SMT benotzt konventionell solder Paste Loft Reflow Schweess Kavitéit Analyse a Léisung (2023 Essence Edition), Dir verdéngt et!
1. Aleedung
An der Circuit Verwaltungsrot Assemblée, solder Paste ass éischt op der Circuit Verwaltungsrot solder Pad gedréckt, an dann verschidden elektronesch Komponente befestegt.Endlech, nom Reflowofen, ginn d'Zinnpärelen an der Lötpaste geschmolt an all Zorte vun elektronesche Komponenten an d'Solderpad vun der Circuitboard zesummegeschweest fir d'Versammlung vun elektresche Submodulen ze realiséieren.Surfacemounttechnology (sMT) gëtt ëmmer méi a High-Density Verpackungsprodukter benotzt, sou wéi System Level Package (siP), Ballgridarray (BGA) Geräter, a Power Bare Chip, Quad aatNo-Lead, als QFN bezeechent. ) Apparat.
Wéinst der Charakteristiken vun solder Paste Schweess Prozess a Materialien, no reflow Schweess vun dëse grousse solder Uewerfläch Apparater, wäert et Lächer am solder Schweess Beräich ginn, déi elektresch Eegeschafte Afloss wäert, thermesch Eegeschaften a mechanesch Eegeschafte vum Produit Leeschtung, an souguer zu Produit Echec féieren, dofir, der solder Paste reflow Schweess Kavitéit ze verbesseren ass e Prozess an technesch Problem ginn, datt geléist ginn muss, e puer Fuerscher hunn d'Ursaachen vun BGA solder Ball Schweess Kavitéit analyséiert a studéiert, a gëtt Verbesserung Léisungen, konventionell solder Paste reflow Schweess Prozess Schweess Beräich vun QFN méi grouss wéi 10mm2 oder Schweess Beräich méi wéi 6 mm2 d'bloe Chip Léisung feelt.
Benotzen Preformsolder Schweess a Vakuum reflux Schmelzhäre Schweess der Schweess Lach ze verbesseren.Prefabrizéiert solder erfuerdert speziell Ausrüstung fir de Flux ze weisen.Zum Beispill gëtt den Chip kompenséiert an eescht gekippt nodeems den Chip direkt op de prefabrizéierten Löt gesat gëtt.Wann de Flux Mount Chip reflow an dann Punkt ass, gëtt de Prozess vun zwee reflow erhéicht, an d'Käschte vun prefabrizéierten solder a Flux Material ass vill méi héich wéi de solder Paste.
Vakuum Reflux Ausrüstung ass méi deier, d'Vakuumkapazitéit vun der onofhängeger Vakuumkammer ass ganz niddereg, d'Käschteleistung ass net héich, an den Zinn-Spritproblem ass eescht, wat e wichtege Faktor bei der Uwendung vu Héichdicht a klenge Pitch ass. Produiten.An dësem Pabeier, baséiert op der konventioneller solder Paste reflow Schweess Prozess, ass en neie Secondaire reflow Schweess Prozess entwéckelt an agefouert der Schweess Kavitéit ze verbesseren an d'Problemer vun Bindung a Plastik Sigel Rëss verursaacht duerch Schweess Kavitéit léisen.
2 Solder Paste Dréckerei reflow Schweess Kavitéit a Produktioun Mechanismus
2.1 Schweess Kavitéit
Nom Reflow-Schweißen gouf d'Produkt ënner Röntgen getest.D'Lächer an der Schweesszone mat méi liichter Faarf goufen fonnt wéinst net genuch Löt an der Schweessschicht, wéi an der Figur 1.
Röntgendetektioun vum Bubble Lach
2.2 Formatioun Mechanismus vun Schweess Kavitéit
Huelt sAC305 solder Paste als Beispill, d'Haapt Zesummesetzung a Funktioun sinn an Table 1. D'Flux an Zinn Perlen sinn zesummen an Paste Form gebonnen.D'Gewiicht Verhältnis vun Zinn solder zu Flux ass ongeféier 9: 1, an de Volume Verhältnis ass ongeféier 1: 1.
Nodeems d'Lötpaste gedréckt a montéiert ass mat verschiddenen elektronesche Komponenten, wäert d'Lötpaste véier Etappe vu Virheizung, Aktivatioun, Reflux a Ofkillung erliewen wann et duerch de Refluxofen passéiert.Den Zoustand vun der solder Paste ass och anescht mat verschiddenen Temperaturen a verschiddene Stadien, wéi an der Figur 2 gewisen.
Profil Referenz fir all Beräich vun reflow soldering
An der Virheizung an der Aktivéierungsstadium ginn déi liichtflüchteg Komponenten am Flux an der Lötpaste a Gas verflüchtegt wann se erhëtzt ginn.Zur selwechter Zäit ginn Gase produzéiert wann d'Oxid op der Uewerfläch vun der Schweessschicht ewechgeholl gëtt.E puer vun dëse Gase wäerte flüchten an d'Lötpaste verloossen, an d'Solderpärelen ginn duerch d'Verflüchtung vum Flux enk kondenséiert.An der Refluxstadium wäert de verbleiwen Flux an der Lötpaste séier verdampen, d'Zinnpärelen schmëlzen, eng kleng Quantitéit vu Flux liichtflüchtege Gas an de gréissten Deel vun der Loft tëscht den Zinnpärelen gëtt net an der Zäit verspreet, an de Rescht am geschmollte Zinn an ënner der Spannung vun der geschmollte Zinn sinn Hamburger Sandwich Struktur a gi vum Circuit Board solder Pad an elektronesch Komponenten gefaangen, an de Gas gewéckelt an der flësseger Zinn ass schwéier ze entkommen nëmmen duerch den Upward Buoyancy Déi iewescht Schmelzzäit ass ganz kuerz.Wann d'geschmollte Zinn ofkillt a fest Zinn gëtt, erschéngen Poren an der Schweißschicht an d'Löt Lächer ginn geformt, wéi an der Figur 3.
Schematesch Diagramm vun Void generéiert duerch solder Paste reflow Schweess
D'Haaptursaach vum Schweißhuelraum ass datt d'Loft oder liichtflüchtege Gas, déi an der Lötpaste gewéckelt ass nom Schmelz, net komplett entlooss gëtt.D'Afloss Faktoren och solder Paste Material, solder Paste Dréckerei Form, solder Paste Dréckerei Betrag, reflux Temperatur, reflux Zäit, Schweess Gréisst, Struktur an sou op.
3. Verifikatioun vun Afloss Faktoren vun solder Paste Dréckerei reflow Schweess Lächer
QFN a Bare Chip Tester goufen benotzt fir d'Haaptursaachen vun de Reflow Schweess Void ze bestätegen, a Weeër ze fannen fir d'Reflow Schweess Voids gedréckt duerch solder Paste ze verbesseren.QFN an blo Chip solder Paste reflow Schweess Produit Profil ass an der Figur 4 gewisen, QFN Schweess Uewerfläch Gréisst ass 4.4mmx4.1mm, Schweess Uewerfläch ass tinned Layer (100% reng Zinn);D'Schweißgréisst vum bloe Chip ass 3.0mmx2.3mm, d'Schweißschicht ass sputtered Nickel-Vanadium bimetallesch Schicht, an d'Uewerflächeschicht ass Vanadium.D'Schweißpad vum Substrat war elektrolos Nickel-Palladium-Gold-Dipping, an d'Dicke war 0.4μm/0.06μm/0.04μm.SAC305 solder Paste gëtt benotzt, d'Löt Paste Dréckerei ass DEK Horizon APix, d'Reflux Uewen Ausrüstung ass BTUPyramax150N, an d'Röntgenausrüstung ass DAGExD7500VR.
QFN an Bare Chip Schweess Zeechnungen
Fir de Verglach vun den Testresultater z'erliichteren, gouf d'Reflow-Schweißen ënner de Bedéngungen an der Tabell 2 gemaach.
Reflow Schweess Zoustand Dësch
Nodeem d'Uewerflächmontage an d'Reflow-Schweißen ofgeschloss goufen, gouf d'Schweißschicht duerch Röntgen festgestallt, an et gouf festgestallt datt et grouss Lächer an der Schweißschicht um Enn vum QFN a bloe Chip waren, wéi an der Figur 5.
QFN a Chip Hologramm (Röntgen)
Zënter Zinnperlegréisst, Stahlmesh-Dicke, Ouverturesgebittsquote, Stahlmesh-Form, Refluxzäit an Héichuewentemperatur all d'Reflow-Schweißleer beaflossen, ginn et vill Aflossfaktoren, déi direkt vum DOE Test verifizéiert ginn, an d'Zuel vun den experimentellen Gruppen wäerten ze grouss sinn.Et ass néideg fir séier d'Haaptaflossfaktoren duerch Korrelatiounsvergleichstest ze screenen an ze bestëmmen, an dann d'Haaptaflossfaktoren duerch DOE weider ze optimiséieren.
3.1 Dimensiounen vun solder Lächer an solder Paste Tinn Perlen
Mat Type3 (Perlegréisst 25-45 μm) SAC305 Solder Paste Test, bleiwen aner Konditiounen onverännert.Nom Reflow ginn d'Lächer an der Solderschicht gemooss a verglach mat Type4 Solderpaste.Et gëtt festgestallt datt d'Lächer an der Lötschicht net wesentlech ënnerscheeden tëscht den zwou Aarte vu Lötpaste, wat beweist datt d'Lötpaste mat enger anerer Kugelgréisst keen offensichtlechen Afloss op d'Lächer an der Lötschicht huet, wat keen Aflossfaktor ass, wéi an Fig.6 Wéi gewisen.
Verglach vu metallesche Zinnpulver Lächer mat verschiddene Partikelgréissten
3.2 Décke vun Schweess Kavitéit a gedréckt Stol Mesh gemaach
Nom Reflow gouf de Kavitéitsgebitt vun der verschweißter Schicht mat dem gedréckte Stahlmesh mat der Dicke vu 50 μm, 100 μm an 125 μm gemooss, an aner Konditioune bleiwen onverännert.Et gouf festgestallt, datt den Effekt vun der ënnerschiddlecher Dicke vu Stahlmesh (Solder Paste) op QFN mat deem vum gedréckte Stahlmesh mat der Dicke vu 75 μm verglach gouf.Nodeems Dir eng gewëssen Dicke (100μm) erreecht hutt, wäert d'Kavitéitsgebitt ëmgedréint ginn a fänkt un mat der Erhéijung vun der Dicke vum Stahlmesh erop, wéi an der Figur 7.
Dëst weist, datt wann d'Quantitéit vun solder Paste erhéicht gëtt, gëtt d'flësseg Zinn mat Reflux vum Chip ofgedeckt, an d'Ofdreiwung vun der Reschter Loftflücht ass nëmmen op véier Säiten schmuel.Wann d'Quantitéit vun der solder Paste geännert gëtt, gëtt d'Outlet vun der Reschtloftflüchtung och erhéicht, an den direkten Ausbroch vun der Loft, déi a flëssege Zinn gewéckelt ass oder flüchtege Gas flüchtegt flësseg Zinn, wäert flësseg Zinn ronderëm QFN an den Chip sprëtzen.
Den Test huet festgestallt, datt mat der Erhéijung vun der Dicke vum Stahlmesh, d'Bubble Burst verursaacht duerch d'Flüchtling vu Loft oder liichtflüchtege Gas wäert och eropgoen, an d'Wahrscheinlechkeet fir Zinn ze sprëtzen ronderëm QFN an Chip wäert och entspriechend eropgoen.
Verglach vu Lächer am Stahlmesh vu verschiddene Dicke
3.3 Area Verhältnis vun Schweess Kavitéit a Stol Mesh Ouverture
D'gedréckt Stol Mesh gemaach mat der Ouverture Taux vun 100%, 90% an 80% getest, an aner Konditiounen onverännert bliwwen.Nom Reflow gouf de Kavitéitsgebitt vun der verschweißter Schicht gemooss a verglach mat dem gedréckte Stahlmesh mat der 100% Ouvertureszäit.Et gouf festgestallt, datt et kee groussen Ënnerscheed an der Kavitéit vun der verschweißter Schicht ënner de Bedéngungen vun der Ouverture vun 100% an 90% 80% war, wéi an der Figur 8.
Huelraim Verglach vun verschidden Ouverture Beräich vun verschiddene Stol Mesh gemaach
3.4 Geschweest Kavitéit a gedréckte Stahlmesh Form
Mat der Dréckerform Test vun der solder Paste vun Sträif b an Schréiegt Gitter c, bleiwen aner Konditiounen onverännert.Nom Reflow gëtt de Kavitéitsgebitt vun der Schweißschicht gemooss a verglach mat der Drockform vum Gitter a.Et gëtt festgestallt datt et kee groussen Ënnerscheed an der Kavitéit vun der Schweißschicht ënner de Bedéngungen vum Gitter, Sträif a Schréiegt Gitter ass, wéi an der Figur 9.
Verglach vu Lächer a verschiddene Ëffnungsmodi vu Stahlmesh
3.5 Schweess Kavitéit an reflux Zäit
No längerer Refluxzäit (70 s, 80 s, 90 s) Test bleiwen aner Konditiounen onverännert, d'Lach an der Schweißschicht gouf nom Reflux gemooss, a verglach mat der Refluxzäit vu 60 s gouf festgestallt datt mat der Erhéijung vun reflux Zäit, der Schweess Lach Beräich ofgeholl, mä d'Reduktioun Amplitude graduell mat der Erhéijung vun Zäit ofgeholl, wéi an der Figur 10. Dëst weist, datt am Fall vun net genuch reflux Zäit, d'Erhéijung vun der reflux Zäit zu der voller Iwwerschwemmung vun Loft führend ass. a geschmollte flëssege Zinn gewéckelt, awer nodeems d'Refluxzäit op eng gewëssen Zäit eropgeet, ass d'Loft, déi a flëssege Zinn gewéckelt ass, schwéier erëm ze iwwerlafen.Refluxzäit ass ee vun de Faktoren, déi d'Schweißhuelraum beaflossen.
Void Verglach vu verschiddene reflux Zäit Längt
3.6 Schweess Kavitéit an Héichiewe Temperatur
Mat 240 ℃ an 250 ℃ Peak Uewen Temperatur Test an aner Konditiounen onverännert, de Kavitéit Beräich vun der geschweißten Schicht war no Reflow gemooss, a Verglach mat 260 ℃ Peak Schmelzhäre Temperatur, gouf festgestallt, datt ënner verschiddenen Héichiewe Temperatur Konditiounen, de Kavitéit vun der Bearbechtung Layer vun QFN an Chip net vill geännert, wéi an der Figur gewisen 11. Et weist, datt verschidde Biergspëtzten Uewen Temperatur keen offensichtlechen Effekt op QFN an d'Lach an der Schweess Layer vun der Chip huet, déi net en Afloss Faktor ass.
Void Verglach vu verschiddene Spëtztemperaturen
Déi uewe genannte Tester weisen datt déi bedeitend Faktoren, déi d'Schweißschichthuelraum vu QFN a Chip beaflossen, d'Refluxzäit an d'Stahlmesh-Dicke sinn.
4 Solder Paste Dréckerei reflow Schweess Kavitéit Verbesserung
4.1DOE Test fir d'Schweißkavitéit ze verbesseren
D'Lach an der Schweessschicht vu QFN a Chip gouf verbessert andeems den optimale Wäert vun den Haaptaflossfaktoren (Refluxzäit a Stahlmeshdicke) fonnt gouf.D'Lötpaste war SAC305 Type4, d'Stahlmesh-Form war Gittertyp (100% Ouverturesgrad), d'Spëtzttemperatur vun der Uewen war 260 ℃, an aner Testbedéngungen waren d'selwecht wéi déi vun der Testausrüstung.DOE Test a Resultater goufen an Table 3. D'Afloss vun Stol Mesh gemaach deck an reflux Zäit op QFN an Chip Schweess Lächer sinn an der Figur gewisen 12. Duerch d'Interaktioun Analyse vun Haapt Afloss Faktoren, Et gëtt festgestallt, datt benotzt 100 μm Stol Mesh gemaach deck an 80 s reflux Zäit kann de Schweess Kavitéit vun QFN an Chip bedeitend reduzéieren.D'Schweißkavitéitsquote vum QFN gëtt vum Maximum vun 27,8% op 16,1% reduzéiert, an d'Schweißhautrate vum Chip gëtt vum Maximum vun 20,5% op 14,5% reduzéiert.
Am Test goufen 1000 Produkter ënner optimal Bedéngungen produzéiert (100 μm Stahlmesh-Dicke, 80 s Refluxzäit), an d'Schweißhautrate vun 100 QFN an de Chip gouf zoufälleg gemooss.Der Moyenne Schweess Kavitéit Taux vun QFN war 16,4%, an der Moyenne Schweess Kavitéit Taux vun Chip war 14,7%.
4.2 Den neie Prozess verbessert d'Schweißhuelraum
Déi aktuell Produktiounssituatioun an Test weisen datt wann d'Schweißhuelraumgebitt um Enn vum Chip manner wéi 10% ass, wäert d'Knachproblem vum Chip Huelraim Positioun net während der Leadverbindung a Schimmel optrieden.D'Prozessparameter optiméiert vun DOE kënnen net den Ufuerderunge fir d'Analyse an d'Léisung vun de Lächer an der konventioneller Solderpaste-Reflow-Schweißen entspriechen, an d'Schweißkavitéitsgebittrate vum Chip muss weider reduzéiert ginn.
Zënter datt den Chip, deen op der Löt bedeckt ass, verhënnert datt de Gas am Löt entkommt, gëtt d'Lachrate um Enn vum Chip weider reduzéiert andeems d'Lötbeschichtete Gas eliminéiert oder reduzéiert gëtt.En neie Prozess vu Reflow-Schweißen mat zwee Solderpaste-Dréckerei gëtt ugeholl: eng Solder-Paste-Dréckerei, een Reflow net deckt QFN a bloe Chip, deen de Gas am Löt entléisst;De spezifesche Prozess vum Secondaire Solder Paste Dréckerei, Patch a Secondaire Reflux gëtt an der Figur 13 gewisen.
Wann d'75μm décke Solderpaste fir d'éischte Kéier gedréckt gëtt, flücht de gréissten Deel vum Gas am Solder ouni Chipdeckung vun der Uewerfläch, an d'Dicke nom Reflux ass ongeféier 50μm.No der Fäerdegstellung vum primäre Reflux gi kleng Quadrate op der Uewerfläch vum gekillte verstäerkten Löt gedréckt (fir d'Quantitéit vun der Lötpaste ze reduzéieren, d'Quantitéit vum Gasspillover ze reduzéieren, d'Lötspatter ze reduzéieren oder ze eliminéieren), an d'Lötpaste mat eng Dicke vun 50 μm (déi uewe genannte Testresultater weisen datt 100 μm am beschten ass, sou datt d'Dicke vum sekundären Drock 100 μm.50 μm = 50 μm ass), dann den Chip installéieren, an dann zréck duerch 80 s.Et gëtt bal kee Lach an der solder no der éischter Dréckerei an reflow, an der solder Paste an der zweeter Dréckerei ass kleng, an der Schweess Lach ass kleng, wéi an der Figur 14 gewisen.
No zwee Dréckerei vun solder Paste, huel Zeechnen
4.3 Verifizéierung vum Schweesskavitéitseffekt
Produktioun vun 2000 Produiten (d'Dicke vun der éischter Dréckerei Stol Mesh gemaach ass 75 μm, d'Dicke vun der zweeter Dréckerei Stol Mesh gemaach ass 50 μm), aner Konditiounen onverännert, zoufälleg Miessung vun 500 QFN an Chip Schweess Kavitéit Taux, fonnt dass den neie Prozess no der éischter reflux kee Kavitéit, no der zweeter reflux QFN Déi maximal Schweess Kavitéit Taux ass 4,8%, an déi maximal Schweess Kavitéit Taux vun der Chip ass 4,1%.Am Verglach mat der ursprénglecher Single-Paste-Drock-Schweißprozess an dem DOE-optimiséierte Prozess ass d'Schweißhuelraim wesentlech reduzéiert, wéi an der Figur 15. Kee Chip-Rëss goufen no funktionell Tester vun alle Produkter fonnt.
5 Resumé
D'Optimisatioun vun solder Paste Dréckerei Betrag an reflux Zäit kann de Schweess Kavitéit Beräich reduzéieren, mä de Schweess Kavitéit Taux ass nach grouss.Mat zwee solder Paste Dréckerei Reflow Schweess Techniken kann effektiv an de Schweess Kavitéit Taux maximéieren.D'Schweißberäich vum QFN Circuit Bare Chip kann 4.4mm x4.1mm an 3.0mm x2.3mm respektiv an der Masseproduktioun sinn.D'Fuerschung an dësem Pabeier gëtt eng wichteg Referenz fir d'Verbesserung vun der Schweess Kavitéit Problem vun grouss Fläch Schweess Uewerfläch.