Ang SMT naggamit sa conventional solder paste air reflow welding cavity analysis ug solusyon (2023 Essence Edition), angayan ka niini!
1 Pasiuna
Sa circuit board nga asembliya, ang solder paste gipatik una sa circuit board solder pad, ug dayon ang lainlaing mga sangkap sa elektroniko gilakip.Sa katapusan, pagkahuman sa reflow furnace, ang mga beads sa lata sa solder paste natunaw ug ang tanan nga mga matang sa elektronik nga sangkap ug ang solder pad sa circuit board gihiusa aron maamgohan ang asembliya sa mga de-koryenteng submodules.Ang surfacemounttechnology (sMT) nagkadaghan nga gigamit sa mga produkto nga high-density packaging, sama sa system level package (siP), ballgridarray (BGA) nga mga himan, ug power bare Chip, square flat pin-less package (quad aatNo-lead, nga gitawag nga QFN ) device.
Tungod sa mga kinaiya sa proseso sa pag-welding sa solder paste ug mga materyales, pagkahuman sa pag-reflow sa welding sa kini nga dagkong mga aparato sa panghimatuud, adunay mga lungag sa lugar nga welding sa solder, nga makaapekto sa mga elektrikal nga kabtangan, thermal properties ug mekanikal nga mga kabtangan sa performance sa produkto, ug gani mosangpot sa kapakyasan sa produkto, busa, aron sa pagpalambo sa solder paste reflow welding lungag nahimong usa ka proseso ug teknikal nga problema nga kinahanglan nga masulbad, ang pipila ka mga tigdukiduki nga analisar ug gitun-an ang mga hinungdan sa BGA solder bola welding lungag, ug naghatag og mga solusyon sa pagpalambo, conventional solder I-paste ang reflow welding process welding area sa QFN nga mas dako pa sa 10mm2 o welding area nga mas dako pa sa 6 mm2's bare chip solution kulang.
Gamita ang Preformsolder welding ug vacuum reflux furnace welding aron mapaayo ang weld hole.Ang prefabricated solder nanginahanglan espesyal nga kagamitan aron ipunting ang flux.Pananglitan, ang chip gi-offset ug gikiling nga seryoso human ang chip gibutang direkta sa prefabricated solder.Kung ang flux mount chip mao ang reflow ug dayon ipunting, ang proseso madugangan sa duha ka reflow, ug ang gasto sa prefabricated solder ug flux nga materyal mas taas kaysa sa solder paste.
Ang mga kagamitan sa vacuum reflux mas mahal, ang kapasidad sa vacuum sa independente nga vacuum chamber ubos kaayo, ang performance sa gasto dili taas, ug ang problema sa pagsabwag sa lata seryoso, nga usa ka importante nga butang sa paggamit sa high-density ug gamay nga pitch. mga produkto.Sa kini nga papel, base sa naandan nga solder paste reflow welding nga proseso, usa ka bag-ong sekondaryang reflow welding nga proseso ang naugmad ug gipaila aron mapaayo ang welding cavity ug masulbad ang mga problema sa pagbugkos ug plastic seal cracking tungod sa welding cavity.
2 Solder paste nga pag-imprenta sa reflow welding cavity ug mekanismo sa produksiyon
2.1 Welding lungag
Human sa reflow welding, ang produkto gisulayan ubos sa x-ray.Ang mga lungag sa welding zone nga adunay mas gaan nga kolor nakit-an nga tungod sa dili igo nga solder sa welding layer, ingon sa gipakita sa Figure 1
X-ray detection sa bubble hole
2.2 Pagporma mekanismo sa welding lungag
Ang pagkuha sa sAC305 solder paste isip usa ka pananglitan, ang nag-unang komposisyon ug function gipakita sa Table 1. Ang flux ug tin beads gidugtong sa usa ka paste nga porma.Ang gibug-aton ratio sa tin solder sa flux mao ang mahitungod sa 9:1, ug ang gidaghanon ratio mao ang mahitungod sa 1:1.
Human maimprinta ug ma-mount ang solder paste sa lainlaing mga sangkap sa elektroniko, ang solder paste moagi sa upat ka yugto sa preheating, pagpaaktibo, reflux ug pagpabugnaw kung kini moagi sa reflux furnace.Ang kahimtang sa solder paste lahi usab nga adunay lainlaing mga temperatura sa lainlaing mga yugto, sama sa gipakita sa Figure 2.
Reperensya sa profile alang sa matag lugar sa reflow soldering
Sa preheating ug activation stage, ang dali moalisngaw nga mga sangkap sa flux sa solder paste mahimong volatilized ngadto sa gas kon init.Sa parehas nga oras, ang mga gas himuon kung ang oxide sa ibabaw sa welding layer makuha.Ang uban niini nga mga gas mo-volatilize ug mobiya sa solder paste, ug ang solder beads hugot nga mu-condensed tungod sa pag-us-os sa flux.Sa yugto sa reflux, ang nahabilin nga flux sa solder paste dali nga moalisngaw, ang mga lobitos sa lata matunaw, usa ka gamay nga kantidad sa flux dali moalisngaw nga gas ug kadaghanan sa hangin sa taliwala sa mga lobitos sa lata dili magkatibulaag sa oras, ug ang nahabilin sa tinunaw nga lata ug ubos sa tensyon sa tinunaw nga lata mao ang hamburger sandwich nga istruktura ug nadakpan sa circuit board solder pad ug electronic nga mga sangkap, ug ang gas nga giputos sa liquid lata mao ang lisud nga sa pag-ikyas lamang pinaagi sa pataas buoyancy Ang ibabaw nga pagtunaw panahon mao ang kaayo. mubo.Kung ang tinunaw nga lata mobugnaw ug mahimong solidong lata, ang mga pores makita sa welding layer ug maporma ang solder hole, sama sa gipakita sa Figure 3.
Schematic diagram sa void nga namugna pinaagi sa solder paste reflow welding
Ang hinungdan sa welding cavity mao nga ang hangin o dali moalisngaw nga gas nga giputos sa solder paste human sa pagtunaw dili hingpit nga ma-discharge.Ang mga hinungdan sa pag-impluwensya naglakip sa solder paste nga materyal, solder paste nga porma sa pag-imprenta, solder paste nga gidaghanon sa pag-imprenta, reflux temperatura, reflux nga oras, welding size, istruktura ug uban pa.
3. Pag-verify sa mga hinungdan sa pag-impluwensya sa solder paste nga pag-imprenta sa reflow welding holes
Ang QFN ug hubo nga mga pagsulay sa chip gigamit aron makumpirma ang mga nag-unang hinungdan sa reflow welding voids, ug aron makapangita mga paagi aron mapaayo ang reflow welding voids nga giimprinta sa solder paste.QFN ug hubo chip solder Paste reflow welding produkto profile gipakita sa Figure 4, QFN welding nawong gidak-on mao ang 4.4mmx4.1mm, welding nawong tinned layer (100% purong lata);Ang gidak-on sa welding sa hubo nga chip mao ang 3.0mmx2.3mm, ang welding layer mao ang sputtered nickel-vanadium bimetallic layer, ug ang surface layer mao ang vanadium.Ang welding pad sa substrate mao ang electroless nickel-palladium gold-dipping, ug ang gibag-on mao ang 0.4μm/0.06μm/0.04μm.Ang SAC305 solder paste gigamit, ang solder paste nga kagamitan sa pag-imprenta mao ang DEK Horizon APix, ang reflux furnace equipment mao ang BTUPyramax150N, ug ang x-ray nga kagamitan mao ang DAGExD7500VR.
QFN ug hubo nga chip welding drawings
Aron mapadali ang pagtandi sa mga resulta sa pagsulay, ang reflow welding gihimo ubos sa mga kondisyon sa Table 2.
Reflow welding kahimtang lamesa
Human makompleto ang pag-mounting ug reflow welding, ang welding layer nakit-an sa X-ray, ug nakit-an nga adunay dagkong mga lungag sa welding layer sa ilawom sa QFN ug hubo nga chip, ingon sa gipakita sa Figure 5.
QFN ug Chip Hologram (X-ray)
Tungod kay ang gidak-on sa tin bead, steel mesh gibag-on, opening area rate, steel mesh shape, reflux time ug peak furnace temperature ang tanan makaapekto sa reflow welding voids, adunay daghang mga hinungdan nga nag-impluwensya, nga direktang mapamatud-an sa DOE test, ug ang gidaghanon sa eksperimento. ang mga grupo mahimong daghan kaayo.Kinahanglan nga dali nga ma-screen ug mahibal-an ang mga nag-unang hinungdan nga nag-impluwensya pinaagi sa pagsulay sa pagtandi sa correlation, ug dayon dugang nga ma-optimize ang mga nag-unang hinungdan nga nag-impluwensya pinaagi sa DOE.
3.1 Mga dimensyon sa solder hole ug solder paste nga tin beads
Uban sa type3 (bead size 25-45 μm) SAC305 solder paste test, ang ubang mga kondisyon nagpabilin nga wala mausab.Human sa reflow, ang mga lungag sa solder layer gisukod ug itandi sa type4 solder paste.Nakaplagan nga ang mga lungag sa solder layer dili kaayo lahi sa taliwala sa duha ka matang sa solder paste, nga nagpakita nga ang solder paste nga adunay lain-laing gidak-on sa bead walay dayag nga impluwensya sa mga lungag sa solder layer, nga dili usa ka impluwensya nga hinungdan, ingon sa gipakita sa FIG.6 Ingon sa gipakita.
Pagtandi sa metallic tin powder hole nga adunay lain-laing gidak-on sa partikulo
3.2 Gibag-on sa welding lungag ug giimprinta steel mata sa baling
Human sa reflow, ang lungag nga dapit sa welded layer gisukod sa giimprinta nga steel mesh nga may gibag-on nga 50 μm, 100 μm ug 125 μm, ug ang ubang mga kondisyon nagpabilin nga wala mausab.Nakaplagan nga ang epekto sa lain-laing gibag-on sa steel mata sa baling (solder paste) sa QFN gitandi sa nga sa giimprinta steel mata sa baling sa gibag-on sa 75 μm Samtang ang gibag-on sa puthaw mata sa baling pagtaas, ang lungag dapit sa hinay-hinay mikunhod.Human sa pagkab-ot sa usa ka piho nga gibag-on (100μm), ang lungag nga dapit mobalik ug magsugod sa pagdugang uban sa pagdugang sa gibag-on sa puthaw mata sa baling, sama sa gipakita sa Figure 7.
Gipakita niini nga kung ang kantidad sa solder paste madugangan, ang likido nga lata nga adunay reflux gitabonan sa chip, ug ang outlet sa nahabilin nga pag-ikyas sa hangin makit-an ra sa upat ka kilid.Kung ang kantidad sa solder paste mausab, ang outlet sa nahabilin nga pag-ikyas sa hangin madugangan usab, ug ang diha-diha nga pagbuto sa hangin nga giputos sa likido nga lata o dali nga gas nga makaikyas sa likido nga lata magpahinabog likido nga lata sa pagsabwag sa palibot sa QFN ug sa chip.
Ang pagsulay nakit-an nga sa pagtaas sa gibag-on sa steel mesh, ang pagbuto sa bula tungod sa pag-ikyas sa hangin o dali moalisngaw nga gas mosaka usab, ug ang posibilidad sa pagsabwag sa lata sa palibot sa QFN ug chip motaas usab.
Pagtandi sa mga lungag sa steel mesh nga lainlain ang gibag-on
3.3 Area ratio sa welding cavity ug steel mesh opening
Ang giimprinta nga steel mesh nga adunay opening rate nga 100%, 90% ug 80% gisulayan, ug ang ubang mga kondisyon nagpabilin nga wala mausab.Human sa reflow, ang lungag nga lugar sa welded layer gisukod ug itandi sa giimprinta nga steel mesh nga adunay 100% opening rate.Nakaplagan nga walay mahinungdanong kalainan sa lungag sa welded layer ubos sa mga kondisyon sa pag-abli rate sa 100% ug 90% 80%, ingon sa gipakita sa Figure 8.
Ang pagtandi sa lungag sa lainlaing lugar sa pag-abli sa lainlaing steel mesh
3.4 Welded nga lungag ug giimprinta nga steel mesh nga porma
Uban sa pagsulay sa porma sa pag-imprinta sa solder paste sa strip b ug hilig nga grid c, ang ubang mga kondisyon nagpabilin nga wala mausab.Human sa reflow, ang lungag nga dapit sa welding layer gisukod ug itandi sa pag-imprinta porma sa grid a.Nakaplagan nga walay mahinungdanong kalainan sa lungag sa welding layer ubos sa mga kondisyon sa grid, strip ug hilig nga grid, sama sa gipakita sa Figure 9.
Pagtandi sa mga lungag sa lain-laing mga paagi sa pag-abli sa steel mata sa baling
3.5 Welding lungag ug reflux panahon
Human sa dugay nga reflux time (70 s, 80 s, 90 s) nga pagsulay, ang ubang mga kondisyon nagpabilin nga wala mausab, ang lungag sa welding layer gisukod human sa reflux, ug itandi sa reflux nga panahon sa 60 s, nakita nga uban sa pagtaas sa reflux nga panahon, ang welding hole area mikunhod, apan ang pagkunhod amplitude anam-anam nga mikunhod uban sa pagtaas sa panahon, sama sa gipakita sa Figure 10. Kini nagpakita nga sa kaso sa dili igo nga reflux nga panahon, ang pagdugang sa reflux nga panahon mao ang conducive sa bug-os nga pag-awas sa hangin giputos sa tinunaw nga liquid lata, apan human sa reflux nga panahon sa pagtaas sa usa ka piho nga panahon, ang hangin nga giputos sa liquid lata mao ang lisud nga sa pag-awas pag-usab.Ang oras sa reflux usa sa mga hinungdan nga nakaapekto sa lungag sa welding.
Walay kapuslanan nga pagtandi sa lainlaing mga gitas-on sa panahon sa reflux
3.6 Welding lungag ug peak hudno temperatura
Uban sa 240 ℃ ug 250 ℃ peak furnace temperature test ug uban pang mga kondisyon nga wala mausab, ang lungag nga dapit sa welded layer gisukod human sa reflow, ug itandi sa 260 ℃ peak furnace temperature, nakit-an nga ubos sa lain-laing mga peak furnace temperatura kondisyon, ang lungag sa ang welded layer sa QFN ug chip wala kaayo mausab, sama sa gipakita sa Figure 11. Kini nagpakita nga ang lain-laing mga peak furnace temperatura walay dayag nga epekto sa QFN ug ang lungag sa welding layer sa chip, nga dili usa ka impluwensya nga butang.
Walay kapuslanan nga pagtandi sa lain-laing mga peak temperatura
Ang mga pagsulay sa ibabaw nagpakita nga ang hinungdanon nga mga hinungdan nga nakaapekto sa weld layer nga lungag sa QFN ug chip mao ang oras sa reflux ug gibag-on nga steel mesh.
4 Solder paste nga pag-imprinta reflow welding cavity improvement
4.1DOE pagsulay sa pagpalambo sa welding lungag
Ang lungag sa welding layer sa QFN ug chip gipaayo pinaagi sa pagpangita sa kamalaumon nga bili sa mga nag-unang mga hinungdan sa pag-impluwensya (reflux time ug steel mesh gibag-on).Ang solder paste mao ang SAC305 type4, ang steel mesh nga porma kay grid type (100% opening degree), ang peak furnace temperature mao ang 260 ℃, ug ang ubang mga kondisyon sa pagsulay parehas sa mga kagamitan sa pagsulay.Ang pagsulay sa DOE ug mga resulta gipakita sa Talaan 3. Ang mga impluwensya sa steel mesh nga gibag-on ug reflux nga oras sa QFN ug chip welding hole gipakita sa Figure 12. Pinaagi sa pag-analisa sa interaksyon sa mga nag-unang nag-impluwensya nga mga hinungdan, Nakaplagan nga ang paggamit sa 100 μm steel mesh gibag-on ug 80 s reflux nga panahon mahimo kamahinungdanon pagpakunhod sa welding lungag sa QFN ug chip.Ang welding cavity rate sa QFN mikunhod gikan sa maximum nga 27.8% ngadto sa 16.1%, ug ang welding cavity rate sa chip mikunhod gikan sa maximum nga 20.5% ngadto sa 14.5%.
Sa pagsulay, 1000 ka mga produkto ang gihimo ubos sa kamalaumon nga mga kondisyon (100 μm steel mesh gibag-on, 80 s reflux time), ug ang welding cavity rate sa 100 QFN ug chip random nga gisukod.Ang kasagaran nga welding cavity rate sa QFN mao ang 16.4%, ug ang average nga welding cavity rate sa chip mao ang 14.7% Ang weld cavity rate sa chip ug ang chip klaro nga pagkunhod.
4.2 Ang bag-ong proseso nagpalambo sa welding cavity
Ang aktuwal nga sitwasyon sa produksiyon ug pagsulay nagpakita nga kung ang welding cavity area sa ilawom sa chip mas mubu sa 10%, ang chip cavity position cracking problem dili mahitabo sa panahon sa lead bonding ug molding.Ang mga parameter sa proseso nga gi-optimize sa DOE dili makatagbo sa mga kinahanglanon sa pag-analisar ug pagsulbad sa mga lungag sa conventional solder paste reflow welding, ug ang welding cavity area rate sa chip kinahanglan nga dugang nga pagkunhod.
Tungod kay ang chip nga gitabonan sa solder nagpugong sa gas sa solder gikan sa pag-ikyas, ang hole rate sa ubos sa chip dugang nga pagkunhod pinaagi sa pagwagtang o pagkunhod sa solder coated gas.Usa ka bag-ong proseso sa reflow welding nga adunay duha ka solder paste nga pag-imprenta ang gisagop: usa ka solder paste nga pag-imprenta, usa ka reflow nga wala magtabon sa QFN ug hubo nga chip nga nagpagawas sa gas sa solder;Ang espesipikong proseso sa secondary solder paste printing, patch ug secondary reflux gipakita sa Figure 13.
Kung ang 75μm nga gibag-on nga solder paste giimprinta sa unang higayon, kadaghanan sa gas sa solder nga walay chip cover mogawas gikan sa ibabaw, ug ang gibag-on human sa reflux mga 50μm.Pagkahuman sa panguna nga reflux, ang gagmay nga mga kwadro giimprinta sa ibabaw sa gipabugnaw nga solidified solder (aron makunhuran ang gidaghanon sa solder paste, pagpakunhod sa gidaghanon sa gas spillover, pagkunhod o pagwagtang sa solder spatter), ug ang solder paste nga adunay usa ka gibag-on nga 50 μm (ang mga resulta sa pagsulay sa ibabaw nagpakita nga ang 100 μm mao ang pinakamaayo, mao nga ang gibag-on sa ikaduha nga pag-imprenta mao ang 100 μm.50 μm = 50 μm), dayon i-install ang chip, ug unya mobalik sa 80 s.Adunay halos walay buslot sa solder human sa unang pag-imprenta ug reflow, ug ang solder paste sa ikaduhang pag-imprenta gamay ra, ug ang welding hole gamay, sama sa gipakita sa Figure 14.
Human sa duha ka pag-imprinta sa solder paste, hollow drawing
4.3 Pag-verify sa epekto sa welding cavity
Production sa 2000 ka mga produkto (ang gibag-on sa unang pag-imprenta steel mata sa baling mao ang 75 μm, ang gibag-on sa ikaduha nga pag-imprenta steel mata sa baling mao ang 50 μm), uban nga mga kondisyon nga wala mausab, random sukod sa 500 QFN ug chip welding lungag rate, nakakaplag nga ang bag-ong proseso human sa una nga reflux walay lungag, human sa ikaduha nga reflux QFN Ang maximum welding cavity rate mao ang 4.8%, ug ang maximum welding cavity rate sa chip mao ang 4.1%.Kon itandi sa orihinal nga single-paste nga proseso sa welding sa pag-imprenta ug sa DOE optimized nga proseso, ang welding cavity gikunhod pag-ayo, sama sa gipakita sa Figure 15. Walay chip cracks nga nakit-an human sa functional nga mga pagsulay sa tanang mga produkto.
5 Katingbanan
Ang pag-optimize sa kantidad sa pag-imprenta sa solder paste ug oras sa reflux makapakunhod sa welding cavity area, apan ang welding cavity rate dako gihapon.Ang paggamit sa duha ka solder paste nga pag-imprenta sa reflow welding nga mga teknik mahimong epektibo ug mapadako ang rate sa welding cavity.Ang welding area sa QFN circuit bare chip mahimong 4.4mm x4.1mm ug 3.0mm x2.3mm matag usa sa mass production Ang cavity rate sa reflow welding kontrolado ubos sa 5%, nga nagpalambo sa kalidad ug kasaligan sa reflow welding.Ang panukiduki sa kini nga papel naghatag usa ka hinungdanon nga pakisayran alang sa pagpaayo sa problema sa welding cavity sa daghang lugar nga welding surface.