Tecnología PCBA - Un nuevo método para reducir los huecos en el procesamiento de parches SMT

Se sabe que cuando se soldan componentes grandes, planos y de bajo pie de altura (como los componentes qfn), se forman huecos. El uso de estos tipos de componentes está aumentando. Para cumplir con los estándares del ipc, la formación de huecos ha causado dolores de cabeza a muchos diseñadores, operadores de líneas de producción de parches SMT y personal de control de calidad. Este artículo se centrará en una nueva forma de reducir los huecos.

Cuando observamos de cerca las juntas de soldadura y los huecos, un parámetro importante no parece llamar la atención. Esta es una aleación de soldadura. Como prueba preliminar, las tres aleaciones de soldadura sin plomo comúnmente utilizadas en el mercado se caracterizan por el comportamiento vacío.

Las estrategias de investigación adicionales incluyen el uso de estaño, bismuto, plata, zinc, cobre y otros elementos para ajustar estas aleaciones y observar sus efectos en el comportamiento de los huecos. Debido a que este método produjo rápidamente muchas aleaciones, el análisis TGA se utilizó como herramienta de selección inicial. Con el análisis tga, se puede monitorear la evaporación de la composición química del flujo y la distribución de la temperatura de retorno durante la Unión a una determinada aleación. La experiencia ha demostrado que una curva de evaporación más suave generalmente significa un nivel más bajo de formación de huecos. A partir de este estudio, se seleccionaron ocho prototipos de aleaciones de soldadura y se caracterizaron sus comportamientos huecos.

Para ello, se soldaron 60 qfn recubiertos de cada aleación en tres sustratos recubiertos diferentes: Niau (enig), OSP e i - sn. La composición química de la pasta de soldadura utilizada en todas las aleaciones, el grosor y la disposición de la plantilla y la disposición del sustrato son los mismos. La curva de temperatura de soldadura se utiliza en función del punto de fusión de la aleación. Los rayos X se utilizan para determinar el nivel de vacío. Una de las aleaciones obtuvo los mejores resultados en términos de comportamiento de la cavidad y fue seleccionada para nuevas pruebas de fiabilidad mecánica.

1. Introducción

El mecanismo de formación de agujeros en las juntas de soldadura siempre ha sido el tema de Investigación. Se han identificado muchos tipos de poros y mecanismos de formación. Lo más llamativo son los enormes huecos. El principal factor que parece formar grandes huecos es la composición química de la pasta de soldadura.

Los microporos, los huecos de contracción y los huecos de kirkendall también son conocidos como tipos de huecos, pero no están incluidos en este artículo. A lo largo de los años, se han establecido muchas tecnologías para reducir la formación de huecos.

Ajustar la composición química de la pasta de soldadura, la distribución de la temperatura de soldadura de retorno, los componentes, el diseño de PCB y plantillas o el recubrimiento son algunas de las herramientas de optimización ampliamente utilizadas por los fabricantes de protección de chips SMT en la actualidad. Incluso los fabricantes de equipos están proporcionando soluciones para reducir la tasa de vacío a través de la tecnología de escaneo de frecuencia o vacío. Sin embargo, hay otro parámetro muy importante que define la formación de aleaciones de soldadura por agujeros.

Aleación de soldadura: un factor inusual y sospechoso. La razón principal de la formación del agujero siempre ha sido considerada como el flujo en la pasta de soldadura. El diseño de un flujo de pasta de soldadura capaz de reducir eficazmente los huecos parece ser la forma correcta, ya que alrededor del 50% del flujo se evapora durante el proceso de retorno, creando así huecos. Debido a que se centra en los flujos de pasta de soldadura, hasta ahora, el estudio de las diferencias en la formación de poros en diferentes aleaciones de soldadura no ha recibido mucha atención.

Los niveles de huecos se miden utilizando aleaciones soldables estándar para establecer porcentajes de formación de huecos de base, como snag3cu0.5 (sac305), snag0.3cu0.7 (lowsac0307) y sn42bi57ag1. Todas las pruebas descritas en este artículo utilizaron la misma composición química de la pasta de soldadura.

Para comprender las diferencias de nivel entre los recubrimientos de pcb, se probaron tres recubrimientos comúnmente utilizados en la industria: ospchu, enig (niau) e i - sn. Para tener un hueco suficiente, se utilizó una plantilla de 120 ° m sin reducir la almohadilla. Para cada pasta de soldadura, 60 componentes qfn recubiertos de SN se soldan de retorno utilizando un perfil de retorno de calentamiento estándar adecuado para cada aleación de soldadura específica.

Se realiza una radiografía de cada componente y se mide la tasa de vacío en el plano del suelo para determinar la tasa de vacío. El porcentaje de huecos se calcula comparando el área de huecos con el área del plano del suelo. No se considera el tamaño de una sola cavidad. Los resultados de las pruebas mostraron que los resultados de sac305 y lowsac0307 fueron bastante malos. El sn42bi57ag1 obtuvo mejores resultados.

2. optimización de aleaciones

Sobre la base de los resultados de estas pruebas, se desarrolló el programa de investigación de la mejor aleación de soldadura desde el punto de vista de la propiedad del agujero. El programa de investigación utilizó el análisis TGA y el análisis de rayos X. Además, se tienen en cuenta otros parámetros como la distribución de la temperatura de retorno, la resistencia al rendimiento, el rango de viscosidad, la elongación y otros parámetros del proceso.

La estrategia de investigación y desarrollo consiste en comenzar con las aleaciones estándar de soldadura sin plomo y ajustarse con estaño, bismuto, plata, zinc, cobre, etc. esto generó rápidamente muchas aleaciones candidatas y el análisis TGA se utilizó como herramienta de selección inicial. Con el análisis tga, se puede monitorear la evaporación de la composición química del flujo y la distribución de la temperatura de retorno durante la Unión a una determinada aleación. Una curva de evaporación más suave suele significar la formación de huecos en niveles más Bajos. A partir de este estudio, se seleccionaron ocho prototipos de aleaciones de soldadura como objeto de investigación adicional.

Tres y ocho prototipos de aleaciones de soldadura

Se realizaron las mismas configuraciones de prueba que la prueba de referencia inicial para ocho prototipos de aleaciones de soldadura. Esto significa que cada pasta de soldadura se utiliza para soldar qfn en diferentes acabados de PCB y utilizar rayos X para analizar la verdadera propiedad de huecos. Los resultados preliminares de las pruebas mostraron que los niveles de permeabilidad disminuyeron significativamente en comparación con las aleaciones estándar sac305, lowsac0307 y sn42bi57ag1. La aleación de prueba G tiene la tasa de vacío más baja y el resultado de expansión más estrecho.

La aleación fue seleccionada para nuevas pruebas de fiabilidad mecánica.

En comparación con sac305, no solo tiene un bajo rendimiento de vacío, sino que también tiene una buena resistencia al impacto, vibración y ciclo térmico. Además, se ha demostrado que la aleación es adecuada para la soldadura de picos y la soldadura selectiva, además de la soldadura de retorno. La aleación G llevará el nombre de lmpa - q y se comercializará.