SMT-k soldadura-pasta konbentzionala erabiltzen du aire-errefluxua soldadura-barrunbeen azterketa eta irtenbidea (2023 Essence Edition), merezi duzu!
1. Sarrera
Zirkuitu-plakaren muntaian, soldadura-pasta zirkuitu-plakako soldadura-kustilean inprimatzen da lehenik, eta, ondoren, hainbat osagai elektroniko jartzen dira.Azkenik, errefluxu-labearen ondoren, soldadura-pastako eztainu-aleak urtu egiten dira eta mota guztietako osagai elektronikoak eta zirkuitu-plakaren soldadura-padak elkarrekin soldatzen dira azpimodulu elektrikoen muntaketa egiteko.surfacemounttechnology (sMT) gero eta gehiago erabiltzen da dentsitate handiko ontziratzeko produktuetan, hala nola, sistema-mailako paketeetan (siP), ballgridarray (BGA) gailuetan eta power bare Chip, karratu lauan pin gabeko paketeetan (quad aatNo-lead, QFN izenarekin aipatzen dena). ) gailua.
Soldadura-pasten soldadura-prozesuaren eta materialen ezaugarriak direla eta, soldadura-gainazaleko gailu handi hauen refluxua soldatu ondoren, soldadura-soldatzeko eremuan zuloak egongo dira, eta horrek produktuaren propietate elektrikoetan, propietate termikoetan eta propietate mekanikoetan eragingo du Errendimendua, eta nahiz eta produktuaren porrota ekarri, beraz, soldadura-pasta reflow soldadura barrunbea hobetzeko prozesu eta arazo tekniko bat bihurtu da konpondu beharrekoa, ikertzaile batzuek BGA soldadura bola soldadura barrunbearen kausak aztertu eta aztertu dituzte, eta hobekuntza irtenbideak eman dituzte, ohiko soldadura. itsatsi reflow soldadura-prozesua QFN soldadura-eremua 10mm2 baino handiagoa edo soldadura-eremua 6 mm2 baino handiagoa txip biluzi irtenbidea falta da.
Erabili Preformsolder soldadura eta hutsean errefluxu-labearen soldadura soldadura-zuloa hobetzeko.Aurrefabrikatutako soldadurak ekipamendu bereziak behar ditu fluxua apuntatzeko.Esate baterako, txipa desplazatu eta okertu egiten da, txipa aurrez fabrikatutako soldaduraren gainean zuzenean jarri ondoren.Fluxua muntatzeko txipa birfluxua eta gero puntua bada, prozesua bi birfluxu handitzen da, eta soldadura aurrefabrikatuaren eta fluxuaren materialaren kostua soldadura-pasta baino askoz handiagoa da.
Hutseko errefluxu ekipamendua garestiagoa da, huts-ganbera independentearen huts-ahalmena oso baxua da, kostuaren errendimendua ez da altua eta eztainuaren zipriztinak arazo larria da, eta hori dentsitate handiko eta eremu txikiko aplikazioan faktore garrantzitsua da. produktuak.Artikulu honetan, soldadura-pasta errefluxuaren ohiko soldadura-prozesuan oinarrituta, bigarren mailako errefluxu-soldadura-prozesu berri bat garatu eta sartzen da soldadura-barrunbea hobetzeko eta soldadura-barrunbeak eragindako lotura eta plastikozko zigiluaren pitzadura arazoak konpontzeko.
2 Soldadura-pasta inprimatzeko reflow soldadura barrunbea eta ekoizpen-mekanismoa
2.1 Soldatzeko barrunbea
Reflow soldadura ondoren, produktua X izpien azpian probatu zen.Kolore argiagoko soldadura-eremuko zuloak soldadura-geruzan behar adina soldadura ez zirela ikusi zen, 1. irudian ikusten den moduan.
Burbuila-zuloaren X izpien detekzioa
2.2 Soldadura-barrunbea eratzeko mekanismoa
sAC305 soldadura-pasta adibide gisa hartuta, konposizio eta funtzio nagusia 1. taulan ageri dira. Fluxua eta eztainu-aleak pasta forman lotzen dira.Eztainuaren soldaketaren eta fluxuaren pisu-erlazioa 9:1 ingurukoa da eta bolumen-erlazioa 1:1 ingurukoa da.
Soldadura-pasta hainbat osagai elektronikorekin inprimatu eta muntatu ondoren, soldadura-pasta lau fase jasango ditu errefluxu-labetik igarotzean, aurreberotze, aktibazio, errefluxu eta hozte.Soldadura-pastaren egoera ere desberdina da fase desberdinetan tenperatura ezberdinekin, 2. Irudian ikusten den bezala.
Reflow soldadura eremu bakoitzeko profilaren erreferentzia
Aurreberotze eta aktibazio fasean, soldadura-pasten fluxuan dauden osagai lurrunkorrak gas bihurtuko dira berotzean.Aldi berean, soldadura-geruzaren gainazaleko oxidoa kentzean gasak sortuko dira.Gas horietako batzuk lurrundu egingo dira eta soldadura-pasta utziko dute, eta soldadura-aleak estuki kondentsatu egingo dira fluxuaren hegazkortasunaren ondorioz.Errefluxu-etapan, soldadura-pastean geratzen den fluxua azkar lurrunduko da, eztainu-aleak urtuko dira, fluxu-gas lurrunkorren kantitate txiki bat eta eztainu-aleen arteko aire gehiena ez da denboran barreiatuko, eta hondar-hondarra. eztainu urtua eta lata urtuaren tentsioaren azpian hanburgesa ogitarteko egitura dira eta zirkuitu plakako soldadura-kustilek eta osagai elektronikoek harrapatzen dute, eta lata likidoan bildutako gasa zaila da goranzko flotazioarengatik soilik ihes egitea. Goiko urtze-denbora oso da. laburra.Urtutako eztainua hoztu eta eztainu solido bihurtzen denean, soldadura-geruzan poroak agertzen dira eta soldadura-zuloak sortzen dira, 3. Irudian ikusten den moduan.
Soldadura-pasten reflow soldaketak sortutako hutsunearen diagrama eskematikoa
Soldadura-barrunbearen arrazoi nagusia urtu ondoren soldadura-pastan bildutako airea edo gas lurrunkorra ez dela guztiz deskargatzen da.Eragin faktoreen artean, soldadura-pasta materiala, soldadura-pasta inprimatzeko forma, soldadura-pasta inprimatzeko zenbatekoa, errefluxu-tenperatura, errefluxu-denbora, soldadura-tamaina, egitura eta abar daude.
3. Soldadura-pasta inprimatzeko reflow soldadura-zuloen eragin-faktoreen egiaztapena
QFN eta txip biluzik probak erabili ziren errefluxuaren soldadura-hutsuneen kausa nagusiak baieztatzeko, eta soldadura-pasta bidez inprimatutako reflow soldadura-hutsak hobetzeko moduak aurkitzeko.QFN eta txip biluzi soldadura-pasta reflow soldadura produktuaren profila 4. irudian erakusten da, QFN soldadura gainazalaren tamaina 4,4 mmx4,1 mm da, soldadura-azalera lauta geruza da (% 100 lata hutsa);Txip biluziaren soldadura-tamaina 3,0 mmx2,3 mm-koa da, soldadura-geruza nikel-banadio geruza bimetalikoa da eta gainazaleko geruza banadioa da.Substratuaren soldadura-kutxa elektrorik gabeko nikel-paladio urrezko murgilketa zen eta lodiera 0,4μm/0,06μm/0,04μm zen.SAC305 soldadura-pasta erabiltzen da, soldadura-pasta inprimatzeko ekipoa DEK Horizon APix da, errefluxu-labe-ekipoa BTUPyramax150N da eta x izpien ekipamendua DAGExD7500VR da.
QFN eta txirbil biluzien soldadura-planoak
Proben emaitzen konparaketa errazteko, 2. taulako baldintzetan egin da reflow soldadura.
Reflow soldadura egoera taula
Gainazaleko muntaketa eta reflow soldadura amaitu ondoren, soldadura-geruza X izpien bidez detektatu zen, eta soldadura-geruzan zulo handiak zeudela aurkitu zen QFNren behealdean eta txip biluzik, 5. Irudian ikusten den moduan.
QFN eta txip holograma (X izpiak)
Eztauzko aleen tamainak, altzairuzko sarearen lodiera, irekitze-eremuaren tasa, altzairuzko sarearen forma, errefluxu-denbora eta labearen tenperatura gorenak errefluxuaren soldadura hutsuneetan eragina izango dutenez, faktore asko daude, DOE probak zuzenean egiaztatuko dituena eta esperimentu-kopurua. taldeak handiegiak izango dira.Beharrezkoa da korrelazio-konparazio probaren bidez eragin-faktore nagusiak azkar aztertu eta zehaztea, eta gero DOE-ren bidez eragin-faktore nagusiak optimizatu.
3.1 Soldadura-zuloen eta soldadura-pasta eztainu-aleen neurriak
3 motako (25-45 μm-ko aleen tamaina) SAC305 soldadura-pasta probarekin, beste baldintza batzuk ez dira aldatu.Berreskuratu ondoren, soldadura-geruzaren zuloak neurtzen dira eta 4 motako soldadura-pastarekin alderatzen dira.Soldadura-geruzaren zuloak ez direla nabarmen desberdintzen soldadura-pasta bi motaren artean, aleen tamaina desberdineko soldadura-pastak ez duela eragin nabaririk soldadura-geruzaren zuloetan, eta horrek ez du eraginik faktore bat. IRUDIAN erakusten den bezala.6 Ikusten den bezala.
Partikula-tamaina ezberdineko metalezko eztainu-hauts zuloen konparazioa
3.2 Soldadura-barrunbearen eta inprimatutako altzairu-sarearen lodiera
Birfluxuaren ondoren, soldatutako geruzaren barrunbearen eremua 50 μm, 100 μm eta 125 μm-ko lodiera duen altzairuzko sare inprimatuarekin neurtu zen, eta beste baldintza batzuk aldatu gabe geratu ziren.Altzairu-sarearen (soldadura-pasta) QFN-n duten lodiera desberdinen eragina 75 μm-ko lodiera duen inprimatutako altzairu-sarearenarekin alderatu zela aurkitu zen, altzairu-sarearen lodiera handitzen den heinean, barrunbearen eremua pixkanaka-pixkanaka murrizten da.Lodiera jakin batera (100μm) lortu ondoren, barrunbearen eremua alderantzikatu egingo da eta altzairu-sarearen lodiera handitu ahala handitzen hasiko da, 7. Irudian ikusten den moduan.
Honek erakusten du soldadura-pasta kopurua handitzen denean, errefluxua duen lata likidoa txipak estaltzen duela eta hondar-airearen ihesaren irteera lau aldetan soilik estua dela.Soldadura-pasta-kopurua aldatzen denean, hondar aire-ihesaren irteera ere handitu egiten da, eta eztainu likidoan edo lata likidotik irteten den gas lurrunkorrez bildutako airearen berehalako leherketak QFN eta txiparen inguruan zipriztinduko du.
Probak aurkitu du altzairuzko sarearen lodiera handitzean, airearen edo gas lurrunkorren ihesak eragindako burbuilen eztanda ere handituko dela eta QFN eta txiparen inguruan eztainua zipriztintzeko probabilitatea ere handituko da.
Lodiera ezberdineko altzairuzko sareko zuloen konparaketa
3.3 Soldadura-barrunbearen eta altzairuzko sarearen irekieraren eremu-erlazioa
% 100, % 90 eta % 80ko irekiera-tasa duen altzairuzko sare inprimatua probatu zen, eta beste baldintza batzuk aldatu gabe geratu ziren.Birfluxuaren ondoren, soldatutako geruzaren barrunbearen azalera neurtu eta inprimatutako altzairuzko sarearekin alderatu zen, %100eko irekiera-tasarekin.Soldatutako geruzaren barrunbean ez zegoela alde handirik aurkitu zen % 100 eta % 90 % 80ko irekiera-tasa baldintzetan, 8. Irudian erakusten den moduan.
Altzairuzko sare desberdinen irekiera-eremu ezberdinen barrunbeen alderaketa
3.4 Soldatutako barrunbea eta inprimatutako altzairuzko sarearen forma
b zerrendako soldadura-pastearen inprimaketa-formaren probarekin eta c sarea inklinatuarekin, beste baldintza batzuk ez dira aldatu.Birfluxuaren ondoren, soldadura-geruzaren barrunbearen eremua neurtzen da eta a saretaren inprimatze-formarekin alderatzen da.Soldadura-geruzaren barrunbean ez dagoela alde handirik ikusten da sareta, banda eta sareta inklinatuaren baldintzetan, 9. Irudian ikusten den moduan.
Altzairuzko sareen irekiera-modu desberdinetako zuloen konparaketa
3.5 Soldadura-barrunbea eta errefluxu-denbora
Errefluxu-denbora luzearen ondoren (70 s, 80 s, 90 s) probaren ondoren, beste baldintza batzuk ez dira aldatu, soldadura-geruzaren zuloa errefluxuaren ondoren neurtu zen, eta 60 s-ko errefluxu-denborarekin alderatuta, aurkitu zen handituz. errefluxu-denbora, soldadura-zuloaren eremua gutxitu egin zen, baina murrizketa-anplitudea pixkanaka-pixkanaka gutxitzen joan zen denboraren gehikuntzarekin, 10. Irudian erakusten den moduan. Honek erakusten du errefluxu-denbora nahikoa ez dagoenean, errefluxu-denbora handitzea airearen gainezka osoa dela eta. urtutako eztainu likidoan bilduta, baina errefluxu-denbora denbora jakin batera handitu ondoren, lata likidoan bildutako airea zaila da berriro gainezkatzea.Errefluxu-denbora soldadura-barrunbean eragiten duten faktoreetako bat da.
Errefluxu-denboraren iraupen ezberdinen hutsuneen konparaketa
3.6 Soldadura-barrunbea eta labearen tenperatura gorena
240 ℃ eta 250 ℃ gailurreko labearen tenperatura probarekin eta beste baldintza batzuk aldatu gabe, soldatutako geruzaren barrunbearen eremua birfluxuaren ondoren neurtu zen, eta 260 ℃ labearen gailurreko tenperaturarekin alderatuta, aurkitu zen labearen tenperatura gailurreko baldintza desberdinetan, barrunbea. QFN eta txiparen soldatutako geruza ez zen nabarmen aldatu, 11. Irudian erakusten den moduan. Labearen tenperatura gailur desberdinak QFNn eta txiparen soldadura-geruzaren zuloan eragin nabarmenik ez duela erakusten du, eta horrek ez du eraginik faktore bat.
Tenperatura gailur desberdinen hutsunea alderatzea
Goiko probek adierazten dute QFN eta txiparen soldadura-geruzaren barrunbean eragiten duten faktore esanguratsuak errefluxu-denbora eta altzairu-sareen lodiera direla.
4 Soldadura-pasta inprimatzeko reflow soldadura barrunbearen hobekuntza
4.1DOE proba soldadura barrunbea hobetzeko
QFN eta txiparen soldadura-geruzaren zuloa hobetu zen eragin-faktore nagusien balio optimoa aurkituz (errefluxu-denbora eta altzairu-sarearen lodiera).Soldadura-pasta SAC305 motakoa zen, altzairuzko sarearen forma sareta motakoa (% 100eko irekiera-gradua), labearen tenperatura gailurra 260 ℃ zen eta beste proba-baldintzak proba-ekipoaren berdinak ziren.DOE proba eta emaitzak 3. taulan erakutsi dira. Altzairu-sareen lodieraren eta errefluxu-denboraren eraginak QFN eta txirbilaren soldadura-zuloetan 12. Irudian erakusten dira. Eragin faktore nagusien interakzio-analisiaren bidez, 100 μm-ko altzairu-sarearen lodiera erabiliz aurkitzen da. eta 80 s errefluxu denbora QFN eta txiparen soldadura barrunbea nabarmen murrizten du.QFN-ren soldadura-barrunbe-tasa gehienez %27,8tik %16,1era murrizten da eta txiparen soldadura-barrunbe-tasa gehienez %20,5etik %14,5era murrizten da.
Proba horretan, 1000 produktu ekoiztu ziren baldintza optimoetan (100 μm altzairuzko sarearen lodiera, 80 s errefluxu-denbora), eta 100 QFN eta txiparen soldadura barrunbearen tasa ausaz neurtu zen.QFN-ren batez besteko soldadura-barrunbe-tasa % 16,4 izan zen eta txiparen batez besteko soldadura-barrunbearen tasa % 14,7koa.
4.2 Prozesu berriak soldadura-barrunbea hobetzen du
Benetako ekoizpen-egoerak eta probak erakusten dute txiparen behealdean soldadura-barrunbearen eremua % 10 baino txikiagoa denean, txip-barrunbearen posizioaren pitzadura-arazoa ez dela gertatuko berunezko loturan eta moldatzean.DOEk optimizatutako prozesu-parametroek ezin dituzte soldadura-pasta konbentzionaleko errefluxu-soldaduraren zuloak aztertzeko eta konpontzeko baldintzak bete, eta txiparen soldadura-barrunbearen azalera gehiago murriztu behar da.
Soldaduran estalitako txipak soldaduran dagoen gasari ihes egitea eragozten duenez, txiparen behealdean dagoen zulo-tasa gehiago murrizten da soldadura estalitako gasa kenduz edo murriztuz.Soldadura-pasta bi inprimatzeko prozesu berri bat onartzen da: soldadura-pasten inprimaketa bat, QFN estaltzen ez duen errefluxua eta soldadura gasa isurtzen duen txip biluzik;Bigarren mailako soldadura-pasten inprimaketaren, adabakiaren eta bigarren mailako errefluxuaren prozesu espezifikoa 13. Irudian ageri da.
75μm-ko lodierako soldadura-pasta lehen aldiz inprimatzen denean, txirbil estalkirik gabeko soldadurako gas gehiena gainazaletik ihes egiten da eta errefluxuaren ondoren lodiera 50 μm ingurukoa da.Errefluxu primarioa amaitu ondoren, karratu txikiak inprimatzen dira hoztutako soldadura solidoaren gainazalean (soldadura-pasta kopurua murrizteko, gas-isuri kopurua murrizteko, soldadura-spurdura murrizteko edo ezabatzeko), eta soldadura-pasta batekin. 50 μm-ko lodiera (goiko probaren emaitzek erakusten dute 100 μm dela onena, beraz, bigarren mailako inprimaketaren lodiera 100 μm da.50 μm=50 μm), gero txipa instalatu eta 80 s-ra itzuli.Soldaduran ia ez dago zulorik lehenengo inprimaketaren eta birfluxuaren ondoren, eta bigarren inprimaketaren soldadura-pasta txikia da eta soldadura-zuloa txikia da, 14. Irudian ikusten den bezala.
Soldadura-pasta bi inprimatu ondoren, marrazki hutsa
4.3 Soldadura barrunbearen efektua egiaztatzea
2000 produkturen ekoizpena (lehen inprimatzeko altzairu sarearen lodiera 75 μm da, bigarren inprimatzeko altzairu sarearen lodiera 50 μm da), beste baldintza batzuk ez dira aldatu, 500 QFN-ren ausazko neurketa eta txirbilaren soldadura barrunbearen tasa, prozesu berria aurkitu dela. lehen errefluxuaren ondoren barrunberik gabe, bigarren errefluxuaren ondoren QFN Gehienezko soldadura-barrunbe-tasa% 4,8 da, eta txiparen gehienezko soldadura-barrunbe-tasa% 4,1 da.Jatorrizko itsatsi bakarreko inprimatzeko soldadura-prozesuarekin eta DOE optimizatutako prozesuarekin alderatuta, soldadura-barrunbea nabarmen murrizten da, 15. Irudian ikusten den moduan. Produktu guztien proba funtzionalaren ondoren ez da txirbil-pitzadurarik aurkitu.
5 Laburpena
Soldadura-pasta inprimatzeko kopuruaren eta errefluxu-denboraren optimizazioak soldadura-barrunbeen eremua murrizten du, baina soldadura-barrunbearen tasa handia da oraindik.Soldadura-pasta inprimatzeko bi soldadura-teknikak erabiltzeak modu eraginkorrean eta soldadura-barrunbearen abiadura maximizatu dezake.QFN zirkuituko txip biluziaren soldadura-eremua 4.4mm x4.1mm eta 3.0mm x2.3mm izan daiteke, hurrenez hurren, ekoizpen masiboan. Reflow soldaketaren barrunbe-tasa% 5etik behera kontrolatzen da, eta horrek reflow soldaketaren kalitatea eta fidagarritasuna hobetzen ditu.Artikulu honetako ikerketak erreferentzia garrantzitsu bat eskaintzen du eremu handietako soldadura-azaleraren soldadura-barrunbearen arazoa hobetzeko.