PCBA技術 - SMTパッチ処理における空隙を低減する新しい方法

大きな平坦及び低いフットハイト部品をはんだ付けする際に空隙が形成されることは周知である, QFNコンポーネントのような. これらのタイプのコンポーネントの使用は増加している. IPC規格を満たすために, ボイドの形成は多くのデザイナーを生み出した, SMTパッチ生産 ライン演算子と品質管理担当者頭痛を感じる. この記事は空隙を減らす新しい方法に焦点を合わせます.

はんだ接合部と空隙部を密接に見ると，主要なパラメータは人々の注目を集めていないようである。これが半田合金である。予備試験として市販されている3種類の鉛フリーはんだ合金はすべて，排せつ挙動の特性を有する。

更なる研究戦略は、これらの合金を調整するために、スズ、ビスマス、銀、亜鉛、銅と他の要素を使って、空のふるまいに対する彼らの影響を観察することを含みます。この方法は迅速に多くの合金を製造したので，tga分析を初期選定ツールとして使用した。tga分析を用いて，ある合金と結合する過程で，フラックスの化学組成とリフロー温度プロフィルの蒸発を監視することができた。経験は、より滑らかな蒸発曲線が一般にボイド形成のより低いレベルを意味することを示しました。この研究から，8つのプロトタイプはんだ合金を選んだ。

このため，各合金で被覆した60 qfnsを3種類の被覆基板上にはんだ付けした。はんだペーストの化学組成、テンプレートの厚さ、レイアウト、およびすべての合金で使用される基板レイアウトは同じである。溶接温度曲線は、合金の融点に従って使用される。X線は空隙率を決定するために使用される。合金の一つはキャビテーション挙動の最良の結果を得，さらに機械的信頼性試験のために選択した。

はじめに

はんだ接合部のボイド形成機構は長年研究されている。多くの空隙型と形成機構が同定された。最も顕著なことは大きな空孔です。大きなボイドの形成の主因子は，はんだペースト中の化学組成であると考えられる。

マイクロボイド、収縮ボイド、およびKirkendallボイドもよく知られており、既知のタイプの空隙ですが、それらはこの記事の範囲外です。ボイド形成を減らすための多くの技術が長年にわたって確立されてきた。

はんだペーストの化学組成の調整, リフローはんだ付け温度プロファイル, コンポーネント, PCBやテンプレートのデザインやコーティングは、現在広く使われているいくつかの最適化ツールです SMTチップ校正 メーカー. 設備メーカーさえ、空所率を減らす解決を提供しています, 周波数掃引または真空技術. しかし, ボイド形成溶接合金を定義する別の非常に重要なパラメータがある.

溶接合金異常で疑わしい要因ボイド形成の主な原因は常にはんだペースト中のフラックスであると考えられてきた。ボイドを効果的に減少させることができるはんだペーストフラックスの設計は、フラックスの約50 %がリフロープロセス中に蒸発し、空隙を生じるので、正しい方法であると考えられる。はんだペーストフラックスに焦点があるため，これまでのはんだ合金のボイド形成の違いに関する研究はあまり注目されていない。

ボイドレベルは標準的なはんだ付け可能な合金を使用して測定し、sAg 3 Cu 0.5（SAC 305）、SnAg 0.3 Cu 0.7（LOWSAC 0307）およびSN 42 Bi 57 Ag 1のようなベースラインボイド形成率を確立する。同じはんだペースト化学を使用した。

pcb被覆間のレベル差を理解するため，業界で一般的に使用されている3種類のコーティングを試験した。十分な空隙を有するために、パッドのいかなる減少もなしで、120の1つの1 / 4 mのテンプレートを使用した。各はんだペーストに対して、60 Sn被覆QFN成分は、各特定のはんだ合金に適した標準加熱リフロープロファイルを使用してはんだ付けされたリフローである。

空隙率を決定するための各成分のX線検査及び接地面の空隙レベルの測定ボイド領域をグランドプレーン領域と比較することによって、ボイド率を計算してください。単一の空洞のサイズは考慮されない。試験結果は，sacl 0307とlow sacc 0307の結果はかなり悪いことを示した。SN 42 Bi 57 Ag 1はより良い結果を得る

合金の最適化

これらの試験結果をもとに，ボイド特性の観点から，最適溶接合金の研究プログラムを確立した。研究プロトコルは、TGA分析とX線分析を使用しました。さらに，リフロー温度プロフィル，降伏強度，粘度範囲，伸び及び他のプロセスパラメータなどの他のパラメータも考慮した。

R＆D戦略は、標準的な鉛フリーはんだ合金を始め、錫、ビスマス、銀、亜鉛、銅などを調整することを含む。tga分析を用いて，ある合金と結合する過程で，フラックスの化学組成とリフロー温度プロフィルの蒸発を監視することができた。平滑な蒸発曲線は一般に、ボイド形成のより低いレベルを意味する。本研究では、今後の研究課題として8種類のはんだ合金を選定した。

種類の8種類のはんだ合金

最初のベンチマークテストとして8つのプロトタイプはんだ合金で同じテストセットアップを行った. これは、各半田ペーストが異なる場合にQfNをはんだ付けするために使用されることを意味する PCB仕上げ, X線は真の空隙特性を分析するために使用される. 予備試験の結果は標準合金, LOWSAS 0307とSN 42 Bi 57 Ag 1, 空隙率レベルは大幅に低減されます. 試験合金Gは、空隙率が最も低く、最も広い拡散結果を有する.

この合金は、さらなる機械的信頼性試験のために選択された。

SAC 305と比較して，ボイド性能が低いだけでなく，耐衝撃性，耐振動性，熱サイクル性能も良好である。また，リフローはんだ付けに加えて，ウェーブはんだ付けや選択はんだ付けに適していることが分かった。合金GはLMPA - Qの後に名前をつけられて、商業化されます。