PCBA 기술 - SMT 패치 머시닝의 빈틈을 줄이는 새로운 방법

QFN 컴포넌트와 같은 큰 평평하고 낮은 발 높이의 컴포넌트를 용접할 때 빈틈이 생기는 것으로 알려져 있습니다.이러한 유형의 어셈블리에 대한 사용이 증가하고 있습니다.IPC 표준에 도달하기 위해 틈새의 형성은 많은 디자이너, SMT 패치 생산 라인 운영자 및 품질 관리 직원을 골치 아프게 합니다.이 글은 빈틈을 줄이는 새로운 방법을 중점적으로 소개할 것이다.

우리가 용접점과 빈틈을 자세히 관찰할 때, 주요 매개변수가 사람들의 주의를 끌지 못한 것 같다.이것은 용접재 합금이다.초보적인 테스트로서 시장에서 흔히 사용하는 세가지 무연용접재합금은 모두 빈틈행위의 특징을 갖고있다.

추가 연구 전략에는 주석, 비스무트, 은, 아연, 구리 및 기타 원소를 사용하여 이러한 합금을 조정하고 공극 행동에 미치는 영향을 관찰하는 것이 포함됩니다.이 방법은 많은 합금을 빠르게 생산하기 때문에 TGA 분석은 초기 선택 도구로 사용됩니다.TGA 분석을 사용하면 용접제 화학 성분의 증발과 어떤 합금과 결합하는 과정에서의 회류 온도 분포를 모니터링할 수 있다.경험이 보여준데 따르면 더욱 매끄러운 증발곡선은 일반적으로 더욱 낮은 빈틈형성수준을 의미한다.이 연구에서 8가지 원형 용접재 합금을 선택하고 그 빈틈 행위를 표징했다.

이를 위해 각 합금으로 코팅된 60개의 QFN을 NiAu(ENIG), OSP 및 I-Sn이라는 세 가지 다른 코팅 베이스에 용접합니다.모든 합금에 사용되는 용접제의 화학적 성분, 템플릿 두께 및 레이아웃, 라이닝 레이아웃은 동일합니다.용접 온도 커브는 합금 용해점에 따라 사용됩니다.엑스선은 공극률 수준을 결정하는 데 사용됩니다.합금 중 하나는 공화 동작에서 최상의 결과를 얻었으며 추가적인 기계적 신뢰성 테스트에 사용되도록 선택되었습니다.

1. 소개

용접점에서 빈 구멍이 형성되는 기리는 줄곧 연구의 주제였다.이미 많은 공극 유형과 형성 메커니즘이 확정되었다.가장 눈에 띄는 것은 거대한 틈이다.큰 빈틈을 형성하는 주요 요인은 용접고의 화학 성분인 것 같다.

미세 구멍, 축소 빈틈 및 Kirkendall 빈틈도 알려진 빈틈 유형이지만 이 문서의 범위에는 포함되지 않습니다.여러 해 동안 빈틈 형성을 줄이는 기술이 많이 세워졌다.

용접고의 화학 성분 조정, 환류 용접 온도 분포, 구성 요소, PCB 및 템플릿 설계 또는 코팅은 SMT 칩 보호 제조업체가 현재 널리 사용하고 있는 최적화 도구 중 일부입니다.심지어 장비 제조업체들도 주파수 스캔이나 진공 기술을 통해 빈틈율을 낮추는 솔루션을 제공하고 있다.그러나 구멍 형성 용접 합금을 정의하는 또 다른 중요한 매개변수가 있습니다.

용접합금: 특이하고 의심스러운 요소입니다.빈 공간이 형성되는 주요 원인은 용접고의 용접제로 여겨져 왔다.빈 공간을 효과적으로 줄일 수 있는 용접고 용접제를 설계하는 것이 올바른 방법인 것 같다. 용접제의 약 50% 가 환류 과정에서 증발하여 빈 공간이 생기기 때문이다.연구의 중점은 용접고 용해제이기 때문에, 지금까지 서로 다른 용접재의 합금 틈새에 대한 차이에 대한 연구는 아직 사람들의 중시를 끌지 못했다.

빈틈 수평은 표준 용접 가능 합금으로 측정하여 SnAg3Cu0.5(SAC305), SnAg0.3Cu0.7(LowSAC0307) 및 Sn42Bi57Ag1과 같은 베이스라인 빈틈 형성 백분율을 설정합니다.이 문서에서 설명하는 모든 테스트에서 동일한 용접고 화학 성분이 사용됩니다.

PCB 코팅 간의 수준 차이를 이해하기 위해 OSPCu, ENIG (NiAu), I-Sn 등 업계에서 일반적으로 사용되는 세 가지 코팅을 테스트했습니다.충분한 공간을 위해 120 ° m의 템플릿을 사용하고 패드를 줄이지 않았습니다.각 용접고의 경우 각 특정 용접물 합금에 적용되는 표준 가열 환류 프로파일을 사용하여 Sn으로 코팅된 QFN 부품 60개를 환류합니다.

각 부품에 대해 X선 검사를 수행하고 지면의 빈틈 비율을 측정하여 빈틈 비율을 결정합니다.공간 면적을 지평면 면적과 비교하여 공간 백분율을 계산합니다.단일 캐비티의 크기는 고려하지 않습니다.시험 결과 SAC305와 LowSAC0307의 성능이 떨어지는 것으로 나타났다.Sn42Bi57Ag1이 더 좋은 결과를 얻었습니다.

2.합금 최적화

이러한 시험 결과를 바탕으로 기공 성능 차원에서 합금을 용접하는 데 최적의 연구 방안을 마련했다.연구 방안은 TGA 분석과 X선 분석을 채택한다.또한 환류 온도 분포, 굴복 강도, 점도 범위, 신장률 및 기타 공정 매개변수와 같은 다른 매개변수도 고려되었습니다.

연구 개발 전략에는 표준 무연 용접재 합금에서 시작하여 주석, 비스무트, 은, 아연, 구리 등으로 조정하는 것이 포함된다. 이는 곧 많은 후보 합금을 생성했으며 TGA 분석은 초기 선택 도구로 사용됩니다.TGA 분석을 사용하면 용접제 화학 성분의 증발과 어떤 합금과 결합하는 과정에서의 회류 온도 분포를 모니터링할 수 있다.더 매끄러운 증발 곡선은 일반적으로 낮은 수준의 빈 공간이 형성된다는 것을 의미합니다.본 연구에서 8종의 원형 용접재 합금을 진일보한 연구 대상으로 선정하였다.

3, 8가지 원형용접재합금

8가지 프로토타입 용접재 합금에 대해 초기 벤치마크 테스트와 동일한 테스트 설정을 수행했습니다.이것은 각 용접고가 서로 다른 PCB 표면에서 QFN을 용접하고 X선을 사용하여 진정한 빈틈 특성을 분석하는 데 사용된다는 것을 의미합니다.예비 테스트 결과 표준 합금 SAC305, LowSAC0307 및 Sn42Bi57Ag1에 비해 빈틈률 수준이 크게 낮아졌습니다.시험합금 G는 가장 낮은 빈틈률과 가장 좁은 확장 결과를 가지고 있다.

이 합금을 선택하여 진일보한 기계적 신뢰성 테스트를 진행하다.

SAC305에 비해 빈틈률이 낮을 뿐만 아니라 충격, 진동, 열 순환 성능도 뛰어나다.또한 이 합금은 피크 용접 및 환류 용접 이외의 선택적 용접에도 적용되는 것으로 입증되었습니다.합금 G는 LMPA-Q로 명명되고 상업화될 것이다.