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Il est bien connu que des vides se forment lors du soudage de grandes pièces plates et de faible hauteur, telles que des pièces qfn. L'utilisation de ces types de composants augmente. Pour atteindre la norme IPC, la formation de vides provoque des maux de tête chez de nombreux concepteurs, opérateurs de lignes de patch SMT et contrôleurs qualité. Cet article se concentrera sur une nouvelle façon de réduire les vides.
Lorsque nous regardons de plus près les points de soudure et les vides, un paramètre majeur ne semble pas attirer l'attention. C'est un alliage de soudure. À titre d'essai préliminaire, les trois alliages de soudure sans plomb couramment utilisés sur le marché présentent tous les caractéristiques d'un comportement en creux.
D'autres stratégies de recherche comprennent l'utilisation de l'étain, du bismuth, de l'argent, du zinc, du cuivre et d'autres éléments pour ajuster ces alliages et observer leurs effets sur le comportement des vides. Comme cette méthode produit rapidement de nombreux alliages, l'analyse TGA est utilisée comme outil de sélection initial. En utilisant l'analyse TGA, il est possible de surveiller la distribution de la température de reflux lors de l'évaporation de la composition chimique du flux et de la liaison avec un alliage particulier. L'expérience a montré qu'une courbe d'évaporation plus lisse signifie généralement un niveau de formation de vide inférieur. De cette étude, huit prototypes d'alliages de soudure ont été sélectionnés et caractérisés pour leur comportement de vide.
Pour ce faire, 60 qfn revêtus de chaque alliage ont été soudés sur trois substrats revêtus différents: niau (enig), OSP et i - Sn. La composition chimique de la pâte à souder utilisée dans tous les alliages, l'épaisseur et la disposition du gabarit et la disposition du substrat sont identiques. La courbe de température de soudage est utilisée en fonction du point de fusion de l'alliage. Les rayons X sont utilisés pour déterminer le niveau de taux de vide. L'un de ces alliages a obtenu les meilleurs résultats en termes de comportement de cavitation et a été sélectionné pour d'autres tests de fiabilité mécanique.
1. Introduction
Le mécanisme de formation de trous dans les points de soudure a toujours fait l'objet de recherches. De nombreux types de pores et mécanismes de formation ont été identifiés. Le plus frappant est le grand vide. Le principal facteur dans la formation de grands vides semble être la composition chimique dans la pâte à souder.
Les micropores, les vides rétrécis et les vides de kirkendall sont également des types de vides bien connus, mais ils ne sont pas couverts par cet article. Au fil des ans, de nombreuses techniques ont été mises en place pour réduire la formation de vides.
L'ajustement de la composition chimique de la pâte à souder, la distribution de la température de soudage par refusion, la conception ou le revêtement des composants, des PCB et des gabarits sont quelques - uns des outils d'optimisation actuellement largement utilisés par les fabricants de protection des puces SMT. Même les fabricants d'équipements offrent des solutions pour réduire le taux de vide grâce à la technologie de balayage de fréquence ou de vide. Cependant, il existe un autre paramètre très important qui définit les cavités formant l'alliage de soudage.
Alliages de soudage: un facteur inhabituel et suspect. La principale cause de la formation de cavités a toujours été considérée comme le flux dans la pâte à souder. La conception d'un flux de pâte à souder capable de réduire efficacement les vides semble être la bonne approche, car environ 50% du flux s'évapore lors du reflux, créant ainsi des vides. En raison de l'accent mis sur les flux de pâte à souder, la recherche sur les différences dans la formation de pores dans différents alliages de soudure n'a pas reçu beaucoup d'attention jusqu'à présent.
Les niveaux de vide sont mesurés à l'aide d'alliages soudables standard pour établir le pourcentage de formation de vide de base, par exemple snag3cu0.5 (sac305), snag0.3cu0.7 (lowsac0307) et sn42bi57ag1. Tous les tests décrits ici utilisent la même composition chimique de pâte à souder.
Pour comprendre les différences de niveau entre les revêtements de PCB, trois revêtements couramment utilisés dans l'industrie ont été testés: ospcu, enig (niau) et i - Sn. Pour avoir suffisamment de vide, un gabarit de 120 ° m a été utilisé sans réduction du rembourrage. Pour chaque pâte à souder, 60 pièces qfn revêtues de Sn ont été soudées à reflux à l'aide d'un profil de reflux chauffé standard adapté à chaque alliage de soudure spécifique.
Chaque composant est examiné aux rayons X et le taux de vide dans le plan du sol est mesuré pour déterminer le taux de vide. Le pourcentage de vide est calculé en comparant la zone de vide à la zone du plan du sol. La taille des cavités individuelles n'est pas prise en compte. Les résultats des tests ont montré que les résultats de sac305 et lowsac0307 étaient plutôt médiocres. Sn42bi57ag1 a obtenu de meilleurs résultats.
2. Optimisation d'alliage
Sur la base de ces résultats d'essais, un protocole d'étude des meilleurs alliages de soudage a été élaboré du point de vue des propriétés stomatiques. Le Protocole d'étude utilise l'analyse TGA et l'analyse par rayons X. En outre, d'autres paramètres tels que le profil de température de reflux, la limite d'élasticité, la gamme de viscosité, l'allongement et d'autres paramètres de processus sont pris en compte.
Iii. 8 alliages de soudure prototype
Les mêmes réglages de test que le test de référence initial ont été effectués pour 8 alliages de soudure prototypes. Cela signifie que chaque pâte à souder est utilisée pour souder du qfn sur différentes surfaces de PCB et que les rayons X sont utilisés pour analyser les caractéristiques réelles des vides. Les résultats des tests préliminaires ont montré une réduction significative du niveau de porosité par rapport aux alliages standard sac305, lowsac0307 et sn42bi57ag1. L'alliage d'essai G a le taux de vide le plus faible et le résultat d'étalement le plus étroit.
Cet alliage a été choisi pour d'autres tests de fiabilité mécanique.
Par rapport au sac305, il a non seulement une faible performance de vide, mais également une bonne résistance aux chocs, aux vibrations et aux cycles thermiques. En outre, l'alliage s'est également avéré adapté au soudage par vagues et au soudage sélectif autre que le soudage par reflux. L'alliage G portera le nom de lmpa - Q et sera commercialisé.
