoj (100 μm ŝtalo maŝo dikeco, 80 s refluo tempo), kaj la velda kavaĵo indico de 100 QFN kaj blato estis hazarde mezurita.La averaĝa velda kava indico de QFN estis 16,4%, kaj la averaĝa velda kava indico de blato estis 14,7% La velda kava indico de la blato kaj la blato estas evidente reduktita.
4.2 La nova procezo plibonigas la veldan kavon
La reala produktadsituacio kaj testo montras, ke kiam la velda kava areo ĉe la fundo de la blato estas malpli ol 10%, la kraka problemo ne okazos dum la plumba ligado kaj muldado.La procezaj parametroj optimumigitaj de DOE ne povas plenumi la postulojn de analizo kaj solvado de la truoj en la konvencia lutpasto-reflua veldo, kaj la velda kava areo-indico de la blato devas esti plu reduktita.
Ĉar la peceto kovrita sur la lutaĵo malhelpas la gason en la lutaĵo eskapi, la truofteco ĉe la fundo de la peceto estas plue reduktita eliminante aŭ reduktante la lutkovritan gason.Nova procezo de reflua veldado kun du lutpasta presado estas adoptita: unu lutpasta presado, unu refluo ne kovranta QFN kaj nuda blato malŝarĝanta la gason en lutaĵo;La specifa procezo de malĉefa lutpasta presado, flikaĵo kaj malĉefa refluo estas montrita en Figuro 13.
Kiam la 75μm dika lutpasto estas presita unuafoje, la plej granda parto de la gaso en la lutaĵo sen blata kovrilo eskapas de la surfaco, kaj la dikeco post refluo estas ĉirkaŭ 50μm.Post la kompletiĝo de la primara refluo, malgrandaj kvadratoj estas presitaj sur la surfaco de la malvarmigita solidigita lutaĵo (por redukti la kvanton de lutpasto, redukti la kvanton de gasa disverŝado, redukti aŭ forigi lutŝprucon), kaj la lutpasto kun dikeco de 50 μm (la supraj testrezultoj montras, ke 100 μm estas la plej bona, do la dikeco de la malĉefa presado estas 100 μm.50 μm=50 μm), tiam instalu la blaton, kaj poste revenu tra 80 s.Estas preskaŭ neniu truo en la lutaĵo post la unua presado kaj refluo, kaj la lutpasto en la dua presado estas malgranda, kaj la velda truo estas malgranda, kiel montrite en Figuro 14.
Post du presadoj de lutpasto, kava desegnaĵo
4.3 Kontrolo de velda kava efiko
Produktado de 2000 produktoj (la dikeco de la unua presa ŝtalo maŝo estas 75 μm, la dikeco de la dua presa ŝtalo maŝo estas 50 μm), aliaj kondiĉoj senŝanĝaj, hazarda mezurado de 500 QFN kaj blato velda kava indico, trovis ke la nova procezo post la unua refluo neniu kavo, post la dua refluo QFN La maksimuma velda kava indico estas 4,8%, kaj la maksimuma velda kava indico de la blato estas 4,1%.Kompare kun la originala unu-pasta presa velda procezo kaj la DOE optimumigita procezo, la velda kavo estas signife reduktita, kiel montrite en Figuro 15. Neniu blato fendetoj estis trovitaj post funkciaj provoj de ĉiuj produktoj.
5 Resumo
La optimumigo de velda pasto presanta kvanto kaj reflua tempo povas redukti la veldan kavan areon, sed la velda kava indico estas ankoraŭ granda.Uzante du lutpaston presan refluan veldan teknikojn povas efike kaj maksimumigi la veldan kavan indicon.La velda areo de QFN-cirkvito nuda blato povas esti 4.4mm x4.1mm kaj 3.0mm x2.3mm respektive en amasproduktado La kava indico de reflua veldado estas kontrolita sub 5%, kio plibonigas la kvaliton kaj fidindecon de reflua veldo.La esplorado en ĉi tiu artikolo provizas gravan referencon por plibonigi la veldan kavan problemon de granda areo-velda surfaco.