Mae'r UDRh yn defnyddio past solder confensiynol dadansoddiad ceudod weldio reflow aer a datrysiad (2023 Essence Edition), rydych chi'n ei haeddu!
1 Rhagymadrodd
Yn y cynulliad bwrdd cylched, mae past solder yn cael ei argraffu ar y pad sodro bwrdd cylched yn gyntaf, ac yna mae gwahanol gydrannau electronig yn cael eu gosod. Yn olaf, ar ôl y ffwrnais reflow, mae'r gleiniau tun yn y past solder yn cael eu toddi ac mae pob math o gydrannau electronig a pad sodro'r bwrdd cylched yn cael eu weldio gyda'i gilydd i wireddu cynulliad is-fodiwlau trydanol. mae technoleg arwyneb (sMT) yn cael ei ddefnyddio'n gynyddol mewn cynhyrchion pecynnu dwysedd uchel, megis pecyn lefel system (siP), dyfeisiau ballgridarray (BGA), a sglodion pŵer noeth, pecyn heb bin fflat sgwâr (cwad aatNo-plwm, y cyfeirir ato fel QFN ) dyfais.
Oherwydd nodweddion proses weldio past solder a deunyddiau, ar ôl weldio reflow o'r dyfeisiau arwyneb sodr mawr hyn, bydd tyllau yn yr ardal weldio sodr, a fydd yn effeithio ar briodweddau trydanol, priodweddau thermol a phriodweddau mecanyddol y cynnyrch Perfformiad, a hyd yn oed yn arwain at fethiant cynnyrch, felly, i wella'r past solder ceudod weldio reflow wedi dod yn broses a phroblem dechnegol y mae'n rhaid ei datrys, mae rhai ymchwilwyr wedi dadansoddi ac astudio achosion ceudod weldio pêl sodr BGA, a darparu atebion gwella, sodr confensiynol Mae ardal weldio proses weldio reflow past o QFN sy'n fwy na 10mm2 neu ardal weldio sy'n fwy na 6 mm2 o hydoddiant sglodion noeth yn ddiffygiol.
Defnyddiwch weldio Preformsolder a weldio ffwrnais adlif gwactod i wella'r twll weldio. Mae angen offer arbennig ar sodrwr parod i bwyntio fflwcs. Er enghraifft, mae'r sglodion yn cael ei wrthbwyso a'i ogwyddo'n ddifrifol ar ôl i'r sglodion gael ei osod yn uniongyrchol ar y sodrydd parod. Os yw'r sglodion mount fflwcs yn reflow ac yna pwynt, mae'r broses yn cael ei gynyddu gan ddau reflow, ac mae cost deunydd sodr parod a fflwcs yn llawer uwch na'r past solder.
Mae offer adlif gwactod yn ddrutach, mae cynhwysedd gwactod y siambr gwactod annibynnol yn isel iawn, nid yw'r perfformiad cost yn uchel, ac mae'r broblem tasgu tun yn ddifrifol, sy'n ffactor pwysig wrth gymhwyso dwysedd uchel a thraw bach cynnyrch. Yn y papur hwn, yn seiliedig ar y broses weldio reflow past solder confensiynol, mae proses weldio reflow uwchradd newydd yn cael ei datblygu a'i chyflwyno i wella'r ceudod weldio a datrys problemau bondio a chracio sêl plastig a achosir gan geudod weldio.
2 past solder argraffu ceudod weldio reflow a mecanwaith cynhyrchu
2.1 Weldio ceudod
Ar ôl weldio reflow, profwyd y cynnyrch o dan belydr-x. Canfuwyd bod y tyllau yn y parth weldio â lliw ysgafnach oherwydd sodr annigonol yn yr haen weldio, fel y dangosir yn Ffigur 1
Darganfod y twll swigen pelydr-X
2.2 Ffurfio mecanwaith ceudod weldio
Gan gymryd past solder sAC305 fel enghraifft, dangosir y prif gyfansoddiad a swyddogaeth yn Nhabl 1. Mae'r fflwcs a'r gleiniau tun wedi'u bondio gyda'i gilydd mewn siâp past. Mae cymhareb pwysau sodr tun i fflwcs tua 9: 1, ac mae'r gymhareb cyfaint tua 1: 1.
Ar ôl i'r past solder gael ei argraffu a'i osod gyda gwahanol gydrannau electronig, bydd y past solder yn mynd trwy bedwar cam o gynhesu, actifadu, adlif ac oeri pan fydd yn mynd trwy'r ffwrnais adlif. Mae cyflwr y past solder hefyd yn wahanol gyda thymheredd gwahanol mewn gwahanol gamau, fel y dangosir yn Ffigur 2.
Cyfeirnod proffil ar gyfer pob maes o sodro reflow
Yn y cam cynhesu ac actifadu, bydd y cydrannau anweddol yn y fflwcs yn y past solder yn cael eu cyfnewid yn nwy pan gânt eu gwresogi. Ar yr un pryd, bydd nwyon yn cael eu cynhyrchu pan fydd yr ocsid ar wyneb yr haen weldio yn cael ei dynnu. Bydd rhai o'r nwyon hyn yn anweddoli ac yn gadael y past solder, a bydd y gleiniau solder wedi'u cyddwyso'n dynn oherwydd anweddoliad fflwcs. Yn y cam adlif, bydd y fflwcs sy'n weddill yn y past solder yn anweddu'n gyflym, bydd y gleiniau tun yn toddi, ni fydd swm bach o nwy anweddol fflwcs a'r rhan fwyaf o'r aer rhwng y gleiniau tun yn cael ei wasgaru mewn amser, a'r gweddilliol yn y tun tawdd ac o dan densiwn y tun tawdd mae strwythur brechdanau hamburger ac yn cael eu dal gan y pad sodro bwrdd cylched a chydrannau electronig, ac mae'r nwy sydd wedi'i lapio yn y tun hylif yn anodd ei ddianc yn unig gan y bywiogrwydd ar i fyny Mae'r amser toddi uchaf yn iawn. byr. Pan fydd y tun tawdd yn oeri ac yn troi'n dun solet, mae mandyllau yn ymddangos yn yr haen weldio ac mae tyllau sodro yn cael eu ffurfio, fel y dangosir yn Ffigur 3.
Diagram sgematig o wagle a gynhyrchir gan weldio reflow past solder
Achos gwraidd ceudod weldio yw nad yw'r aer neu'r nwy anweddol sydd wedi'i lapio yn y past solder ar ôl toddi yn cael ei ollwng yn llwyr. Mae'r ffactorau dylanwadol yn cynnwys deunydd past solder, siâp argraffu past solder, swm argraffu past solder, tymheredd adlif, amser adlif, maint weldio, strwythur ac yn y blaen.
3. Dilysu o ffactorau dylanwadol argraffu past solder tyllau weldio reflow
Defnyddiwyd profion QFN a sglodion noeth i gadarnhau prif achosion gwagle weldio reflow, ac i ddod o hyd i ffyrdd o wella'r gwagleoedd weldio reflow a argraffwyd gan past solder. Dangosir proffil cynnyrch weldio reflow past weldio QFN a sglodion noeth yn Ffigur 4, maint arwyneb weldio QFN yw 4.4mmx4.1mm, mae wyneb weldio yn haen tun (tun pur 100%); Maint weldio y sglodion noeth yw 3.0mmx2.3mm, mae'r haen weldio yn haen bimetallic nicel-vanadium sputtered, ac mae'r haen wyneb yn fanadium. Roedd pad weldio y swbstrad yn dipio aur nicel-palladium electroless, ac roedd y trwch yn 0.4μm/0.06μm/0.04μm. Defnyddir past solder SAC305, yr offer argraffu past solder yw DEK Horizon APix, yr offer ffwrnais adlif yw BTUPyramax150N, a'r offer pelydr-x yw DAGExD7500VR.
QFN a darluniau weldio sglodion noeth
Er mwyn hwyluso cymharu canlyniadau profion, perfformiwyd weldio reflow o dan yr amodau yn Nhabl 2.
Tabl cyflwr weldio Reflow
Ar ôl cwblhau'r mowntio arwyneb a weldio reflow, canfuwyd yr haen weldio gan belydr-X, a chanfuwyd bod tyllau mawr yn yr haen weldio ar waelod QFN a sglodion noeth, fel y dangosir yn Ffigur 5.
Hologram QFN a Sglodion (pelydr-X)
Gan y bydd maint gleiniau tun, trwch rhwyll dur, cyfradd agor ardal, siâp rhwyll dur, amser adlif a thymheredd brig ffwrnais i gyd yn effeithio ar wagleoedd weldio reflow, mae yna lawer o ffactorau dylanwadu, a fydd yn cael eu gwirio'n uniongyrchol gan brawf DOE, a nifer y rhai arbrofol bydd grwpiau yn rhy fawr. Mae angen sgrinio'n gyflym a phennu'r prif ffactorau sy'n dylanwadu trwy brawf cymharu cydberthynas, ac yna gwneud y gorau o'r prif ffactorau dylanwadu ymhellach trwy DOE.
3.1 Dimensiynau tyllau sodro a gleiniau tun past solder
Gyda phrawf past solder type3 (maint gleiniau 25-45 μm) SAC305, nid yw amodau eraill wedi newid. Ar ôl reflow, mae'r tyllau yn yr haen sodr yn cael eu mesur a'u cymharu â phast solder math4. Canfyddir nad yw'r tyllau yn yr haen sodr yn sylweddol wahanol rhwng y ddau fath o past solder, sy'n dangos nad oes gan y past solder â gwahanol faint gleiniau unrhyw ddylanwad amlwg ar y tyllau yn yr haen sodr, nad yw'n ffactor dylanwadol, fel y dangosir yn FIG. 6 Fel y dangosir.
Cymhariaeth o dyllau powdr tun metelaidd gyda meintiau gronynnau gwahanol
3.2 Trwch y ceudod weldio a rhwyll dur printiedig
Ar ôl ail-lifo, mesurwyd arwynebedd ceudod yr haen wedi'i weldio gyda'r rhwyll ddur printiedig gyda thrwch o 50 μm, 100 μm a 125 μm, ac arhosodd amodau eraill heb eu newid. Canfuwyd bod effaith gwahanol drwch o rwyll ddur (past solder) ar QFN yn cael ei gymharu ag effaith y rhwyll ddur printiedig gyda thrwch o 75 μm Wrth i drwch y rhwyll ddur gynyddu, mae'r ardal ceudod yn gostwng yn araf yn raddol. Ar ôl cyrraedd trwch penodol (100μm), bydd yr ardal ceudod yn gwrthdroi ac yn dechrau cynyddu gyda chynnydd trwch y rhwyll ddur, fel y dangosir yn Ffigur 7.
Mae hyn yn dangos, pan gynyddir maint y past solder, mae'r tun hylif ag adlif wedi'i orchuddio gan y sglodion, ac mae'r allfa o ddianc aer gweddilliol yn gul ar bedair ochr yn unig. Pan fydd maint y past solder yn cael ei newid, cynyddir allfa'r dianc aer gweddilliol hefyd, a bydd y byrstio aer ar unwaith wedi'i lapio mewn tun hylif neu dun hylif nwy anweddol yn dianc yn achosi i dun hylif dasgu o amgylch QFN a'r sglodion.
Canfu'r prawf, gyda chynnydd trwch y rhwyll ddur, y bydd y byrstio swigen a achosir gan aer neu nwy anweddol yn dianc hefyd yn cynyddu, a bydd y tebygolrwydd y bydd tun yn tasgu o amgylch QFN a sglodion hefyd yn cynyddu'n gyfatebol.
Cymharu tyllau mewn rhwyll ddur o wahanol drwch
3.3 Cymhareb ardal y ceudod weldio ac agoriad rhwyll dur
Profwyd y rhwyll dur printiedig gyda'r gyfradd agoriadol o 100%, 90% ac 80%, ac arhosodd amodau eraill yn ddigyfnewid. Ar ôl ail-lifo, mesurwyd arwynebedd ceudod yr haen wedi'i weldio a'i gymharu â'r rhwyll ddur argraffedig gyda'r gyfradd agor o 100%. Canfuwyd nad oedd gwahaniaeth arwyddocaol yng ngheudod yr haen wedi'i weldio o dan amodau'r gyfradd agoriadol o 100% a 90% 80%, fel y dangosir yn Ffigur 8.
Cymhariaeth ceudod o ardal agor gwahanol o rwyll dur gwahanol
3.4 Ceudod wedi'i Weldio a siâp rhwyll dur wedi'i argraffu
Gyda phrawf siâp argraffu y past solder o stribed b a grid ar oleddf c, nid yw amodau eraill wedi newid. Ar ôl ail-lifo, mae arwynebedd ceudod yr haen weldio yn cael ei fesur a'i gymharu â siâp argraffu grid a. Canfyddir nad oes gwahaniaeth arwyddocaol yng ngheudod yr haen weldio o dan amodau grid, stribed a grid ar oleddf, fel y dangosir yn Ffigur 9.
Cymharu tyllau mewn gwahanol ddulliau agor rhwyll dur
3.5 Weldio ceudod ac amser adlif
Ar ôl prawf amser adlif hir (70 s, 80 s, 90 s), mae amodau eraill yn aros yn ddigyfnewid, mesurwyd y twll yn yr haen weldio ar ôl adlif, ac o'i gymharu â'r amser adlif o 60 s, canfuwyd gyda'r cynnydd o amser adlif, gostyngodd ardal y twll weldio, ond gostyngodd yr amplitude gostyngiad yn raddol gyda'r cynnydd mewn amser, fel y dangosir yn Ffigur 10. Mae hyn yn dangos, yn achos amser adlif annigonol, bod cynyddu'r amser adlif yn ffafriol i'r gorlif llawn aer wedi'i lapio mewn tun hylif tawdd, ond ar ôl i'r amser adlif gynyddu i amser penodol, mae'n anodd gorlifo'r aer sydd wedi'i lapio mewn tun hylifol eto. Amser adlif yw un o'r ffactorau sy'n effeithio ar y ceudod weldio.
Cymhariaeth gwagle o wahanol hydoedd amser adlif
3.6 Ceudod weldio a thymheredd ffwrnais brig
Gyda 240 ℃ a 250 ℃ prawf tymheredd brig ffwrnais ac amodau eraill heb eu newid, mesurwyd arwynebedd ceudod yr haen weldio ar ôl reflow, ac o'i gymharu â 260 ℃ tymheredd ffwrnais brig, canfuwyd bod o dan amodau tymheredd ffwrnais brig gwahanol, y ceudod o ni newidiodd yr haen weldio o QFN a sglodion yn sylweddol, fel y dangosir yn Ffigur 11. Mae'n dangos nad yw tymheredd ffwrnais brig gwahanol yn cael unrhyw effaith amlwg ar QFN a'r twll yn haen weldio y sglodion, nad yw'n ffactor dylanwadol.
Cymhariaeth unedau gwag o wahanol dymereddau brig
Mae'r profion uchod yn dangos mai'r ffactorau arwyddocaol sy'n effeithio ar geudod haen weldio QFN a sglodion yw amser adlif a thrwch rhwyll dur.
4 Sodr past argraffu reflow weldio ceudod gwella
Prawf 4.1DOE i wella ceudod weldio
Gwellwyd y twll yn yr haen weldio o QFN a sglodion trwy ddod o hyd i'r gwerth gorau posibl o'r prif ffactorau dylanwadol (amser adlif a thrwch rhwyll dur). Y past solder oedd SAC305 type4, y siâp rhwyll ddur oedd math o grid (gradd agor 100%), tymheredd brig y ffwrnais oedd 260 ℃, ac roedd amodau prawf eraill yr un fath â rhai'r offer prawf. Dangoswyd prawf DOE a chanlyniadau yn Nhabl 3. Dangosir dylanwadau trwch rhwyll dur ac amser adlif ar QFN a thyllau weldio sglodion yn Ffigur 12. Trwy'r dadansoddiad rhyngweithio o'r prif ffactorau sy'n dylanwadu, canfyddir bod defnyddio trwch rhwyll dur 100 μm a gall amser adlif 80 s leihau ceudod weldio QFN a sglodion yn sylweddol. Gostyngir cyfradd ceudod weldio QFN o'r uchafswm o 27.8% i 16.1%, ac mae cyfradd ceudod weldio sglodion yn cael ei ostwng o'r uchafswm 20.5% i 14.5%.
Yn y prawf, cynhyrchwyd 1000 o gynhyrchion o dan yr amodau gorau posibl (trwch rhwyll dur 100 μm, amser adlif 80 s), a mesurwyd y gyfradd ceudod weldio o 100 QFN a sglodion ar hap. Y gyfradd ceudod weldio gyfartalog o QFN oedd 16.4%, a'r gyfradd ceudod weldio gyfartalog o sglodion oedd 14.7% Mae cyfradd weldio ceudod y sglodion a'r sglodion yn amlwg yn gostwng.
4.2 Mae'r broses newydd yn gwella'r ceudod weldio
Mae'r sefyllfa gynhyrchu wirioneddol a'r prawf yn dangos, pan fo'r ardal ceudod weldio ar waelod y sglodion yn llai na 10%, ni fydd problem cracio safle ceudod sglodion yn digwydd yn ystod y bondio a'r mowldio plwm. Ni all y paramedrau proses sydd wedi'u optimeiddio gan DOE fodloni gofynion dadansoddi a datrys y tyllau yn y weldio reflow past solder confensiynol, ac mae angen lleihau cyfradd ardal ceudod weldio y sglodion ymhellach.
Gan fod y sglodion sydd wedi'i orchuddio ar y sodrwr yn atal y nwy yn y sodrwr rhag dianc, mae'r gyfradd twll ar waelod y sglodion yn cael ei leihau ymhellach trwy ddileu neu leihau'r nwy sodr wedi'i orchuddio. Mabwysiadir proses newydd o weldio reflow gyda dau argraffu past solder: un argraffu past solder, un reflow heb fod yn gorchuddio QFN a sglodion noeth yn gollwng y nwy mewn sodrwr; Dangosir y broses benodol o argraffu past solder eilaidd, clwt ac adlif eilaidd yn Ffigur 13.
Pan gaiff y past solder trwchus 75μm ei argraffu am y tro cyntaf, mae'r rhan fwyaf o'r nwy yn y sodrydd heb orchudd sglodion yn dianc o'r wyneb, ac mae'r trwch ar ôl adlif tua 50μm. Ar ôl cwblhau'r adlif cynradd, mae sgwariau bach yn cael eu hargraffu ar wyneb y sodrydd solidified wedi'i oeri (er mwyn lleihau faint o bast sodr, lleihau swm y gorlifiad nwy, lleihau neu ddileu spatter solder), a'r past solder gyda trwch o 50 μm (mae'r canlyniadau prawf uchod yn dangos mai 100 μm yw'r gorau, felly mae trwch yr argraffu eilaidd yn 100 μm.50 μm = 50 μm), yna gosodwch y sglodion, ac yna dychwelwch trwy 80 s. Nid oes bron unrhyw dwll yn y sodrwr ar ôl yr argraffu a'r ail-lifiad cyntaf, ac mae'r past solder yn yr ail argraffu yn fach, ac mae'r twll weldio yn fach, fel y dangosir yn Ffigur 14.
Ar ôl dau argraffiad o past solder, lluniadu gwag
4.3 Gwirio effaith ceudod weldio
Cynhyrchu 2000 o gynhyrchion (trwch y rhwyll dur argraffu cyntaf yw 75 μm, mae trwch yr ail rwyll dur argraffu yn 50 μm), amodau eraill heb eu newid, mesuriad ar hap o 500 QFN a chyfradd ceudod weldio sglodion, canfuwyd bod y broses newydd ar ôl yr adlif cyntaf dim ceudod, ar ôl yr ail adlif QFN Y gyfradd ceudod weldio uchaf yw 4.8%, ac uchafswm cyfradd weldio ceudod y sglodion yw 4.1%. O'i gymharu â'r broses weldio argraffu un-pas wreiddiol a'r broses optimeiddio DOE, mae'r ceudod weldio yn cael ei leihau'n sylweddol, fel y dangosir yn Ffigur 15. Ni ddarganfuwyd unrhyw graciau sglodion ar ôl profion swyddogaethol o'r holl gynhyrchion.
5 Crynodeb
Gall optimeiddio swm argraffu past solder ac amser adlif leihau'r ardal ceudod weldio, ond mae'r gyfradd ceudod weldio yn dal yn fawr. Gall defnyddio dwy dechneg argraffu past solder weldio reflow yn effeithiol a gwneud y mwyaf o'r gyfradd ceudod weldio. Gall arwynebedd weldio sglodion noeth cylched QFN fod yn 4.4mm x4.1mm a 3.0mm x2.3mm yn y drefn honno mewn cynhyrchiad màs Mae cyfradd ceudod y weldio reflow yn cael ei reoli o dan 5%, sy'n gwella ansawdd a dibynadwyedd weldio reflow. Mae'r ymchwil yn y papur hwn yn darparu cyfeiriad pwysig ar gyfer gwella'r broblem ceudod weldio o arwyneb weldio ardal fawr.
