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È noto che si formano vuoti quando si saldano componenti di grandi dimensioni piatte e basse altezze, come componenti QFN. L'uso di questi tipi di componenti è in aumento. Al fine di soddisfare gli standard IPC, la formazione di vuoti ha causato molti progettisti, operatori di linee di produzione di patch SMT e personale di controllo qualità a sentire mal di testa. Questo articolo si concentrerà su un nuovo metodo per ridurre i vuoti.
Quando guardiamo da vicino i giunti di saldatura e i vuoti, un parametro importante sembra non aver attirato l'attenzione della gente. Questa è la lega di saldatura. Come prova preliminare, le tre leghe di saldatura senza piombo comunemente utilizzate sul mercato hanno tutte le caratteristiche del comportamento di svuotamento.
Ulteriori strategie di ricerca includono l'utilizzo di stagno, bismuto, argento, zinco, rame e altri elementi per regolare queste leghe e osservare i loro effetti sul comportamento vuoto. Poiché questo metodo ha prodotto rapidamente molte leghe, l'analisi TGA è stata utilizzata come strumento di selezione iniziale. Utilizzando l'analisi TGA, è possibile monitorare l'evaporazione della composizione chimica del flusso e il profilo della temperatura di riflusso nel processo di combinazione con una determinata lega. L'esperienza ha dimostrato che una curva di evaporazione più fluida significa generalmente un livello inferiore di formazione di vuoto. Da questo studio sono stati selezionati otto prototipi di leghe di saldatura e caratterizzati dal loro comportamento vuoto.
A tal fine, 60 QFN rivestiti con ogni lega sono stati saldati su tre diversi substrati rivestiti: NiAu (ENIG), OSP e I-Sn. La composizione chimica della pasta di saldatura, lo spessore e il layout del modello e il layout del substrato utilizzati in tutte le leghe sono gli stessi. La curva della temperatura di saldatura è utilizzata secondo il punto di fusione della lega. I raggi X sono utilizzati per determinare il livello di tasso di vuoto. Una delle leghe ha ottenuto i migliori risultati nel comportamento di cavitazione ed è stata selezionata per ulteriori test di affidabilità meccanica.
1. Introduzione
Il meccanismo di formazione del vuoto nei giunti di saldatura è stato oggetto di ricerca per molti anni. Molti tipi di vuoto e meccanismi di formazione sono stati identificati. La cosa più sorprendente sono i grandi vuoti. Il fattore principale nella formazione di grandi vuoti sembra essere la composizione chimica nella pasta di saldatura.
Microvuoti, vuoti di restringimento e vuoti Kirkendall sono anche tipi ben noti e noti di vuoti, ma sono al di fuori dell'ambito di questo articolo. Molte tecniche per ridurre la formazione di vuoto sono state stabilite nel corso degli anni.
La regolazione della composizione chimica della pasta di saldatura, del profilo della temperatura di saldatura di riflusso, del componente, del PCB e del modello di progettazione o del rivestimento sono alcuni strumenti di ottimizzazione che attualmente sono ampiamente utilizzati dai produttori di prova di chip SMT. Anche i produttori di apparecchiature offrono soluzioni per ridurre i tassi di vuoto, attraverso la tecnologia di spazzamento in frequenza o vuoto. Tuttavia, c'è un altro parametro molto importante che definisce le leghe di formazione-saldatura vuoto.
Lega di saldatura: Un fattore insolito e sospetto. La causa principale della formazione di vuoto è sempre stata considerata come il flusso nella pasta di saldatura. Progettare un flusso di pasta di saldatura in grado di ridurre efficacemente i vuoti sembra essere il metodo corretto, perché circa il 50% del flusso evapora durante il processo di riflusso, con conseguente vuoti. Dal momento che l'attenzione è sul flusso della pasta di saldatura, fino ad ora, la ricerca sulla differenza nella formazione di vuoto di diverse leghe di saldatura non ha prestato molta attenzione.
Il livello di vuoto è misurato utilizzando leghe saldate standard per stabilire una percentuale di formazione di vuoto basale, come SnAg3Cu0.5 (SAC305), SnAg0.3Cu0.7 (LowSAC0307) e Sn42Bi57Ag1. La stessa chimica della pasta di saldatura è stata utilizzata in tutti i test descritti in questo articolo.
Per comprendere la differenza di livello tra i rivestimenti PCB, sono stati testati tre tipi di rivestimenti comunemente utilizzati nel settore: OSPCu, ENIG (NiAu) e I-Sn. Per avere vuoti sufficienti, è stato utilizzato un modello 120μm senza alcuna riduzione del pad. Per ogni pasta di saldatura, 60 componenti QFN rivestiti Sn sono saldati a riflusso utilizzando un profilo di riflusso di riscaldamento standard adatto per ogni lega di saldatura specifica.
Ispezione a raggi X di ciascun componente e misurazione del livello di vuoto del piano di terra per determinare la percentuale di vuoto. Calcolare la percentuale di vuoto confrontando l'area di vuoto con l'area del piano terra. La dimensione di una singola cavità non è considerata. I risultati dei test mostrano che i risultati di SAC305 e LowSAC0307 sono piuttosto scarsi. Sn42Bi57Ag1 ottiene risultati migliori.
2. Ottimizzazione della lega
Sulla base di questi risultati dei test, dal punto di vista delle proprietà del vuoto, è stato stabilito un programma di ricerca per la migliore lega di saldatura. Il protocollo di ricerca ha utilizzato l'analisi TGA e l'analisi dei raggi X. Inoltre, sono considerati anche altri parametri, come il profilo della temperatura di riflusso, la resistenza di snervamento, la gamma di viscosità, l'allungamento e altri parametri di processo.
Tre, 8 generi di leghe di saldatura del prototipo
La stessa configurazione di prova è stata eseguita su 8 leghe di saldatura prototipo come il test di riferimento iniziale. Ciò significa che ogni pasta di saldatura viene utilizzata per saldare QFN su diverse finiture PCB e i raggi X vengono utilizzati per analizzare le proprietà di vuoto reale. I risultati preliminari dei test mostrano che rispetto alle leghe standard SAC305, LowSAC0307 e Sn42Bi57Ag1, il livello di vuoto è significativamente ridotto. La lega di prova G ha il rapporto di vuoto più basso e il risultato di diffusione più stretto.
Questa lega è stata selezionata per ulteriori test di affidabilità meccanica.
Rispetto a SAC305, non solo ha prestazioni di vuoto basse, ma ha anche una buona resistenza agli urti e alle vibrazioni e prestazioni del ciclo termico. Inoltre, la lega si è dimostrata adatta anche per la saldatura ad onda e la saldatura selettiva oltre alla saldatura a riflusso. La lega G sarà chiamata dopo LMPA-Q e sarà commercializzata.
