SMT itilize analiz kavite soude ak solisyon pat soude konvansyonèl ak reflow lè (Edisyon Essence 2023), ou merite li!
1 Entwodiksyon
Nan asanblaj sikwi a, yo enprime pat soude sou pad soude sikwi a an premye, epi answit yo kole divès konpozan elektwonik yo. Finalman, apre founo reflow la, yo fonn pèl eten ki nan pat soude a epi yo soude tout kalite konpozan elektwonik ak pad soude sikwi a ansanm pou reyalize asanblaj sou-modil elektrik yo. Teknoloji sifas montaj (SMT) ap itilize de pli zan pli nan pwodwi anbalaj dansite wo, tankou pake nivo sistèm (SiP), aparèy ballgridarray (BGA), ak chip pouvwa bare, pake kare plat san pin (Quad aatNo-lead, ke yo rele QFN).
Akòz karakteristik pwosesis soude pat soude a ak materyèl yo, apre soude reflow aparèy sa yo ki gen gwo sifas soude, pral gen twou nan zòn soude a, sa ki pral afekte pwopriyete elektrik, pwopriyete tèmik ak pwopriyete mekanik pwodwi a, e menm mennen nan echèk pwodwi a. Se poutèt sa, amelyore kavite soude reflow pat soude a vin tounen yon pwoblèm pwosesis ak teknik ki dwe rezoud. Gen kèk chèchè ki te analize ak etidye kòz kavite soude boul soude BGA a, epi yo te bay solisyon amelyorasyon. Zòn soude pwosesis soude reflow pat soude konvansyonèl ki gen QFN ki pi gran pase 10mm2 oswa zòn soude ki pi gran pase 6 mm2 a pa disponib.
Sèvi ak soude Preformsolder ak soude nan founo refli vakyòm pou amelyore twou soude a. Soude prefabrike mande pou ekipman espesyal pou pwen flux. Pa egzanp, chip la deplase epi panche anpil apre yo fin mete chip la dirèkteman sou soude prefabrike a. Si yo reflow chip la epi answit pwen flux la, pwosesis la ogmante pa de reflow, epi pri soude prefabrike a ak materyèl flux la pi wo pase pat soude a.
Ekipman refli vakyòm lan pi chè, kapasite vakyòm chanm vakyòm endepandan an trè ba, pèfòmans pri a pa wo, epi pwoblèm eklatman eten an grav, ki se yon faktè enpòtan nan aplikasyon pwodwi dansite segondè ak ti espas. Nan papye sa a, ki baze sou pwosesis soude reflow konvansyonèl pat soude a, yo devlope epi prezante yon nouvo pwosesis soude reflow segondè pou amelyore kavite soude a epi rezoud pwoblèm lyezon ak fann sele plastik ki koze pa kavite soude a.
2 Kavite soude reflow pou enprime pat soude ak mekanis pwodiksyon
2.1 Kavite soude
Apre soude reflow la, yo te teste pwodwi a anba radyografi. Yo te jwenn twou ki nan zòn soude a ki gen koulè pi klè yo te akòz mank soudi nan kouch soude a, jan yo montre nan Figi 1.
Deteksyon twou bul la pa radyografi
2.2 Mekanis fòmasyon kavite soude a
Si nou pran pat soude sAC305 la kòm egzanp, konpozisyon prensipal ak fonksyon li yo montre nan Tablo 1. Pèl flux ak eten yo lye ansanm nan fòm pat. Rapò pwa soude eten ak flux la se anviwon 9:1, epi rapò volim nan se anviwon 1:1.
Apre yo fin enprime pat soude a epi monte l ak plizyè konpozan elektwonik, pat soude a ap sibi kat etap: prechofaj, aktivasyon, refli ak refwadisman lè l ap pase nan fou refli a. Eta pat soude a diferan tou ak diferan tanperati nan diferan etap yo, jan yo montre nan Figi 2.
Referans pwofil pou chak zòn soudaj reflow
Nan etap prechofaj ak aktivasyon an, konpozan temèt ki nan flux ki nan pat soude a pral evapore an gaz lè yo chofe. An menm tan, gaz yo pral pwodui lè oksid ki sou sifas kouch soude a retire. Kèk nan gaz sa yo pral evapore epi kite pat soude a, epi pèl soude yo pral byen kondanse akòz evaporasyon flux la. Nan etap refli a, flux ki rete nan pat soude a pral evapore byen vit, pèl eten yo pral fonn, yon ti kantite gaz temèt flux ak pifò lè ki ant pèl eten yo pap gaye alè, epi rezidyèl ki nan eten fonn lan ak anba tansyon eten fonn lan fòme yon estrikti sandwich anmbègè epi yo kenbe pa pad soude sikwi a ak konpozan elektwonik yo, epi gaz ki vlope nan eten likid la difisil pou chape sèlman pa flotabilite anlè a. Tan fizyon anwo a trè kout. Lè eten fonn lan refwadi epi li vin eten solid, porositë parèt nan kouch soude a epi twou soude yo fòme, jan yo montre nan Figi 3.
Dyagram eskematik yon vid ki pwodui pa soude ak reflow pat soude
Kòz prensipal kavite soude a se lè a oswa gaz temèt ki vlope nan pat soude a apre fonn pa konplètman egzeye. Faktè enfliyans yo enkli materyèl pat soude a, fòm enprime pat soude a, kantite enprime pat soude a, tanperati refli a, tan refli a, gwosè soude a, estrikti a ak sou sa.
3. Verifikasyon faktè enfliyans sou twou soude reflow enprime pat soude
Yo te itilize tès QFN ak chip toutouni pou konfime prensipal kòz vid soude reflow yo, epi pou jwenn fason pou amelyore vid soude reflow ki enprime ak pat soude. Pwofil pwodwi soude reflow QFN ak pat soude chip toutouni yo montre nan Figi 4, gwosè sifas soude QFN lan se 4.4mmx4.1mm, sifas soude a se yon kouch eten (100% eten pi); Gwosè soude chip toutouni an se 3.0mmx2.3mm, kouch soude a se yon kouch bimetalik nikèl-vanadyòm ki te depoze pa pulverizasyon katodik, epi kouch sifas la se vanadyòm. Pat soude substra a te tranpe nan lò nikèl-paladyòm san elektrisite, epi epesè a te 0.4μm/0.06μm/0.04μm. Yo te itilize pat soude SAC305, ekipman enprime pat soude a se DEK Horizon APix, ekipman founo refli a se BTUPyramax150N, epi ekipman radyografi a se DAGExD7500VR.
Desen soude QFN ak chip toutouni
Pou fasilite konparezon rezilta tès yo, soude reflow te fèt anba kondisyon ki nan Tablo 2.
Tablo kondisyon soudaj reflow
Apre yo te fin fè montaj sifas la ak soude reflow la, yo te detekte kouch soude a pa radyografi, epi yo te jwenn ke te gen gwo twou nan kouch soude a nan pati anba QFN nan ak chip la, jan yo montre nan Figi 5.
QFN ak Chip Hologram (X-ray)
Piske gwosè pèl fèblan, epesè may asye, vitès sifas ouvèti, fòm may asye, tan refli ak tanperati pik founo a tout ap afekte vid soudaj reflow yo, gen anpil faktè enfliyans, ki pral verifye dirèkteman pa tès DOE, epi kantite gwoup eksperimantal yo pral twò gwo. Li nesesè pou byen vit tcheke epi detèmine faktè enfliyans prensipal yo atravè tès konparezon korelasyon, epi answit optimize faktè enfliyans prensipal yo plis atravè DOE.
3.1 Dimansyon twou soude ak pèl fèblan pat soude
Avèk tès pat soude SAC305 tip 3 (gwosè pèl 25-45 μm), lòt kondisyon yo rete san chanjman. Apre reflow, twou ki nan kouch soude a mezire epi konpare ak pat soude tip 4. Yo jwenn ke twou ki nan kouch soude a pa siyifikativman diferan ant de kalite pat soude yo, sa ki endike ke pat soude ki gen diferan gwosè pèl pa gen okenn enfliyans evidan sou twou ki nan kouch soude a, ki pa yon faktè enfliyans, jan yo montre nan FIG. 6.
Konparezon twou poud fèblan metalik ak diferan gwosè patikil
3.2 Epesè kavite soude a ak may asye enprime a
Apre reflou a, yo te mezire sifas kavite kouch soude a avèk may asye enprime a ki gen epesè 50 μm, 100 μm ak 125 μm, epi lòt kondisyon yo te rete menm jan. Yo te jwenn ke efè diferan epesè may asye (pat soude) sou QFN te konpare ak efè may asye enprime a ki gen epesè 75 μm. Ofiramezi epesè may asye a ogmante, sifas kavite a diminye piti piti. Apre li rive nan yon sèten epesè (100 μm), sifas kavite a ap ranvèse epi kòmanse ogmante avèk ogmantasyon epesè may asye a, jan yo montre nan Figi 7.
Sa montre ke lè kantite pat soude a ogmante, eten likid ki gen refli a kouvri pa chip la, epi sòti lè rezidyèl la sèlman etwat sou kat bò. Lè kantite pat soude a chanje, sòti lè rezidyèl la ogmante tou, epi eksplozyon lè enstantane ki vlope nan eten likid la oswa gaz temèt ki chape nan eten likid la ap lakòz eten likid la gaye toupatou nan QFN ak chip la.
Tès la te jwenn ke avèk ogmantasyon epesè may asye a, pete bul ki koze pa chape lè oswa gaz temèt ap ogmante tou, epi pwobabilite pou eten pwopaje alantou QFN ak chip la ap ogmante tou kòmsadwa.
Konparezon twou nan may asye ki gen diferan epesè
3.3 Rapò sifas kavite soude a ak ouvèti may asye a
Yo te teste may asye enprime a ak yon to ouvèti 100%, 90% ak 80%, epi lòt kondisyon yo te rete menm jan. Apre reflou a, yo te mezire sifas kavite kouch soude a epi yo te konpare l ak may asye enprime a ak yon to ouvèti 100%. Yo te jwenn ke pa te gen okenn diferans enpòtan nan kavite kouch soude a anba kondisyon to ouvèti 100% ak 90% 80%, jan yo montre nan Figi 8.
Konparezon kavite nan diferan zòn ouvèti nan diferan may asye
3.4 Kavite soude ak fòm may asye enprime
Avèk tès fòm enprime pat soude bann b ak griy enkline c a, lòt kondisyon yo rete menm jan. Apre reflou a, yo mezire sifas kavite kouch soude a epi yo konpare l ak fòm enprime griy a. Yo jwenn ke pa gen okenn diferans enpòtan nan kavite kouch soude a anba kondisyon griy, bann ak griy enkline, jan yo montre nan Figi 9.
Konparezon twou nan diferan mòd ouvèti may asye
3.5 Kavite soude ak tan refli
Apre yon tès tan refli pwolonje (70 s, 80 s, 90 s), lòt kondisyon yo rete menm jan, twou ki nan kouch soude a te mezire apre refli a, epi konpare ak tan refli 60 s la, yo te jwenn ke avèk ogmantasyon tan refli a, sifas twou soude a te diminye, men anplitid rediksyon an te diminye piti piti avèk ogmantasyon tan an, jan yo montre nan Figi 10. Sa montre ke nan ka tan refli ensifizan, ogmante tan refli a fezab pou debòde konplè lè ki vlope nan eten likid fonn lan, men apre tan refli a ogmante rive nan yon sèten tan, lè ki vlope nan eten likid la difisil pou debòde ankò. Tan refli a se youn nan faktè ki afekte kavite soude a.
Konparezon vid ant diferan dire tan refli
3.6 Kavite soude ak tanperati pik founo a
Avèk tès tanperati pik founo 240 ℃ ak 250 ℃ epi lòt kondisyon yo pa chanje, yo te mezire sifas kavite kouch soude a apre reflou a, epi konpare ak tanperati pik founo 260 ℃, yo te jwenn ke anba diferan kondisyon tanperati pik founo, kavite kouch soude QFN ak chip la pa t chanje anpil, jan yo montre nan Figi 11. Li montre ke diferan tanperati pik founo pa gen okenn efè evidan sou QFN ak twou nan kouch soude chip la, ki se pa yon faktè enfliyan.
Konparezon vid ant diferan tanperati pik yo
Tès ki anwo yo endike ke faktè enpòtan ki afekte kavite kouch soude QFN a ak chip la se tan refli ak epesè may asye a.
4 Amelyorasyon kavite soude pou enprime pat soude ak reflow
Tès 4.1DOE pou amelyore kavite soude a
Yo te amelyore twou nan kouch soude QFN ak chip la lè yo te jwenn valè optimal prensipal faktè enfliyans yo (tan refli ak epesè may asye). Pat soude a te SAC305 tip 4, fòm may asye a te tip kadriyaj (100% degre ouvèti), tanperati pik founo a te 260 ℃, epi lòt kondisyon tès yo te menm ak sa yo ki te itilize nan ekipman tès la. Tès DOE ak rezilta yo te montre nan Tablo 3. Enfliyans epesè may asye ak tan refli sou twou soude QFN ak chip yo montre nan Figi 12. Atravè analiz entèraksyon prensipal faktè enfliyans yo, yo te jwenn ke lè yo itilize yon epesè may asye 100 μm ak yon tan refli 80 s, kavite soude QFN ak chip la ka diminye anpil. To kavite soude QFN a redwi soti nan yon maksimòm 27.8% a 16.1%, epi to kavite soude chip la redwi soti nan yon maksimòm 20.5% a 14.5%.
Nan tès la, yo te pwodui 1000 pwodwi anba kondisyon optimal yo (100 μm epesè may asye, 80 s tan refli), epi yo te mezire owaza pousantaj kavite soude 100 QFN ak chip la. Pousantaj kavite soude mwayèn QFN lan te 16.4%, epi pousantaj kavite soude mwayèn chip la te 14.7%. Pousantaj kavite soude chip la ak chip la te evidamman redwi.
4.2 Nouvo pwosesis la amelyore kavite soude a
Sitiyasyon pwodiksyon aktyèl la ak tès yo montre ke lè sifas kavite soude ki anba chip la mwens pase 10%, pwoblèm fann nan pozisyon kavite chip la pa pral rive pandan lyezon plon an ak bòdi a. Paramèt pwosesis yo optimize pa DOE pa ka satisfè egzijans pou analize ak rezoud twou yo nan soude reflow pat soude konvansyonèl la, epi pousantaj sifas kavite soude chip la bezwen redwi plis toujou.
Piske chip ki kouvri sou soudi a anpeche gaz ki nan soudi a chape, pousantaj twou ki anba chip la diminye plis toujou lè yo elimine oswa diminye gaz ki kouvri ak soudi a. Yo adopte yon nouvo pwosesis soude reflow ak de enprime pat soude: yon enprime pat soude, yon reflow ki pa kouvri QFN epi chip toutouni ki dechaje gaz la nan soudi a; Pwosesis espesifik enprime pat soude segondè, patch ak refli segondè yo montre nan Figi 13.
Lè yo enprime pat soude 75μm epesè a pou premye fwa, pifò gaz ki nan soude a san kouvèti chip la soti nan sifas la, epi epesè a apre refli a se anviwon 50μm. Apre refli prensipal la fini, yo enprime ti kare sou sifas soude solidifye ki refwadi a (pou diminye kantite pat soude a, diminye kantite debòdman gaz, diminye oswa elimine pwojeksyon soude), epi yo enprime pat soude a ak yon epesè 50 μm (rezilta tès ki anwo yo montre ke 100 μm se pi bon an, kidonk epesè enprime segondè a se 100 μm.50 μm = 50 μm), answit enstale chip la, epi retounen pandan 80 segonn. Prèske pa gen twou nan soude a apre premye enprime a ak refli, epi pat soude a nan dezyèm enprime a piti, epi twou soude a piti, jan yo montre nan Figi 14.
Apre de enprime pat soude, desen kre
4.3 Verifikasyon efè kavite soude a
Pwodiksyon 2000 pwodwi (epesè premye may asye enprime a se 75 μm, epesè dezyèm may asye enprime a se 50 μm), lòt kondisyon yo pa chanje, mezi o aza 500 QFN ak pousantaj kavite soude chip la, yo te jwenn ke nouvo pwosesis la apre premye refli a pa gen kavite, apre dezyèm QFN refli a Pousantaj maksimòm kavite soude a se 4.8%, epi pousantaj maksimòm kavite soude chip la se 4.1%. Konpare ak pwosesis soude enprime yon sèl-pat orijinal la ak pwosesis optimize DOE a, kavite soude a siyifikativman redwi, jan yo montre nan Figi 15. Pa gen okenn fant chip ki te jwenn apre tès fonksyonèl sou tout pwodwi yo.
5 Rezime
Optimize kantite enprime pat soude ak tan refli ka diminye sifas kavite soude a, men vitès kavite soude a toujou wo. Itilizasyon de teknik soude reflow enprime pat soude ka efektivman maksimize vitès kavite soude a. Zòn soude chip sikwi QFN a ka 4.4mm x4.1mm ak 3.0mm x2.3mm respektivman nan pwodiksyon an mas. Vitès kavite soude reflow la kontwole anba 5%, sa ki amelyore kalite ak fyab soude reflow la. Rechèch nan papye sa a bay yon referans enpòtan pou amelyore pwoblèm kavite soude sou sifas soude gwo zòn.
