PCBA-Technologie - Eine neue Möglichkeit, Leerstellen in der SMT-Patchverarbeitung zu reduzieren

Es ist bekannt, dass beim Löten großer flacher und niederfußhoher Bauteile Hohlräume entstehen, wie QFN-Komponenten. Der Einsatz dieser Art von Komponenten nimmt zu. Um IPC-Standards zu erfüllen, die Bildung von Hohlräumen hat viele Designer verursacht, SMT Patch Produktion Linienbetreiber und Qualitätskontrollpersonal, um Kopfschmerzen zu spüren. Dieser Artikel konzentriert sich auf eine neue Methode zur Reduzierung von Hohlräumen.

Wenn wir uns die Lötstellen und Hohlräume genau ansehen, scheint ein wichtiger Parameter die Aufmerksamkeit der Menschen nicht erregt zu haben. Das ist die Lotlegierung. Als Vortest weisen die drei am Markt üblichen bleifreien Lötlegierungen alle die Eigenschaften eines Void-Verhaltens auf.

Weitere Forschungsstrategien umfassen die Verwendung von Zinn, Bismut, Silber, Zink, Kupfer und anderen Elementen, um diese Legierungen anzupassen und ihre Auswirkungen auf das Hohlraumverhalten zu beobachten. Da diese Methode schnell viele Legierungen produzierte, wurde die TGA-Analyse als erstes Auswahlwerkzeug verwendet. Mit Hilfe der TGA-Analyse ist es möglich, die Verdampfung der chemischen Zusammensetzung des Flusses und das Reflow-Temperaturprofil beim Kombinieren mit einer bestimmten Legierung zu überwachen. Die Erfahrung hat gezeigt, dass eine glattere Verdampfungskurve im Allgemeinen eine geringere Hohlraumbildung bedeutet. Aus dieser Studie wurden acht prototypische Lötlegierungen ausgewählt und durch ihr Hohlverhalten charakterisiert.

Zu diesem Zweck wurden 60-QFns, die mit jeder Legierung beschichtet sind, auf drei verschiedenen beschichteten Substraten gelötet: NiAu (ENIG), OSP und I-Sn. Die chemische Zusammensetzung von Lötpaste, Schablonendicke und -layout sowie Substratlayout, die in allen Legierungen verwendet werden, sind gleich. Die Schweißtemperaturkurve wird entsprechend dem Schmelzpunkt der Legierung verwendet. Röntgenstrahlen werden verwendet, um das Leerraumniveau zu bestimmen. Eine der Legierungen erzielte die besten Ergebnisse im Kavitationsverhalten und wurde für weitere mechanische Zuverlässigkeitsprüfungen ausgewählt.

1. Einleitung

Der Mechanismus der Hohlraumbildung in Lötstellen ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung. Viele Void-Typen und -Entstehungsmechanismen wurden identifiziert. Am auffälligsten sind die großen Hohlräume. Der Hauptfaktor für die Bildung großer Hohlräume scheint die chemische Zusammensetzung in der Lötpaste zu sein.

Mikro-, Schrumpfungs- und Kirkendall-Hohlräume sind ebenfalls bekannte und bekannte Arten von Hohlräumen, die jedoch außerhalb des Anwendungsbereichs dieses Artikels liegen. Viele Techniken zur Verringerung der Hohlraumbildung haben sich im Laufe der Jahre etabliert.

Anpassung der chemischen Zusammensetzung der Lotpaste, Reflow-Löttemperaturprofil, Komponente, PCB- und Template-Design oder -Beschichtung sind einige Optimierungswerkzeuge, die derzeit weit verbreitet von SMT Chip Proofing Hersteller. Selbst Gerätehersteller bieten Lösungen zur Reduzierung der Leerraumraten an, durch Frequenzfegen oder Vakuumtechnik. Allerdings, Es gibt noch einen weiteren sehr wichtigen Parameter, der Leerbildungs-Schweißlegierungen definiert.

Schweißlegierung: Ein ungewöhnlicher und verdächtiger Faktor. Die Hauptursache für die Bildung von Hohlräumen galt seit jeher als Flussmittel in der Lotpaste. Das Design eines Lotpastenflusses, das Leerräume effektiv reduzieren kann, scheint die richtige Methode zu sein, da etwa 50% des Flusses während des Reflow-Prozesses verdampft, was zu Leerstellen führt. Da der Fokus auf dem Lotpastenfluss liegt, hat die Erforschung des Unterschieds in der Hohlraumbildung verschiedener Lotlegierungen bisher nicht viel Aufmerksamkeit geschenkt.

Der Hohlraumpegel wird mit Standard-lötbaren Legierungen gemessen, um einen Basisprozentsatz der Hohlraumbildung zu ermitteln, wie SnAg3Cu0.5 (SAC305), SnAg0.3Cu0.7 (LowSAC0307) und Sn42Bi57Ag1. In allen in diesem Artikel beschriebenen Tests wurde dieselbe Lotpastenchemie verwendet.

Um den Niveauunterschied zwischen Leiterplattenbeschichtungen zu verstehen, wurden drei in der Industrie übliche Arten von Beschichtungen getestet: OSPCu, ENIG (NiAu) und I-Sn. Um genügend Hohlräume zu haben, wurde eine 120μm Schablone ohne Reduzierung des Pads verwendet. Für jede Lotpaste werden 60 Sn-beschichtete QFN-Komponenten mit einem Standard-Heizreflow-Profil reflow-lötet, das für jede spezifische Lotlegierung geeignet ist.

Röntgeninspektion jeder Komponente und Messung des Hohlraumniveaus der Bodenebene zur Bestimmung des Hohlraumanteils. Berechnen Sie den Void-Prozentsatz, indem Sie den Void-Bereich mit der Bodenfläche vergleichen. Die Größe eines einzelnen Hohlraums wird nicht berücksichtigt. Die Testergebnisse zeigen, dass die Ergebnisse von SAC305 und LowSAC0307 recht schlecht sind. Sn42Bi57Ag1 erzielt bessere Ergebnisse.

2. Optimierung der Legierung

Basierend auf diesen Testergebnissen wurde aus Sicht der Hohleigenschaften ein Forschungsprogramm für die beste Schweißlegierung etabliert. Das Forschungsprotokoll verwendete TGA-Analyse und Röntgenanalyse. Darüber hinaus werden auch andere Parameter berücksichtigt, wie Reflow-Temperaturprofil, Streckgrenze, Viskositätsbereich, Dehnung und andere Prozessparameter.

Drei, 8 Arten von Prototyp-Lötlegierungen

Der gleiche Testaufbau wurde an 8-Prototypen-Lötlegierungen durchgeführt wie der erste Benchmark-Test. Das bedeutet, dass jede Lötpaste zum Löten von QFns auf unterschiedlichen Leiterplattenbeschichtungen, Röntgenstrahlen und Röntgenstrahlen werden verwendet, um die wahren Void-Eigenschaften zu analysieren. Vorläufige Testergebnisse zeigen, dass im Vergleich zu den Standardlegierungen SAC305, LowSAC0307 und Sn42Bi57Ag1, das Void-Rate-Niveau wird deutlich reduziert. Die Testlegierung G hat das niedrigste Hohlraumverhältnis und das schmalste Ausbreitungsergebnis.

Diese Legierung wurde für weitere mechanische Zuverlässigkeitsprüfungen ausgewählt.

Verglichen mit SAC305 hat es nicht nur niedrige Leerraumleistung, sondern auch eine gute Schock- und Vibrationsbeständigkeit und thermische Zyklusleistung. Darüber hinaus hat sich die Legierung neben dem Reflow-Löten auch als Wellenlöten und Selektivlöten bewährt. Alloy G wird nach LMPA-Q benannt und kommerzialisiert.