SMT usa solución e análise de cavidades de soldadura por refluxo de aire de pasta de soldadura convencional (Edición Esencia 2023), meréceo.
1. Introdución
![dtrgf (1)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-1.png)
No conxunto da placa de circuíto, a pasta de soldadura impresa primeiro na almofada de soldadura da placa de circuíto e despois colócanse varios compoñentes electrónicos.Finalmente, despois do forno de refluxo, as perlas de estaño na pasta de soldadura son fundidas e todo tipo de compoñentes electrónicos e a almofada de soldadura da placa de circuíto son soldadas para realizar a montaxe de submódulos eléctricos.a tecnoloxía de montaxe superficial (sMT) utilízase cada vez máis en produtos de envasado de alta densidade, como paquetes de nivel de sistema (siP), dispositivos ballgridarray (BGA) e chips de potencia sen pines planos cadrados (quad aatNo-lead, denominado QFN). ) dispositivo.
Debido ás características do proceso e dos materiais de soldadura con pasta de soldadura, despois da soldadura por refluxo destes dispositivos de gran superficie de soldadura, haberá buratos na zona de soldadura, o que afectará ás propiedades eléctricas, térmicas e mecánicas do produto. mesmo levar ao fracaso do produto, polo tanto, para mellorar a cavidade de soldeo de refluxo de pasta de soldar converteuse nun proceso e problema técnico que debe ser resolto, algúns investigadores analizaron e estudaron as causas da cavidade de soldadura de bolas de soldadura BGA e proporcionaron solucións de mellora, soldadura convencional Proceso de soldadura por refluxo de pasta de área de soldadura de QFN superior a 10 mm2 ou área de soldadura superior a 6 mm2 Falta a solución de chip desnudo.
Use a soldadura de Preformsolder e a soldadura de forno de refluxo ao baleiro para mellorar o orificio de soldadura.A soldadura prefabricada require un equipo especial para apuntar o fluxo.Por exemplo, o chip está desviado e inclinado seriamente despois de que o chip se coloque directamente sobre a soldadura prefabricada.Se o chip de montaxe de fluxo é refluxo e despois apunta, o proceso aumenta en dous refluxos e o custo da soldadura prefabricada e do material de fluxo é moito maior que a pasta de soldadura.
O equipo de refluxo ao baleiro é máis caro, a capacidade de baleiro da cámara de baleiro independente é moi baixa, o rendemento do custo non é alto e o problema de salpicaduras de estaño é grave, o que é un factor importante na aplicación de alta densidade e paso pequeno. produtos.Neste documento, baseado no proceso de soldadura por refluxo de pasta de soldadura convencional, desenvólvese e introdúcese un novo proceso de soldadura por refluxo secundario para mellorar a cavidade de soldadura e resolver os problemas de unión e rachaduras de selado plástico causadas pola cavidade de soldadura.
2 Cavidade de soldadura por refluxo de impresión de pasta de soldar e mecanismo de produción
2.1 Cavidade de soldadura
Despois da soldadura por refluxo, o produto foi probado baixo raios X.Atopouse que os buracos na zona de soldadura cunha cor máis clara se deben a unha soldadura insuficiente na capa de soldadura, como se mostra na Figura 1.
![dtrgf (2)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-2.png)
Detección por raios X do buraco da burbulla
2.2 Mecanismo de formación da cavidade de soldadura
Tomando como exemplo a pasta de soldadura sAC305, a composición e función principal móstranse na táboa 1. O fluxo e as perlas de estaño están unidas en forma de pasta.A relación de peso entre a soldadura de estaño e o fluxo é de aproximadamente 9:1 e a relación de volume é de aproximadamente 1:1.
![dtrgf (3)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-3.png)
Despois de que a pasta de soldadura sexa impresa e montada con varios compoñentes electrónicos, a pasta de soldadura pasará por catro etapas de prequecemento, activación, refluxo e arrefriamento cando pase polo forno de refluxo.O estado da pasta de soldadura tamén é diferente con diferentes temperaturas en diferentes etapas, como se mostra na Figura 2.
![dtrgf (4)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-4.png)
Referencia de perfil para cada área de soldadura por reflujo
Na fase de prequecemento e activación, os compoñentes volátiles do fluxo da pasta de soldadura volatilizaranse en gas cando se quenta.Ao mesmo tempo, produciranse gases cando se elimine o óxido da superficie da capa de soldadura.Algúns destes gases volatilizaranse e deixarán a pasta de soldadura, e as perlas de soldadura estarán fortemente condensadas debido á volatilización do fluxo.Na fase de refluxo, o fluxo restante na pasta de soldadura evaporarase rapidamente, as perlas de estaño derreteranse, unha pequena cantidade de gas volátil de fluxo e a maior parte do aire entre as perlas de estaño non se dispersará no tempo e o residuo na fase de refluxo. o estaño fundido e baixo a tensión da estaño fundido son unha estrutura de sándwich de hamburguesa e están atrapados pola almofada de soldadura da placa de circuíto e os compoñentes electrónicos, e o gas envolto no estaño líquido é difícil de escapar só pola flotabilidade ascendente. O tempo de fusión superior é moi curto.Cando o estaño fundido arrefría e convértese en estaño sólido, aparecen poros na capa de soldadura e fórmanse orificios de soldadura, como se mostra na Figura 3.
![dtrgf (5)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-5.png)
Diagrama esquemático do baleiro xerado pola soldadura por refluxo de pasta de soldadura
A causa raíz da cavidade de soldadura é que o aire ou o gas volátil envolto na pasta de soldadura despois da fusión non se descarga completamente.Os factores que inflúen inclúen o material de pasta de soldadura, a forma de impresión de pasta de soldadura, a cantidade de impresión de pasta de soldadura, a temperatura de refluxo, o tempo de refluxo, o tamaño da soldadura, a estrutura, etc.
3. Verificación dos factores de influencia dos buratos de soldadura por refluxo de impresión de pasta de soldar
Utilizáronse probas de QFN e bare chip para confirmar as principais causas dos baleiros de soldadura por refluxo e para atopar formas de mellorar os ocos de soldadura por refluxo impresos con pasta de soldadura.QFN e o perfil do produto de soldadura por refluxo de pasta de soldadura de chip desnudo móstrase na figura 4, o tamaño da superficie de soldadura QFN é de 4,4 mm x 4,1 mm, a superficie de soldadura é unha capa estañada (100% de estaño puro);O tamaño de soldadura do chip espido é de 3,0 mm x 2,3 mm, a capa de soldadura é unha capa bimetálica de níquel-vanadio por pulverización e a capa superficial é de vanadio.A almofada de soldadura do substrato foi de inmersión en ouro de níquel-paladio sen electrodos e o espesor era de 0,4 μm/0,06 μm/0,04 μm.Utilízase pasta de soldadura SAC305, o equipo de impresión de pasta de soldadura é DEK Horizon APix, o equipo de forno de refluxo é BTUPyramax150N e o equipo de raios X é DAGExD7500VR.
![dtrgf (6)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-6.png)
Debuxos de soldadura QFN e viruta nua
Para facilitar a comparación dos resultados das probas, realizouse a soldadura por refluxo nas condicións da táboa 2.
![dtrgf (7)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-7.png)
Táboa de condicións de soldadura por refluxo
Despois de completar o montaxe superficial e a soldadura por refluxo, a capa de soldeo foi detectada por raios X e descubriuse que había grandes buratos na capa de soldadura na parte inferior do QFN e o chip espido, como se mostra na Figura 5.
![dtrgf (8)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-8.png)
QFN e holograma de chip (raios X)
Dado que o tamaño da perla de estaño, o grosor da malla de aceiro, a velocidade da área de apertura, a forma da malla de aceiro, o tempo de refluxo e a temperatura máxima do forno afectarán os baleiros de soldadura por refluxo, hai moitos factores que inflúen, que serán verificados directamente pola proba DOE e o número de experimentos experimentais. os grupos serán demasiado grandes.É necesario analizar e determinar rapidamente os principais factores de influencia a través da proba de comparación de correlacións e, a continuación, optimizar aínda máis os principais factores de influencia a través do DOE.
3.1 Dimensións dos buratos de soldadura e das contas de lata de pasta de soldadura
Coa proba de pasta de soldadura SAC305 de tipo 3 (tamaño de perla 25-45 μm), outras condicións permanecen sen cambios.Despois do refluxo, os orificios na capa de soldadura mídense e compáranse coa pasta de soldadura tipo 4.Descúbrese que os buracos da capa de soldadura non son significativamente diferentes entre os dous tipos de pasta de soldadura, o que indica que a pasta de soldadura con diferentes tamaños de cordón non ten unha influencia obvia nos buracos da capa de soldadura, o que non é un factor de influencia. como se mostra na FIG.6 Como se mostra.
![dtrgf (9)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-9.png)
Comparación de buracos de po de estaño metálico con diferentes tamaños de partículas
3.2 Espesor da cavidade de soldadura e da malla de aceiro impresa
Despois do refluxo, a área da cavidade da capa soldada foi medida coa malla de aceiro impresa cun espesor de 50 μm, 100 μm e 125 μm, e outras condicións permaneceron sen cambios.Comparouse o efecto de diferentes espesores da malla de aceiro (pasta de soldadura) sobre QFN co da malla de aceiro impresa cun espesor de 75 μm A medida que aumenta o grosor da malla de aceiro, a área da cavidade diminúe lentamente.Despois de alcanzar un certo espesor (100 μm), a área da cavidade inverterase e comezará a aumentar co aumento do espesor da malla de aceiro, como se mostra na Figura 7.
Isto mostra que cando se aumenta a cantidade de pasta de soldadura, a lata líquida con refluxo está cuberta polo chip e a saída do aire residual é só estreita en catro lados.Cando se cambia a cantidade de pasta de soldadura, tamén se aumenta a saída do aire residual e a explosión instantánea de aire envolto en estaño líquido ou estaño líquido que escapa de gas volátil fará que salpica estaño líquido ao redor de QFN e do chip.
A proba descubriu que co aumento do grosor da malla de aceiro, o estoupido de burbullas causado pola fuga de aire ou gas volátil tamén aumentará e a probabilidade de salpicaduras de estaño ao redor de QFN e chip tamén aumentará de forma correspondente.
![dtrgf (10)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-10.png)
Comparación de buratos en malla de aceiro de diferente grosor
3.3 Relación de área entre a cavidade de soldadura e a abertura da malla de aceiro
Probouse a malla de aceiro impresa cunha taxa de apertura do 100%, 90% e 80% e outras condicións permaneceron sen cambios.Despois do refluxo, mediuse a área da cavidade da capa soldada e comparouse coa malla de aceiro impresa coa taxa de apertura do 100%.Descubriuse que non había diferenzas significativas na cavidade da capa soldada nas condicións da taxa de apertura do 100% e do 90% ao 80%, como se mostra na Figura 8.
![dtrgf (11)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-11.png)
Comparación de cavidades de diferentes áreas de apertura de diferentes mallas de aceiro
3.4 Cavidade soldada e forma de malla de aceiro impresa
Coa proba de forma de impresión da pasta de soldadura da tira b e da reixa inclinada c, outras condicións permanecen sen cambios.Despois do refluxo, mídese a área da cavidade da capa de soldadura e compárase coa forma de impresión da reixa a.Descúbrese que non hai diferenzas significativas na cavidade da capa de soldadura nas condicións de cuadrícula, tira e reixa inclinada, como se mostra na Figura 9.
![dtrgf (12)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-12.png)
Comparación de buratos en diferentes modos de apertura de malla de aceiro
3.5 Cavidade de soldadura e tempo de refluxo
Despois da proba de tempo de refluxo prolongado (70 s, 80 s, 90 s), outras condicións permanecen inalteradas, o buraco na capa de soldadura foi medido despois do refluxo e, en comparación co tempo de refluxo de 60 s, comprobouse que co aumento de tempo de refluxo, a área do burato de soldeo diminuíu, pero a amplitude de redución diminuíu gradualmente co aumento do tempo, como se mostra na Figura 10. Isto mostra que, no caso de tempo de refluxo insuficiente, o aumento do tempo de refluxo conduce ao desbordamento total do aire. envolto en estaño líquido fundido, pero despois de que o tempo de refluxo aumenta ata un tempo determinado, o aire envolto en estaño líquido é difícil de volver a desbordar.O tempo de refluxo é un dos factores que afectan á cavidade de soldadura.
![dtrgf (13)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-13.png)
Comparación de baleiros de diferentes duracións de tempo de refluxo
3.6 Cavidade de soldadura e temperatura máxima do forno
Coa proba de temperatura máxima do forno de 240 ℃ e 250 ℃ e outras condicións sen cambios, a área da cavidade da capa soldada foi medida despois do refluxo e, en comparación coa temperatura máxima do forno de 260 ℃, descubriuse que en diferentes condicións de temperatura máxima do forno, a cavidade do a capa soldada de QFN e chip non cambiou significativamente, como se mostra na Figura 11. Mostra que a temperatura máxima do forno diferente non ten ningún efecto obvio sobre QFN e o burato na capa de soldadura do chip, que non é un factor de influencia.
![dtrgf (14)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-14.png)
Comparación nula de diferentes temperaturas máximas
As probas anteriores indican que os factores significativos que afectan á cavidade da capa de soldadura de QFN e chip son o tempo de refluxo e o grosor da malla de aceiro.
4 Mellora da cavidade de soldadura por refluxo da impresión de pasta de soldadura
4.1 Proba DOE para mellorar a cavidade de soldadura
O burato na capa de soldadura de QFN e chip mellorouse ao atopar o valor óptimo dos principais factores de influencia (tempo de refluxo e grosor da malla de aceiro).A pasta de soldadura era tipo SAC305 4, a forma de malla de aceiro era tipo reixa (grao de apertura do 100%), a temperatura máxima do forno era de 260 ℃ e outras condicións de proba eran as mesmas que as do equipo de proba.A proba DOE e os resultados mostráronse na Táboa 3. As influencias do espesor da malla de aceiro e o tempo de refluxo nos buratos de soldadura QFN e chip móstranse na Figura 12. A través da análise da interacción dos principais factores que inflúen, atópase que usando un espesor de malla de aceiro de 100 μm e o tempo de refluxo de 80 s pode reducir significativamente a cavidade de soldeo de QFN e chip.A taxa de cavidade de soldadura de QFN redúcese do 27,8% ao 16,1% como máximo e a taxa de cavidade de soldadura do chip redúcese do 20,5% ao 14,5% máximo.
Na proba, producíronse 1000 produtos nas condicións óptimas (espesor da malla de aceiro de 100 μm, tempo de refluxo de 80 s) e mediuse aleatoriamente a taxa de cavidade de soldadura de 100 QFN e chip.A taxa media de cavidade de soldadura de QFN foi do 16,4% e a taxa media de cavidade de soldadura do chip foi do 14,7%. Obviamente, a taxa de cavidade de soldadura do chip e do chip redúcese.
![dtrgf (15)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-15.png)
![dtrgf (16)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-16.png)
4.2 O novo proceso mellora a cavidade de soldadura
A situación de produción real e as probas mostran que cando a área da cavidade de soldadura na parte inferior do chip é inferior ao 10%, o problema de rachadura da posición da cavidade do chip non se producirá durante a unión e o moldeado de chumbo.Os parámetros do proceso optimizados polo DOE non poden cumprir os requisitos de análise e resolución dos buratos na soldadura por refluxo de pasta de soldadura convencional, e a taxa de área da cavidade de soldadura do chip debe reducirse aínda máis.
Dado que o chip cuberto na soldadura impide que o gas da soldadura escape, a taxa de burato na parte inferior do chip redúcese aínda máis eliminando ou reducindo o gas revestido de soldadura.Adoptase un novo proceso de soldadura por refluxo con dúas impresións de pasta de soldadura: unha impresión de pasta de soldadura, outra de refluxo que non cubre QFN e o chip espido que descarga o gas na soldadura;O proceso específico de impresión de pasta de soldadura secundaria, parche e refluxo secundario móstrase na Figura 13.
![dtrgf (17)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-17.png)
Cando a pasta de soldadura de 75 μm de espesor se imprime por primeira vez, a maior parte do gas da soldadura sen tapa de chip escapa da superficie e o espesor despois do refluxo é duns 50 μm.Despois de completar o refluxo primario, imprímanse pequenos cadrados na superficie da soldadura solidificada arrefriada (para reducir a cantidade de pasta de soldadura, reducir a cantidade de derrame de gas, reducir ou eliminar as salpicaduras de soldadura) e a pasta de soldadura con un espesor de 50 μm (os resultados das probas anteriores mostran que 100 μm é o mellor, polo que o grosor da impresión secundaria é de 100 μm, 50 μm = 50 μm), a continuación, instale o chip e, a continuación, regrese durante 80 s.Case non hai buracos na soldadura despois da primeira impresión e refluxo, e a pasta de soldadura na segunda impresión é pequena e o buraco de soldadura é pequeno, como se mostra na Figura 14.
![dtrgf (18)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-18.png)
Despois de dúas impresións de pasta de soldar, debuxo oco
4.3 Verificación do efecto cavidade de soldadura
Produción de 2000 produtos (o grosor da primeira malla de aceiro de impresión é de 75 μm, o grosor da segunda malla de aceiro de impresión é de 50 μm), outras condicións sen cambios, medición aleatoria de 500 QFN e taxa de cavidade de soldadura de chip, descubriu que o novo proceso despois do primeiro refluxo sen cavidade, despois do segundo refluxo QFN A taxa máxima de cavidade de soldadura é do 4,8% e a taxa máxima de cavidade de soldadura do chip é do 4,1%.En comparación co proceso orixinal de soldadura de impresión dunha soa pasta e co proceso optimizado DOE, a cavidade de soldadura redúcese significativamente, como se mostra na Figura 15. Non se atoparon rachaduras de chip despois das probas funcionais de todos os produtos.
![dtrgf (19)](http://www.bestpcbamanufacturer.com/uploads/dtrgf-19.png)
5 Resumo
A optimización da cantidade de impresión da pasta de soldar e do tempo de refluxo pode reducir a área da cavidade de soldadura, pero a taxa de cavidade de soldadura aínda é grande.Usando dúas técnicas de soldadura por refluxo de impresión de pasta de soldadura pode maximizar eficazmente a taxa da cavidade de soldadura.A área de soldadura do chip desnudo do circuíto QFN pode ser de 4,4 mm x4,1 mm e 3,0 mm x2,3 mm respectivamente na produción en masa. A taxa de soldadura por refluxo da cavidade está controlada por debaixo do 5%, o que mellora a calidade e fiabilidade da soldadura por refluxo.A investigación deste traballo proporciona unha referencia importante para mellorar o problema da cavidade de soldadura da superficie de soldadura de gran área.