SMT кәдімгі дәнекерлеу пастасын ауамен қайта ағынды дәнекерлеу қуысының талдауы мен шешімін пайдаланады (2023 Essence Edition), сіз оған лайықсыз!
1. Кіріспе
Схема тақшасының жинағында алдымен платаның дәнекерлеу тақтасында дәнекерлеу пастасы басып шығарылады, содан кейін әртүрлі электрондық компоненттер бекітіледі.Ақырында, қайта ағынды пештен кейін дәнекерлеу пастасында қалайы моншақтары балқытылады және электрлік қосалқы модульдерді құрастыруды жүзеге асыру үшін электрондық компоненттердің барлық түрлері мен схеманың дәнекерлеу тақтасы дәнекерленген.Жүйе деңгейінің пакеті (siP), ballgridarray (BGA) құрылғылары және қуатты жалаң чип, төртбұрышты жалпақ түйреуішсіз пакет (Quad aatNo-қорғасын, QFN деп аталады) сияқты жоғары тығыздықтағы орауыш өнімдерінде беткейлік монтаж технологиясы (sMT) жиі қолданылады. ) құрылғы.
Дәнекерлеу пастасын дәнекерлеу процесі мен материалдарының сипаттамаларына байланысты, осы үлкен дәнекерлеу бетінің құрылғыларын қайта дәнекерлеуден кейін дәнекерлеу аймағында дәнекерлеу аймағында тесіктер пайда болады, бұл өнімнің электрлік қасиеттеріне, жылу қасиеттеріне және механикалық қасиеттеріне әсер етеді. тіпті өнімнің істен шығуына әкеледі, сондықтан дәнекерлеу пастасын қайта ағынды дәнекерлеу қуысын жақсарту үшін шешу қажет процесс және техникалық мәселе болды, кейбір зерттеушілер BGA дәнекерлеу шарының дәнекерлеу қуысының себептерін талдап, зерттеді және жақсарту шешімдерін ұсынды, кәдімгі дәнекерлеу. 10мм2-ден асатын QFN дәнекерлеу алаңы немесе 6 мм2-ден асатын дәнекерлеу алаңы жалаңаш жоңқа ерітіндісі жоқ.
Дәнекерлеу саңылауын жақсарту үшін Preformsolder дәнекерлеуін және вакуумдық рефлюкс пешінің дәнекерлеуін пайдаланыңыз.Құрастырылған дәнекерлеу ағынын көрсету үшін арнайы жабдықты қажет етеді.Мысалы, чип алдын ала дайындалған дәнекерлеушіге тікелей орналастырылғаннан кейін, чип ығыстырылады және байыпты түрде еңкейтіледі.Егер ағынды орнату чипі қайта ағып, содан кейін нүкте болса, процесс екі қайта ағынмен артады және дайындалған дәнекерлеу және флюс материалының құны дәнекерлеу пастасына қарағанда әлдеқайда жоғары.
Вакуумды рефлюкс жабдығы қымбатырақ, тәуелсіз вакуумдық камераның вакуумдық сыйымдылығы өте төмен, өзіндік құны жоғары емес және қалайы шашырауы проблемасы маңызды, бұл жоғары тығыздықты және шағын қадамды қолданудың маңызды факторы болып табылады. өнімдер.Бұл жұмыста кәдімгі дәнекерлеу пастасын қайта ағынды дәнекерлеу процесіне негізделген дәнекерлеу қуысын жақсарту және дәнекерлеу қуысынан туындаған байланыстыру және пластикалық тығыздағыштың жарылуы мәселелерін шешу үшін жаңа қайталама дәнекерлеу процесі әзірленіп, енгізілген.
2 Дәнекерлеу пастасын басып шығаруды қайта ағынды дәнекерлеу қуысы және өндіру механизмі
2.1 Дәнекерлеу қуысы
Қайта ағынды дәнекерлеуден кейін өнім рентгендік зерттеуден өтті.Ашық түсті дәнекерлеу аймағындағы саңылаулар 1-суретте көрсетілгендей дәнекерлеу қабатындағы дәнекерлеудің жеткіліксіздігінен анықталды.
Көпіршікті тесікті рентгендік анықтау
2.2 Дәнекерлеу қуысының қалыптасу механизмі
Мысал ретінде sAC305 дәнекерлеу пастасын алатын болсақ, негізгі құрамы мен қызметі 1-кестеде көрсетілген. Флюс пен қалайы түйіршіктері паста түрінде біріктірілген.Қалайы дәнекерлеу мен флюс салмағының қатынасы шамамен 9:1, ал көлемдік қатынасы шамамен 1:1.
Дәнекерлеу пастасы басып шығарылғаннан кейін және әртүрлі электрондық компоненттермен орнатылғаннан кейін, дәнекерлеу пастасы кері флюкс пешінен өткенде алдын ала қыздырудың, белсендірудің, рефлюкстің және салқындаудың төрт кезеңінен өтеді.Дәнекерлеу пастасының күйі 2-суретте көрсетілгендей әртүрлі кезеңдердегі әртүрлі температуралармен де әртүрлі.
Қайта ағынмен дәнекерлеудің әрбір аймағы үшін профиль анықтамасы
Алдын ала қыздыру және белсендіру сатысында дәнекерленген пастадағы ағындағы ұшпа компоненттер қыздырылған кезде газға айналады.Бұл ретте дәнекерлеу қабатының бетіндегі оксид жойылған кезде газдар пайда болады.Бұл газдардың кейбіреулері ұшады және дәнекерлеу пастасын қалдырады, ал дәнекер моншақтары ағынның ұшпалығына байланысты тығыз конденсацияланады.Рефлюкс сатысында дәнекерленген пастадағы қалған ағын тез буланады, қалайы түйіршіктері балқиды, аз мөлшерде ұшпа газ ағыны және қалайы түйіршіктері арасындағы ауаның көп бөлігі уақытында таралмайды, ал қаңылтырдағы қалдық балқытылған қаңылтыр және балқытылған қаңылтырдың кернеуі астында гамбургер сэндвич құрылымы болып табылады және схемалық платаның дәнекерлеу тақтасы мен электрондық компоненттерімен ұсталады, ал сұйық қалайыға оралған газ тек жоғары көтерілу күшімен шығуы қиын Жоғарғы балқу уақыты өте көп. қысқа.Балқыған қаңылтыр салқындап, тұтас қалайыға айналғанда дәнекерлеу қабатында кеуектер пайда болады және 3-суретте көрсетілгендей дәнекерлеу тесіктері пайда болады.
Дәнекерлеу пастасын қайта ағынды дәнекерлеу нәтижесінде пайда болатын бос кеңістіктің схемалық диаграммасы
Дәнекерлеу қуысының негізгі себебі - балқытылғаннан кейін дәнекерленген пастаға оралған ауа немесе ұшпа газ толығымен шығарылмайды.Әсер ететін факторларға дәнекерлеу пастасының материалы, дәнекерлеу пастасын басып шығару пішіні, дәнекерлеу пастасын басып шығару мөлшері, кері ағын температурасы, рефлюкс уақыты, дәнекерлеу өлшемі, құрылымы және т.б. кіреді.
3. Дәнекерлеу пастасын басып шығарудың қайта ағынды дәнекерлеу саңылауларының әсер етуші факторларын тексеру
Қайта ағынды дәнекерлеу бос жерлерінің негізгі себептерін растау және дәнекерлеу пастасы арқылы басылған қайта ағынды дәнекерлеу бос жерлерін жақсарту жолдарын табу үшін QFN және жалаң чип сынақтары қолданылды.QFN және жалаңаш жоңқа дәнекерлеу пастасын қайта ағынды дәнекерлеу өнімінің профилі 4-суретте көрсетілген, QFN дәнекерлеу бетінің өлшемі 4,4ммx4,1мм, дәнекерлеу беті қалайыланған қабат (100% таза қалайы);Жалаңаш чиптің дәнекерлеу өлшемі 3,0ммх2,3мм, дәнекерлеу қабаты шашыранды никель-ванадий биметалл қабаты, ал беткі қабаты ванадий.Субстраттың дәнекерлеу алаңы электрсіз никель-палладий алтынға батырылған, ал қалыңдығы 0,4мкм/0,06мкм/0,04мкм болды.SAC305 дәнекерлеу пастасы пайдаланылады, дәнекерлеу пастасын басып шығару жабдығы - DEK Horizon APix, рефлюкс пешінің жабдығы - BTUPyramax150N, рентгендік жабдық - DAGExD7500VR.
QFN және жалаңаш жоңқа дәнекерлеу сызбалары
Сынақ нәтижелерін салыстыруды жеңілдету үшін қайта ағынды дәнекерлеу 2-кестедегі шарттарда орындалды.
Қайта ағынды дәнекерлеу шартының кестесі
Беткі монтаждау және қайта ағынды дәнекерлеу аяқталғаннан кейін, дәнекерлеу қабаты рентген арқылы анықталды және 5-суретте көрсетілгендей, QFN түбінде дәнекерлеу қабатында үлкен тесіктер және жалаңаш чип бар екендігі анықталды.
QFN және чип голограммасы (рентген)
Қалайы түйіршіктердің өлшемі, болат тордың қалыңдығы, ашылу аймағының жылдамдығы, болат тордың пішіні, қайнау уақыты және пештің ең жоғары температурасы қайта ағынды дәнекерлеу бос жерлеріне әсер ететіндіктен, DOE сынағы арқылы тікелей тексерілетін көптеген әсер етуші факторлар бар және эксперименталды саны топтар тым үлкен болады.Корреляциялық салыстыру тесті арқылы негізгі әсер ететін факторларды жылдам скринингтен өткізу және анықтау, содан кейін DOE арқылы негізгі әсер етуші факторларды одан әрі оңтайландыру қажет.
3.1 Пісіру саңылауларының және дәнекерлеу пастасы қалайы моншақтарының өлшемдері
3 түрі (бисер өлшемі 25-45 мкм) SAC305 дәнекерлеу пастасы сынағымен басқа шарттар өзгеріссіз қалады.Қайта ағызудан кейін дәнекерлеу қабатындағы тесіктер өлшенеді және 4 типті дәнекерлеу пастасымен салыстырылады.Дәнекерлеу қабатындағы саңылаулар дәнекерлеу пастасының екі түрі арасында айтарлықтай ерекшеленбейтіні анықталды, бұл әр түрлі өлшемдегі дәнекерлеу пастасы дәнекерлеу қабатындағы тесіктерге айқын әсер етпейтінін көрсетеді, бұл әсер етуші фактор емес, суретте көрсетілгендей.6 Көрсетілгендей.
Бөлшектер мөлшері әртүрлі металл қаңылтыр ұнтағы саңылауларын салыстыру
3.2 Дәнекерлеу қуысының және басылған болат тордың қалыңдығы
Қайта ағызудан кейін дәнекерленген қабаттың қуысының ауданы 50 мкм, 100 мкм және 125 мкм қалыңдығы бар баспа болат тормен өлшенді, ал басқа шарттар өзгеріссіз қалды.Әр түрлі қалыңдықтағы болат тордың (дәнекер пастасы) QFN-ге әсері, қалыңдығы 75 мкм болатын басылған болат тордың әсерімен салыстырылды, болат тордың қалыңдығы артқан сайын, қуыс ауданы бірте-бірте азаяды.Белгілі бір қалыңдыққа (100мкм) жеткеннен кейін қуыс ауданы кері қарай жылжиды және 7-суретте көрсетілгендей болат тордың қалыңдығының ұлғаюымен ұлғая бастайды.
Бұл дәнекерлеу пастасының мөлшері ұлғайған кезде, рефлюксі бар сұйық қалайы чиппен жабылатынын және қалдық ауаның шығуы төрт жағынан ғана тар екенін көрсетеді.Дәнекерлеу пастасы мөлшері өзгерген кезде қалдық ауаның шығуы да артады және сұйық қаңылтырға оралған ауаның немесе сұйық қаңылтырға ұшатын газдың лезде жарылуы сұйық қалайының QFN мен чиптің айналасына шашырауына әкеледі.
Сынақ болат тордың қалыңдығының ұлғаюымен ауаның немесе ұшпа газдың шығуы нәтижесінде пайда болатын көпіршіктің жарылуы да артады, ал QFN мен чиптің айналасына қалайының шашырау ықтималдығы да сәйкесінше артады.
Әр түрлі қалыңдықтағы болат торлардағы тесіктерді салыстыру
3.3 Дәнекерлеу қуысының және болат тордың ашылуының ауданның қатынасы
Ашылу жылдамдығы 100%, 90% және 80% болатын басылған болат тор сынақтан өтті, ал басқа шарттар өзгеріссіз қалды.Қайта ағызудан кейін дәнекерленген қабаттың қуысының ауданы өлшенді және 100% ашылу жылдамдығымен басылған болат тормен салыстырылды.8-суретте көрсетілгендей ашылу жылдамдығы 100% және 90% 80% жағдайында дәнекерленген қабаттың қуысында айтарлықтай айырмашылық жоқ екені анықталды.
Әр түрлі болат тордың әртүрлі ашылу аймағын қуысты салыстыру
3.4 Дәнекерленген қуыс және басылған болат тор пішіні
b жолағы мен көлбеу с торының дәнекерлеу пастасын басып шығару пішінін сынау кезінде басқа шарттар өзгеріссіз қалады.Қайта ағызудан кейін дәнекерлеу қабатының қуыс аймағы өлшенеді және тордың басып шығару формасымен салыстырылады a.9-суретте көрсетілгендей тор, жолақ және көлбеу тор жағдайында дәнекерлеу қабатының қуысында айтарлықтай айырмашылық жоқ екені анықталды.
Болат тордың әртүрлі ашылу режимдеріндегі тесіктерді салыстыру
3.5 Дәнекерлеу қуысы және рефлюкс уақыты
Ұзақ уақытқа созылған рефлюкс уақытынан кейін (70 с, 80 с, 90 с) сынаудан кейін басқа шарттар өзгеріссіз қалады, дәнекерлеу қабатындағы саңылау рефлюкстен кейін өлшенді және 60 с рефлюкс уақытымен салыстырғанда, ұлғайған кезде анықталды. рефлюкс уақыты, дәнекерлеу саңылауының ауданы төмендеді, бірақ қысқарту амплитудасы уақыттың ұлғаюымен бірте-бірте төмендеді, 10-суретте көрсетілгендей. Бұл рефлюкс уақыты жеткіліксіз болған жағдайда, рефлюкс уақытын арттыру ауаның толық толып кетуіне ықпал ететінін көрсетеді. балқытылған сұйық қаңылтырға оралған, бірақ рефлюкс уақыты белгілі бір уақытқа дейін ұлғайған соң, сұйық қаңылтырға оралған ауаның қайтадан толып кетуі қиын.Рефлюкс уақыты дәнекерлеу қуысына әсер ететін факторлардың бірі болып табылады.
Рефлюкс уақытының әртүрлі ұзындықтарын жарамсыз салыстыру
3.6 Дәнекерлеу қуысы және пештің ең жоғары температурасы
240 ℃ және 250 ℃ пештің ең жоғары температурасы сынағы және басқа жағдайлар өзгермеген кезде, дәнекерленген қабаттың қуысының ауданы қайта ағудан кейін өлшенді және пештің 260 ℃ ең жоғары температурасымен салыстырғанда, пештің әр түрлі ең жоғары температура жағдайында, пештің қуысының қуысы анықталды. QFN және чиптің дәнекерленген қабаты 11-суретте көрсетілгендей айтарлықтай өзгерген жоқ. Ол әр түрлі шыңдық пеш температурасының QFN-ге және микросхеманың дәнекерлеу қабатындағы тесікке айқын әсер етпейтінін көрсетеді, бұл әсер етуші фактор болып табылмайды.
Әртүрлі шыңдық температураларды жарамсыз салыстыру
Жоғарыда келтірілген сынақтар QFN және чиптің дәнекерлеу қабатының қуысына әсер ететін маңызды факторлардың қайту уақыты мен болат тордың қалыңдығы екенін көрсетеді.
4 Дәнекерлеу пастасын басып шығаруды қайта ағынды дәнекерлеу қуысын жақсарту
4.1Дәнекерлеу қуысын жақсарту үшін DOE сынағы
QFN және чиптің дәнекерлеу қабатындағы тесік негізгі әсер етуші факторлардың (рефлюкс уақыты және болат тордың қалыңдығы) оңтайлы мәнін табу арқылы жақсартылды.Дәнекерлеу пастасы SAC305 type4 болды, болат тор пішіні тор түрі (100% ашылу дәрежесі), пештің ең жоғары температурасы 260 ℃ болды және басқа сынақ шарттары сынақ жабдығымен бірдей болды.DOE сынағы мен нәтижелері 3-кестеде көрсетілген. Болат тордың қалыңдығы мен кері тозу уақытының QFN және жоңқа дәнекерлеу саңылауларына әсері 12-суретте көрсетілген. Негізгі әсер етуші факторлардың өзара әрекеттесуін талдау арқылы 100 мкм болат тордың қалыңдығын пайдаланатыны анықталды. және 80 с рефлюкс уақыты QFN және чиптің дәнекерлеу қуысын айтарлықтай азайтуы мүмкін.QFN дәнекерлеу қуысының жылдамдығы максимум 27,8%-дан 16,1%-ға дейін, ал чиптің дәнекерлеу қуысының жылдамдығы максималды 20,5%-дан 14,5%-ға дейін төмендейді.
Сынақта оңтайлы жағдайларда 1000 өнім өндірілді (100 мкм болат тордың қалыңдығы, 80 с рефлюкс уақыты) және 100 QFN және чиптің дәнекерлеу қуысының жылдамдығы кездейсоқ өлшенді.QFN орташа дәнекерлеу қуысының жылдамдығы 16,4% құрады, ал чиптің орташа дәнекерлеу қуысының жылдамдығы 14,7% болды Чип пен чиптің дәнекерлеу қуысының жылдамдығы анық төмендейді.
4.2 Жаңа процесс дәнекерлеу қуысын жақсартады
Нақты өндірістік жағдай мен сынақ чиптің төменгі жағындағы дәнекерлеу қуысының ауданы 10% -дан аз болған кезде, қорғасынды байланыстыру және қалыптау кезінде чип қуысының позициясының крекинг мәселесі пайда болмайтынын көрсетеді.DOE оңтайландырылған процесс параметрлері кәдімгі дәнекерлеу пастасын қайта ағынды дәнекерлеудегі саңылауларды талдау және шешу талаптарына жауап бере алмайды және чиптің дәнекерлеу қуысының ауданы жылдамдығын одан әрі азайту қажет.
Дәнекерде жабылған чип дәнекердегі газдың шығуына жол бермейтіндіктен, дәнекерленген газды жою немесе азайту арқылы чиптің төменгі жағындағы тесік жылдамдығы одан әрі төмендейді.Екі дәнекерлеу пастасын басып шығару арқылы қайта ағынды дәнекерлеудің жаңа процесі қабылданды: бір дәнекерлеу пастасын басып шығару, QFN-ны қамтымайтын бір қайта ағынды және дәнекерленген газды разрядтайтын жалаңаш чип;Екінші дәнекерлеу пастасын басып шығару, патч және қайталама рефлюкстің ерекше процесі 13-суретте көрсетілген.
Қалыңдығы 75 мкм дәнекерлеу пастасы алғаш рет басып шығарылған кезде, дәнекерлеуіштегі газдың көп бөлігі чип қақпағы жоқ жерден шығып кетеді және рефлюкстен кейінгі қалыңдығы шамамен 50 мкм құрайды.Бастапқы рефлюкс аяқталғаннан кейін салқындатылған қатайтылған дәнекерленген дәнекерлеудің бетіне шағын квадраттар басылады (дәнекер пастасының мөлшерін азайту, газдың төгілуін азайту, дәнекерлеудің шашырауын азайту немесе жою үшін), ал дәнекерлеу пастасы қалыңдығы 50 мкм (жоғарыдағы сынақ нәтижелері 100 мкм ең жақсы екенін көрсетеді, сондықтан қайталама басып шығарудың қалыңдығы 100 мкм.50 мкм=50 мкм), содан кейін чипті орнатыңыз, содан кейін 80 с ішінде оралыңыз.Бірінші басып шығарудан және қайта өңдеуден кейін дәнекерлеуде саңылау жоқтың қасы, ал екінші басып шығарудағы дәнекерлеу пастасы кішкентай, ал дәнекерлеу тесігі 14-суретте көрсетілгендей кішкентай.
Дәнекерлеу пастасын екі басып шығарудан кейін, қуыс сызба
4.3 Дәнекерлеу қуысының әсерін тексеру
2000 өнім шығару (бірінші баспа болат торының қалыңдығы 75 мкм, екінші баспа болат торының қалыңдығы 50 мкм), басқа жағдайлар өзгеріссіз, 500 QFN кездейсоқ өлшеу және чипті дәнекерлеу қуысының жылдамдығы, жаңа процесс екенін анықтады. бірінші рефлюкстен кейін қуыс жоқ, екінші рефлюкстен кейін QFN Дәнекерлеу қуысының максималды жылдамдығы 4,8%, ал чиптің дәнекерлеу қуысының максималды жылдамдығы 4,1% құрайды.Түпнұсқа бір пасталы басып шығару дәнекерлеу процесімен және DOE оңтайландырылған процесімен салыстырғанда, дәнекерлеу қуысы 15-суретте көрсетілгендей айтарлықтай азайды. Барлық өнімдердің функционалдық сынақтарынан кейін чиптің жарықтары табылмады.
5 Түйіндеме
Дәнекерлеу пастасын басып шығару көлемін және рефлюкс уақытын оңтайландыру дәнекерлеу қуысының ауданын азайтуы мүмкін, бірақ дәнекерлеу қуысының жылдамдығы әлі де үлкен.Екі дәнекерлеу пастасын басып шығарудың қайта ағынды дәнекерлеу әдістерін пайдалану дәнекерлеу қуысының жылдамдығын тиімді және жоғарылатуы мүмкін.QFN тізбегінің жалаңаш чипінің дәнекерлеу аймағы жаппай өндірісте сәйкесінше 4,4 мм x4,1 мм және 3,0 мм x2,3 мм болуы мүмкін.Бұл мақаладағы зерттеулер үлкен аумақты дәнекерлеу бетінің дәнекерлеу қуысының мәселесін жақсарту үшін маңызды анықтама береді.