1 Ներածություն
Շղթայական տախտակի հավաքման մեջ զոդման մածուկը նախ տպվում է տպատախտակի զոդման բարձիկի վրա, այնուհետև ամրացվում են տարբեր էլեկտրոնային բաղադրիչներ: Վերջապես, վերամշակման վառարանից հետո, զոդման մածուկի մեջ թիթեղյա ուլունքները հալվում են, և բոլոր տեսակի էլեկտրոնային բաղադրիչները և տպատախտակի զոդման պահոցը եռակցվում են միասին՝ իրականացնելու էլեկտրական ենթամոդուլների հավաքումը: մակերեսային մոնտաժային տեխնոլոգիան (sMT) ավելի ու ավելի է օգտագործվում բարձր խտության փաթեթավորման արտադրանքներում, ինչպիսիք են համակարգի մակարդակի փաթեթը (siP), ballgridarray (BGA) սարքերը և հոսանքի մերկ Chip, քառակուսի հարթ փին առանց կապի փաթեթը (quad aatNo-lead, որը կոչվում է QFN: ) սարք։
Ելնելով զոդման մածուկի եռակցման գործընթացի և նյութերի առանձնահատկություններից՝ այս խոշոր զոդման մակերևույթի սարքերի վերամշակումից հետո զոդման եռակցման հատվածում անցքեր կլինեն, որոնք կազդեն արտադրանքի էլեկտրական հատկությունների, ջերմային և մեխանիկական հատկությունների վրա և նույնիսկ հանգեցնել արտադրանքի ձախողման, հետևաբար, զոդման մածուկի վերամշակման եռակցման խոռոչը բարելավելու համար դարձել է գործընթաց և տեխնիկական խնդիր, որը պետք է լուծվի, որոշ հետազոտողներ վերլուծել և ուսումնասիրել են BGA զոդման գնդակի եռակցման խոռոչի պատճառները և տրամադրել բարելավման լուծումներ, սովորական զոդում: մածուկի վերամշակման եռակցման գործընթացում QFN-ի 10 մմ2-ից ավելի եռակցման տարածքը կամ 6 մմ2-ից ավելի եռակցման մակերեսը բացակայում է մերկ չիպի լուծույթը:
Եռակցման անցքը բարելավելու համար օգտագործեք Preformsolder եռակցման և վակուումային ռեֆլյուքսային վառարանի զոդում: Հավաքովի զոդման համար անհրաժեշտ է հատուկ սարքավորում՝ հոսքը մատնանշելու համար: Օրինակ, չիպը շեղվում և լրջորեն թեքվում է այն բանից հետո, երբ չիպը տեղադրվում է անմիջապես հավաքովի զոդի վրա: Եթե հոսքի մոնտաժի չիպը հոսում է և հետո կետ է, գործընթացը ավելանում է երկու վերահոսքով, և հավաքովի զոդի և հոսքի նյութի արժեքը շատ ավելի բարձր է, քան զոդման մածուկը:
Վակուումային ռեֆլյուքսային սարքավորումն ավելի թանկ է, անկախ վակուումային խցիկի վակուումային հզորությունը շատ ցածր է, ծախսերի կատարողականը բարձր չէ, իսկ թիթեղից ցողելու խնդիրը լուրջ է, ինչը կարևոր գործոն է բարձր խտության և փոքր քայլի կիրառման մեջ։ ապրանքներ. Այս հոդվածում, հիմնվելով սովորական զոդման մածուկի վերաթողարկման եռակցման գործընթացի վրա, մշակվել և ներդրվել է եռակցման խոռոչի բարելավման և եռակցման խոռոչի հետևանքով առաջացած կապակցման և պլաստիկ կնիքի ճեղքման խնդիրները:
2 Զոդման մածուկի տպագրության վերամշակման եռակցման խոռոչ և արտադրության մեխանիզմ
2.1 Եռակցման խոռոչ
Վերահոսքային եռակցումից հետո արտադրանքը փորձարկվել է ռենտգենյան ճառագայթների տակ: Պարզվել է, որ ավելի բաց գույնով եռակցման գոտու անցքերն առաջացել են եռակցման շերտի անբավարար զոդման պատճառով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում:
Պղպջակների անցքի ռենտգենյան հայտնաբերում
2.2 Եռակցման խոռոչի ձևավորման մեխանիզմ
Որպես օրինակ վերցնելով sAC305 զոդման մածուկը, հիմնական կազմը և գործառույթը ներկայացված են Աղյուսակ 1-ում: Հոսքը և թիթեղյա ուլունքները միացված են մածուկի տեսքով: Թիթեղի զոդման և հոսքի քաշի հարաբերակցությունը մոտ 9:1 է, իսկ ծավալի հարաբերակցությունը մոտ 1:1:
Զոդման մածուկը տպագրվելուց և տարբեր էլեկտրոնային բաղադրիչներով տեղադրվելուց հետո, զոդման մածուկը կանցնի նախնական տաքացման, ակտիվացման, ռեֆլյուքսի և հովացման չորս փուլ, երբ այն անցնում է ռեֆլյուքսային վառարանով: Զոդման մածուկի վիճակը նույնպես տարբեր է տարբեր փուլերում տարբեր ջերմաստիճանների դեպքում, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում:
Անձնագիր տեղեկանք վերաթողարկման զոդման յուրաքանչյուր տարածքի համար
Նախնական տաքացման և ակտիվացման փուլում զոդման մածուկի հոսքի մեջ ցնդող բաղադրիչները տաքացնելիս կցնդեն և վերածվեն գազի: Միաժամանակ գազեր կարտադրվեն, երբ եռակցման շերտի մակերեսի օքսիդը հեռացվի։ Այս գազերից մի քանիսը կցնդեն և կթողնեն զոդման մածուկը, իսկ զոդման ուլունքները սերտորեն կխտացվեն հոսքի ցնդման պատճառով: Ռեֆլյուքսի փուլում, զոդման մածուկի մեջ մնացած հոսքը արագորեն գոլորշիանա, թիթեղի հատիկները կհալվեն, հոսքի փոքր քանակությամբ ցնդող գազը և օդի մեծ մասը ժամանակի ընթացքում չեն ցրվի, իսկ մնացորդները հալած անագը և հալած անագի լարվածության տակ համբուրգերային սենդվիչի կառուցվածքն է և բռնվում է տպատախտակի զոդման պահոցով և էլեկտրոնային բաղադրիչներով, իսկ հեղուկ անագով փաթաթված գազը դժվար է դուրս պրծնել միայն դեպի վեր լողացող ուժով: Վերին հալման ժամանակը շատ է: կարճ. Երբ հալած թիթեղը սառչում է և դառնում ամուր թիթեղ, եռակցման շերտում ծակոտիներ են առաջանում և առաջանում են զոդման անցքեր, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում:
Զոդման մածուկի վերամշակման եռակցման արդյունքում առաջացած դատարկության սխեմատիկ դիագրամ
Եռակցման խոռոչի հիմնական պատճառն այն է, որ օդը կամ ցնդող գազը, որը փաթաթված է զոդման մածուկով հալվելուց հետո, ամբողջությամբ չի լիցքաթափվում: Ազդող գործոնները ներառում են զոդման մածուկի նյութը, զոդման մածուկի տպագրության ձևը, զոդման մածուկի տպագրության քանակը, ռեֆլյուքսի ջերմաստիճանը, վերադարձի ժամանակը, եռակցման չափը, կառուցվածքը և այլն:
3. Զոդման մածուկի տպագրության վերահոսքի եռակցման անցքերի վրա ազդող գործոնների ստուգում
QFN-ի և մերկ չիպերի թեստերը օգտագործվել են՝ հաստատելու վերահոսքի եռակցման բացերի հիմնական պատճառները և գտնելու ուղիներ՝ բարելավելու զոդման մածուկով տպված վերահոսող եռակցման բացերը: QFN և մերկ չիպի զոդման մածուկի վերամշակման եռակցման արտադրանքի պրոֆիլը ներկայացված է Նկար 4-ում, QFN եռակցման մակերեսի չափը 4,4 մմ x 4,1 մմ է, եռակցման մակերեսը թիթեղապատ շերտ է (100% մաքուր անագ); Մերկ չիպի եռակցման չափը 3.0մմx2.3մմ է, եռակցման շերտը ցողված նիկել-վանադիումային երկմետալային շերտ է, իսկ մակերեսային շերտը՝ վանադիում։ Ենթաշերտի եռակցման բարձիկը ոսկի թաթախող նիկել-պալադիում առանց էլեկտրաէներգիայի էր, իսկ հաստությունը՝ 0,4 մկմ/0,06 մկմ/0,04 մկմ։ Օգտագործվում է SAC305 զոդման մածուկ, զոդման մածուկի տպագրական սարքավորումը DEK Horizon APix է, ռեֆլյուքս վառարանի սարքավորումը՝ BTUPyramax150N, իսկ ռենտգեն սարքավորումը՝ DAGExD7500VR:
QFN և մերկ չիպային եռակցման գծագրեր
Փորձարկման արդյունքների համեմատությունը հեշտացնելու համար վերամշակման եռակցումն իրականացվել է Աղյուսակ 2-ի պայմաններում:
Reflow եռակցման վիճակի աղյուսակ
Մակերեւութային մոնտաժման և վերամշակման եռակցման ավարտից հետո եռակցման շերտը հայտնաբերվեց ռենտգենով, և պարզվեց, որ եռակցման շերտում մեծ անցքեր կան QFN-ի ներքևի մասում և մերկ չիպի վրա, ինչպես ցույց է տրված Նկար 5-ում:
QFN և չիպի հոլոգրամ (ռենտգեն)
Քանի որ թիթեղյա բշտիկի չափը, պողպատե ցանցի հաստությունը, բացման տարածքի արագությունը, պողպատե ցանցի ձևը, ռեֆլյուքսի ժամանակը և վառարանի առավելագույն ջերմաստիճանը կանդրադառնան վերահոսքի եռակցման բացերի վրա, կան բազմաթիվ ազդող գործոններ, որոնք ուղղակիորեն կհաստատվեն DOE թեստով և փորձարարականների քանակը: խմբերը չափազանց մեծ կլինեն: Անհրաժեշտ է արագ զննել և որոշել հիմնական ազդող գործոնները հարաբերակցության համեմատության թեստի միջոցով, այնուհետև DOE-ի միջոցով հիմնական ազդող գործոնների հետագա օպտիմալացում:
3.1 Զոդման անցքերի և զոդման մածուկի թիթեղյա ուլունքների չափերը
Type3 (ուլունքի չափը 25-45 մկմ) SAC305 զոդման մածուկի փորձարկման դեպքում մյուս պայմանները մնում են անփոփոխ: Վերահոսքից հետո զոդման շերտի անցքերը չափվում և համեմատվում են տիպի 4 զոդման մածուկի հետ: Պարզվել է, որ զոդման շերտի անցքերը էապես չեն տարբերվում զոդման մածուկի երկու տեսակների միջև, ինչը ցույց է տալիս, որ տարբեր չափսերով զոդման մածուկը ակնհայտ ազդեցություն չունի զոդման շերտի անցքերի վրա, ինչը ազդող գործոն չէ, ինչպես ցույց է տրված ՆԿ. 6 Ինչպես ցույց է տրված:
Տարբեր մասնիկների չափսերով մետաղական թիթեղյա փոշու անցքերի համեմատություն
3.2 Եռակցման խոռոչի և տպված պողպատե ցանցի հաստությունը
Վերահոսքից հետո եռակցված շերտի խոռոչի տարածքը չափվել է 50 մկմ, 100 մկմ և 125 մկմ հաստությամբ տպված պողպատե ցանցով, իսկ մնացած պայմանները մնացել են անփոփոխ: Պարզվել է, որ տարբեր հաստության պողպատե ցանցի (զոդման մածուկի) ազդեցությունը QFN-ի վրա համեմատվել է 75 մկմ հաստությամբ տպված պողպատե ցանցի ազդեցության հետ, քանի որ պողպատե ցանցի հաստությունը մեծանում է, խոռոչի տարածքը աստիճանաբար նվազում է: Որոշակի հաստության (100 մկմ) հասնելուց հետո խոռոչի տարածքը կշրջվի և կսկսի մեծանալ պողպատե ցանցի հաստության մեծացման հետ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 7-ում:
Սա ցույց է տալիս, որ երբ զոդման մածուկի քանակն ավելանում է, ռեֆլյուքսով հեղուկ թիթեղը ծածկված է չիպով, իսկ մնացորդային օդի արտահոսքի ելքը միայն նեղ է չորս կողմից: Երբ զոդման մածուկի քանակը փոխվում է, մնացորդային օդի արտահոսքի ելքը նույնպես մեծանում է, և հեղուկ թիթեղով փաթաթված օդի ակնթարթային պոռթկումը կամ հեղուկ թիթեղից դուրս եկող ցնդող գազը կհանգեցնի հեղուկ թիթեղի ցողմանը QFN-ի և չիպի շուրջը:
Փորձարկումը պարզել է, որ պողպատե ցանցի հաստության մեծացման հետ մեկտեղ կավելանա նաև օդի կամ ցնդող գազի արտահոսքի հետևանքով առաջացած պղպջակների պայթումը, և համապատասխանաբար կավելանա նաև QFN-ի և չիպի շուրջ անագի ցողելու հավանականությունը:
Տարբեր հաստության պողպատե ցանցի անցքերի համեմատություն
3.3 Եռակցման խոռոչի և պողպատե ցանցի բացման տարածքի հարաբերակցությունը
100%, 90% և 80% բացման արագությամբ տպված պողպատե ցանցը փորձարկվել է, իսկ մնացած պայմանները մնացել են անփոփոխ: Վերահոսքից հետո եռակցված շերտի խոռոչի տարածքը չափվել և համեմատվել է 100% բացման արագությամբ տպված պողպատե ցանցի հետ: Պարզվել է, որ եռակցված շերտի խոռոչում էական տարբերություն չկար 100% և 90% 80% բացման պայմաններում, ինչպես ցույց է տրված Նկար 8-ում:
Տարբեր պողպատե ցանցերի բացման տարբեր տարածքների խոռոչի համեմատություն
3.4 Եռակցված խոռոչ և տպված պողպատե ցանցի ձև
Բ շերտի զոդման մածուկի տպագրական ձևի փորձարկումով և հակված c ցանցով, մյուս պայմանները մնում են անփոփոխ: Վերահոսքից հետո եռակցման շերտի խոռոչի տարածքը չափվում և համեմատվում է ցանցի տպագրական ձևի հետ: Պարզվել է, որ եռակցման շերտի խոռոչում էական տարբերություն չկա ցանցի, շերտի և թեք ցանցի պայմաններում, ինչպես ցույց է տրված Նկար 9-ում:
Պողպատե ցանցի բացման տարբեր ռեժիմներում անցքերի համեմատություն
3.5 Եռակցման խոռոչի և ռեֆլյուքսի ժամանակը
Երկարատև ռեֆլյուքսային ժամանակի (70 վրկ, 80 վրկ, 90 վրկ) փորձարկումից հետո մնացած պայմանները մնում են անփոփոխ, եռակցման շերտի անցքը չափվել է ռեֆլյուքսից հետո, և 60 վրկ ռեֆլյուքսի ժամանակի համեմատ պարզվել է, որ աճի հետ ռեֆլյուքսի ժամանակը, եռակցման անցքի տարածքը նվազել է, բայց կրճատման ամպլիտուդան աստիճանաբար նվազել է ժամանակի ավելացման հետ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 10-ում: Սա ցույց է տալիս, որ ռեֆլյուքսի անբավարար ժամանակի դեպքում, ռեֆլյուքսի ժամանակի ավելացումը նպաստում է օդի լրիվ արտահոսքին: փաթաթված է հալված հեղուկ թիթեղով, սակայն այն բանից հետո, երբ ռեֆլյուքսի ժամանակը մեծանում է մինչև որոշակի ժամանակ, հեղուկ թիթեղով փաթաթված օդը նորից դժվար է լցվել: Reflux- ի ժամանակը եռակցման խոռոչի վրա ազդող գործոններից մեկն է:
Տարբեր ռեֆլյուքս ժամանակի երկարությունների անվավեր համեմատություն
3.6 Եռակցման խոռոչի և վառարանի առավելագույն ջերմաստիճանը
240 ℃ և 250 ℃ վառարանի գագաթնակետային ջերմաստիճանի փորձարկումով և այլ պայմաններով անփոփոխ, եռակցված շերտի խոռոչի տարածքը չափվել է վերաթողումից հետո, և 260 ℃ վառարանի գագաթնակետային ջերմաստիճանի համեմատ պարզվել է, որ վառարանի գագաթնակետային ջերմաստիճանի տարբեր պայմաններում, խոռոչը QFN-ի և չիպի եռակցված շերտը էականորեն չի փոխվել, ինչպես ցույց է տրված Նկար 11-ում: Այն ցույց է տալիս, որ վառարանի տարբեր գագաթնակետային ջերմաստիճանը ակնհայտ ազդեցություն չունի QFN-ի և չիպի եռակցման շերտի անցքի վրա, ինչը ազդող գործոն չէ:
Տարբեր գագաթնակետային ջերմաստիճանների անվավեր համեմատություն
Վերոնշյալ թեստերը ցույց են տալիս, որ QFN-ի և չիպի եռակցման շերտի խոռոչի վրա ազդող էական գործոններն են ռեֆլյուքսի ժամանակը և պողպատե ցանցի հաստությունը:
4 Զոդման մածուկի տպագրության reflow եռակցման խոռոչի բարելավում
4.1DOE թեստ՝ եռակցման խոռոչը բարելավելու համար
QFN-ի և չիպի եռակցման շերտի անցքը բարելավվել է՝ գտնելով հիմնական ազդող գործոնների օպտիմալ արժեքը (վերադարձի ժամանակը և պողպատե ցանցի հաստությունը): Զոդման մածուկը SAC305 տիպն էր4, պողպատե ցանցի ձևը ցանցի տեսակն էր (100% բացման աստիճան), վառարանի գագաթնակետային ջերմաստիճանը 260 ℃ էր, իսկ փորձարկման այլ պայմանները նույնն էին, ինչ փորձարկման սարքավորումները: DOE թեստը և արդյունքները ցույց են տրված Աղյուսակ 3-ում: Պողպատե ցանցի հաստության և ռեֆլյուքսի ժամանակի ազդեցությունը QFN-ի և չիպային եռակցման անցքերի վրա ներկայացված են Նկար 12-ում: Հիմնական ազդող գործոնների փոխազդեցության վերլուծության միջոցով պարզվել է, որ օգտագործելով 100 մկմ պողպատե ցանցի հաստությունը: և 80 վրկ վերադարձի ժամանակը կարող է զգալիորեն նվազեցնել QFN-ի և չիպի եռակցման խոռոչը: QFN-ի եռակցման խոռոչի արագությունը նվազեցվում է առավելագույն 27,8%-ից մինչև 16,1%, իսկ չիպի եռակցման խոռոչի արագությունը առավելագույն 20,5%-ից մինչև 14,5%:
Փորձարկման ընթացքում 1000 արտադրանք է արտադրվել օպտիմալ պայմաններում (100 մկմ պողպատե ցանցի հաստություն, 80 վրկ վերադարձի ժամանակ), և պատահականորեն չափվել է եռակցման խոռոչի արագությունը 100 QFN և չիպ: QFN-ի եռակցման խոռոչի միջին արագությունը կազմել է 16.4%, իսկ չիպի եռակցման խոռոչի միջին արագությունը՝ 14.7% Չիպի և չիպի եռակցման խոռոչի արագությունը ակնհայտորեն նվազել է:
4.2 Նոր գործընթացը բարելավում է եռակցման խոռոչը
Փաստացի արտադրական իրավիճակը և փորձարկումը ցույց են տալիս, որ երբ չիպի ներքևի մասում եռակցման խոռոչի տարածքը 10%-ից պակաս է, չիպի խոռոչի դիրքի ճաքման խնդիրը չի առաջանա կապարի միացման և ձուլման ժամանակ: DOE-ի կողմից օպտիմիզացված գործընթացի պարամետրերը չեն կարող բավարարել սովորական զոդման մածուկի հետհոսքի եռակցման անցքերի վերլուծության և լուծման պահանջները, և չիպի եռակցման խոռոչի տարածքի արագությունը պետք է էլ ավելի կրճատվի:
Քանի որ զոդի վրա ծածկված չիպը թույլ չի տալիս, որ զոդում գտնվող գազը դուրս գա, չիպի ներքևի մասում անցքի արագությունը ավելի է նվազում՝ վերացնելով կամ նվազեցնելով զոդման պատված գազը: Ընդունված է վերամշակման եռակցման նոր գործընթաց երկու զոդման մածուկով տպագրությամբ. մեկ զոդման մածուկ տպագրություն, մեկ վերամշակում, որը չի ծածկում QFN-ը և մերկ չիպը, որը լիցքաթափում է գազը զոդում; Երկրորդական զոդման մածուկի տպագրության, կարկատանի և երկրորդական ռեֆլյուքսի հատուկ գործընթացը ներկայացված է Նկար 13-ում:
Երբ 75 մկմ հաստությամբ զոդման մածուկը տպվում է առաջին անգամ, առանց չիպային ծածկույթի զոդում առկա գազի մեծ մասը դուրս է գալիս մակերեսից, իսկ ռեֆլյուքսից հետո հաստությունը մոտ 50 մկմ է: Առաջնային ռեֆլյուքսի ավարտից հետո սառեցված պինդ զոդի մակերեսի վրա տպվում են փոքր քառակուսիներ (զոդման մածուկի քանակը նվազեցնելու, գազի արտահոսքի քանակը նվազեցնելու, զոդման ցողումը նվազեցնելու կամ վերացնելու համար), իսկ զոդման մածուկը 50 մկմ հաստություն (վերը նշված փորձարկման արդյունքները ցույց են տալիս, որ 100 մկմ-ը լավագույնն է, ուստի երկրորդական տպագրության հաստությունը 100 մկմ է։ 50 մկմ=50 մկմ), ապա տեղադրեք չիպը և այնուհետև վերադարձրեք 80 վրկ։ Առաջին տպագրությունից և վերամշակումից հետո զոդում գրեթե անցք չկա, իսկ երկրորդ տպագրության մեջ զոդման մածուկը փոքր է, իսկ եռակցման անցքը փոքր է, ինչպես ցույց է տրված Նկար 14-ում:
Զոդման մածուկի երկու տպագրությունից հետո, խոռոչ նկարչություն
4.3 Եռակցման խոռոչի ազդեցության ստուգում
2000 արտադրանքի արտադրություն (առաջին տպագրական պողպատե ցանցի հաստությունը 75 մկմ է, երկրորդ տպագրության պողպատե ցանցի հաստությունը՝ 50 մկմ), այլ պայմանները անփոփոխ են, 500 QFN պատահական չափումը և չիպային եռակցման խոռոչի արագությունը պարզել է, որ նոր գործընթացը առաջին ռեֆլյուքսից հետո ոչ մի խոռոչ, երկրորդ վերադարձից հետո QFN Եռակցման խոռոչի առավելագույն մակարդակը 4,8% է, իսկ չիպի եռակցման խոռոչի առավելագույն արագությունը 4,1% է: Համեմատած բնօրինակ մեկ մածուկով տպագրության եռակցման գործընթացի և DOE օպտիմիզացված գործընթացի հետ, եռակցման խոռոչը զգալիորեն կրճատվել է, ինչպես ցույց է տրված Նկար 15-ում: Բոլոր արտադրանքների ֆունկցիոնալ փորձարկումներից հետո չիպերի ճաքեր չեն հայտնաբերվել:
5 Ամփոփում
Զոդման մածուկի տպագրության քանակի և ռեֆլյուքսի ժամանակի օպտիմալացումը կարող է նվազեցնել եռակցման խոռոչի տարածքը, սակայն եռակցման խոռոչի արագությունը դեռևս մեծ է: Օգտագործելով երկու զոդման մածուկի տպագրության վերամշակման եռակցման տեխնիկան կարող է արդյունավետորեն և առավելագույնի հասցնել եռակցման խոռոչի արագությունը: QFN շղթայի մերկ չիպի եռակցման տարածքը կարող է լինել 4,4 մմ x4,1 մմ և 3,0 մմ x2,3 մմ, համապատասխանաբար, զանգվածային արտադրության մեջ: Այս հոդվածում կատարված հետազոտությունը կարևոր հղում է տալիս մեծ տարածքի եռակցման մակերեսի եռակցման խոռոչի խնդիրը բարելավելու համար:
Հրապարակման ժամանակը՝ հուլիս-05-2023
