1 Увод
У склопу склопне плоче, паста за лемљење се прво штампа на плочици за лемљење, а затим се постављају различите електронске компоненте. Коначно, након рефлов пећи, лимене перле у пасти за лемљење се топе и све врсте електронских компоненти и лемна подлога на плочи су заварене заједно како би се реализовала монтажа електричних подмодула. површинска технологија (сМТ) се све више користи у производима за паковање високе густине, као што су пакети на нивоу система (сиП), баллгридарраи (БГА) уређаји и чип без напајања, квадратни равни пакет без иглица (куад аатНо-леад, који се назива КФН ) уређај.
Због карактеристика процеса заваривања пастом за лемљење и материјала, након заваривања ових великих површина лемљења, у зони заваривања лемом ће се појавити рупе, што ће утицати на електрична својства, термичка својства и механичка својства производа Перформансе и чак и довести до квара производа, стога је побољшање шупљине заваривања рефлов пасте за лемљење постало процес и технички проблем који се мора решити, неки истраживачи су анализирали и проучавали узроке шупљине за заваривање кугличног лемљења БГА и пружили решења за побољшање, конвенционални лем Заваривање пастом повратним заваривањем површина заваривања КФН већа од 10 мм2 или површина заваривања већа од 6 мм2 недостаје решење за голи чип.
Користите заваривање предформама и заваривање у пећи са рефлуксом у вакууму да бисте побољшали рупу за заваривање. Префабриковани лем захтева посебну опрему за усмеравање флукса. На пример, чип се помера и озбиљно нагиње након што се чип постави директно на префабриковани лем. Ако је чип за монтирање флукса рефлов, а затим тачка, процес се повећава за два рефлов, а цена монтажног лема и материјала за флукс је много већа од пасте за лемљење.
Опрема за вакуумски рефлукс је скупља, вакуумски капацитет независне вакуумске коморе је веома низак, перформансе трошкова нису високе, а проблем прскања калаја је озбиљан, што је важан фактор у примени високе густине и малог корака производи. У овом раду, на основу конвенционалног процеса заваривања повратним заваривањем пастом за лемљење, развијен је и уведен нови секундарни процес заваривања повратним заваривањем како би се побољшала шупљина заваривања и решили проблеми везивања и пуцања пластичне заптивке изазване шупљином заваривања.
2 Шупљина за заваривање и производни механизам за штампање пасте за лемљење
2.1 Шупљина за заваривање
Након заваривања повратним током, производ је тестиран под рендгенским снимком. Утврђено је да су рупе у зони заваривања светлије боје последица недовољног лема у слоју за заваривање, као што је приказано на слици 1.
Рендгенска детекција отвора мехурића
2.2 Механизам формирања шупљине за заваривање
Узимајући сАЦ305 пасту за лемљење као пример, главни састав и функција су приказани у табели 1. Зрнца флукса и калаја су спојени заједно у облику пасте. Однос тежине калајног лема и флукса је око 9:1, а запремински однос је око 1:1.
Након што се паста за лемљење одштампа и монтира са различитим електронским компонентама, паста за лемљење ће проћи четири фазе предгревања, активације, рефлукса и хлађења када прође кроз пећ за рефлукс. Стање пасте за лемљење је такође различито са различитим температурама у различитим фазама, као што је приказано на слици 2.
Референца профила за сваку област поновног лемљења
У фази предгревања и активације, испарљиве компоненте у флуксу у пасти за лемљење ће се приликом загревања претворити у гас. Истовремено, гасови ће се производити када се уклони оксид на површини слоја за заваривање. Неки од ових гасова ће се испарити и напустити пасту за лемљење, а перле за лем ће бити чврсто кондензоване због испарења флукса. У фази рефлукса, преостали флукс у пасти за лемљење ће брзо испарити, калајне перле ће се истопити, мала количина испарљивог гаса флукса и већина ваздуха између лимених перли неће бити распршена на време, а остатак у растопљени калај и под затезањем растопљеног калаја су хамбургер сендвич структуре и хватају их плочица за лемљење и електронске компоненте, а гас умотан у течни калај тешко је побећи само узлазном силом. Горње време топљења је веома кратко. Када се растопљени калај охлади и постане чврст калај, појављују се поре у слоју за заваривање и формирају се рупе за лемљење, као што је приказано на слици 3.
Шематски дијаграм празнине генерисане заваривањем пастом за лемљење
Основни узрок шупљине заваривања је тај што ваздух или испарљиви гас умотан у пасту за лемљење након топљења није потпуно испражњен. Фактори утицаја укључују материјал пасте за лемљење, облик штампе пасте за лемљење, количину штампане пасте за лемљење, температуру рефлукса, време рефлукса, величину заваривања, структуру и тако даље.
3. Провера утицајних фактора заваривања рупа за заваривање пастом за лемљење
КФН и тестови голог чипа су коришћени да се потврде главни узроци шупљина заваривања повратним током и да се пронађу начини да се побољшају шупљине заваривања повратним струјањем штампане пастом за лемљење. Профил производа за заваривање КФН и голим чипом лемне пасте је приказан на слици 4, величина површине за заваривање КФН је 4,4 мм к 4,1 мм, површина за заваривање је калајисани слој (100% чист калај); Величина заваривања голог чипа је 3,0 мм к 2,3 мм, слој за заваривање је распршен никл-ванадијум биметални слој, а површински слој је ванадијум. Подлога за заваривање супстрата била је електробез никл-паладијума потопљена у злато, а дебљина је била 0,4 μм/0,06 μм/0,04 μм. Користи се паста за лемљење САЦ305, опрема за штампање пасте за лемљење је ДЕК Хоризон АПик, опрема за рефлуксну пећ је БТУПирамак150Н, а рендгенска опрема је ДАГЕкД7500ВР.
КФН и цртежи заваривања голим чипом
Да би се олакшало поређење резултата испитивања, извршено је заваривање повратним струјањем под условима у табели 2.
Табела услова заваривања повратним током
Након што је завршена површинска монтажа и заваривање повратним током, слој заваривања је детектован рендгенским зрацима и установљено је да постоје велике рупе у слоју за заваривање на дну КФН-а и голом чипу, као што је приказано на слици 5.
КФН и Цхип Холограм (рендгенски снимак)
Пошто ће величина лимене перле, дебљина челичне мреже, брзина отварања, облик челичне мреже, време рефлукса и вршна температура пећи утицати на шупљине заваривања повратним током, постоји много фактора који утичу на то, који ће бити директно верификовани ДОЕ тестом и број експерименталних групе ће бити превелике. Неопходно је брзо прегледати и одредити главне факторе утицаја кроз тест поређења корелације, а затим даље оптимизовати главне факторе утицаја кроз ДОЕ.
3.1 Димензије рупа за лемљење и лимених перли од пасте за лемљење
Код типа 3 (величина куглице 25-45 μм) САЦ305 тест пасте за лемљење, остали услови остају непромењени. Након рефлов, рупе у слоју лемљења се мере и упоређују са пастом за лемљење типа 4. Утврђено је да се рупе у слоју лемљења не разликују значајно између две врсте пасте за лемљење, што указује да паста за лемљење са различитом величином зрна нема очигледног утицаја на рупе у слоју лемљења, што није фактор који утиче, као што је приказано на Сл. 6 Као што је приказано.
Поређење рупа од металног лименог праха са различитим величинама честица
3.2 Дебљина шупљине за заваривање и штампане челичне мреже
Након рефлов, површина шупљине завареног слоја је мерена штампаном челичном мрежом дебљине 50 μм, 100 μм и 125 μм, а остали услови су остали непромењени. Утврђено је да је ефекат различите дебљине челичне мреже (лемне пасте) на КФН упоређен са ефектом штампане челичне мреже дебљине 75 μм Како се дебљина челичне мреже повећава, површина шупљине се постепено смањује. Након достизања одређене дебљине (100 μм), површина шупљине ће се преокренути и почети да се повећава са повећањем дебљине челичне мреже, као што је приказано на слици 7.
Ово показује да када се повећа количина пасте за лемљење, течни калај са рефлуксом је прекривен чипом, а излаз заосталог ваздуха је узак само са четири стране. Када се промени количина пасте за лемљење, излаз преосталог ваздуха за бег се такође повећава, а тренутни налет ваздуха умотаног у течни калај или испарљиви гас који излази течни калај ће изазвати прскање течног калаја око КФН-а и чипа.
Тест је открио да ће се са повећањем дебљине челичне мреже повећати и пуцање мехурића узроковано изливањем ваздуха или испарљивог гаса, а вероватноћа прскања калаја око КФН-а и чипа ће се такође повећати.
Поређење рупа у челичној мрежи различите дебљине
3.3 Однос површина шупљине за заваривање и отвора челичне мреже
Тестирана је штампана челична мрежа са степеном отварања од 100%, 90% и 80%, а остали услови су остали непромењени. Након рефлов, површина шупљине завареног слоја је измерена и упоређена са штампаном челичном мрежом са стопом отварања од 100%. Утврђено је да нема значајне разлике у шупљини завареног слоја у условима брзине отварања од 100% и 90% 80%, као што је приказано на слици 8.
Поређење шупљина различитих површина отвора различите челичне мреже
3.4 Заварена шупљина и штампани облик челичне мреже
Са тестом облика штампања пасте за лемљење траке б и нагнуте мреже ц, остали услови остају непромењени. Након рефлов, површина шупљине слоја за заваривање се мери и упоређује са штампаним обликом мреже а. Утврђено је да нема значајне разлике у шупљини завареног слоја у условима мреже, траке и косих решетки, као што је приказано на слици 9.
Поређење рупа у различитим начинима отварања челичне мреже
3.5 Шупљина заваривања и време рефлукса
После продуженог времена рефлукса (70 с, 80 с, 90 с), остали услови остају непромењени, рупа у слоју заваривања је измерена након рефлукса, а у поређењу са временом рефлукса од 60 с, утврђено је да са повећањем време рефлукса, површина рупе за заваривање се смањила, али се амплитуда редукције постепено смањивала са повећањем времена, као што је приказано на слици 10. Ово показује да у случају недовољног времена рефлукса, повећање времена рефлукса погодује потпуном преливању ваздуха умотан у растопљени течни калај, али након што се време рефлукса повећа на одређено време, ваздух умотан у течни лим је тешко поново прелити. Време рефлукса је један од фактора који утичу на шупљину заваривања.
Неисправно поређење различитих дужина времена рефлукса
3.6 Шупљина заваривања и вршна температура пећи
Са тестом вршне температуре пећи од 240 ℃ и 250 ℃ и другим условима непромењеним, површина шупљине завареног слоја је измерена након повратног тока, и у поређењу са вршном температуром пећи од 260 ℃, утврђено је да под различитим условима вршне температуре пећи, шупљина заварени слој КФН и струготине се није значајно променио, као што је приказано на слици 11. То показује да различита вршна температура пећи нема очигледан утицај на КФН и рупу у слоју за заваривање чипа, што није фактор утицаја.
Неисправно поређење различитих вршних температура
Горе наведени тестови показују да су значајни фактори који утичу на шупљину завареног слоја КФН и струготине време рефлукса и дебљина челичне мреже.
4 Побољшање шупљине за заваривање заваривањем помоћу пасте за лемљење
4.1ДОЕ тест за побољшање шупљине заваривања
Рупа у слоју за заваривање КФН и струготине је побољшана проналажењем оптималне вредности главних фактора утицаја (време рефлукса и дебљина челичне мреже). Лемна паста је била САЦ305 тип 4, облик челичне мреже је био типа решетке (100% степен отварања), вршна температура пећи је била 260 ℃, а остали услови испитивања су били исти као они за испитну опрему. ДОЕ тест и резултати су приказани у табели 3. Утицаји дебљине челичне мреже и времена рефлукса на КФН и рупе за заваривање струготине приказани су на слици 12. Анализом интеракције главних фактора утицаја, утврђено је да коришћењем челичне мреже дебљине 100 μм и време рефлукса од 80 с може значајно смањити заварену шупљину КФН-а и чипа. Стопа заварених шупљина КФН је смањена са максималних 27,8% на 16,1%, а стопа заварених шупљина чипа је смањена са максималних 20,5% на 14,5%.
У тесту је произведено 1000 производа под оптималним условима (дебљина челичне мреже 100 μм, време рефлукса 80 с), а насумично је мерена брзина шупљине заваривања од 100 КФН и чипа. Просечна стопа заварених шупљина КФН-а била је 16,4%, а просечна стопа заварених шупљина чипа је била 14,7% Стопа шупљине заваривања чипа и чипа је очигледно смањена.
4.2 Нови процес побољшава шупљину заваривања
Стварна производна ситуација и тест показују да када је површина шупљине за заваривање на дну чипа мања од 10%, проблем пуцања у положају шупљине чипа неће се појавити током везивања и обликовања олова. Параметри процеса оптимизовани од стране ДОЕ не могу да задовоље захтеве анализе и решавања рупа у конвенционалном заваривању пастом за лемљење повратним током, а стопа површине шупљине за заваривање чипа треба даље да се смањи.
Пошто чип прекривен лемом спречава излазак гаса из лема, брзина отвора на дну чипа се додатно смањује елиминацијом или смањењем гаса обложеног лемљењем. Усвојен је нови процес заваривања повратним током са два штампања пасте за лемљење: једно штампање пастом за лемљење, једно прелијевање које не покрива КФН и голи чип који испушта гас у лему; Специфичан процес штампања секундарне пасте за лемљење, закрпа и секундарног рефлукса приказан је на слици 13.
Када се први пут штампа паста за лемљење дебљине 75 μм, већина гаса у лему без поклопца чипа излази са површине, а дебљина након рефлукса је око 50 μм. Након завршетка примарног рефлукса, на површини охлађеног очврслог лема се штампају мали квадрати (како би се смањила количина пасте за лемљење, смањила количина преливања гаса, смањила или елиминисала прскање лема), а паста за лемљење са дебљине 50 μм (горе наведени резултати испитивања показују да је 100 μм најбоље, па је дебљина секундарне штампе 100 μм.50 μм=50 μм), затим уградити чип, а затим вратити кроз 80 с. Скоро да нема рупе у лему након првог штампања и прелијевања, а паста за лемљење у другом штампању је мала, а рупа за заваривање је мала, као што је приказано на слици 14.
Након два отиска пасте за лемљење, шупљи цртеж
4.3 Провера ефекта шупљине заваривања
Производња 2000 производа (дебљина прве штампарске челичне мреже је 75 μм, дебљина друге штампарске челичне мреже је 50 μм), остали услови непромењени, насумично мерење 500 КФН и брзина заваривања чипова, утврдили су да је нови процес након првог рефлукса нема шупљине, након другог рефлукса КФН Максимална стопа заварених шупљина је 4,8%, а максимална стопа шупљине за заваривање чипа је 4,1%. У поређењу са оригиналним процесом заваривања са једном пастом и процесом оптимизованим за ДОЕ, шупљина заваривања је значајно смањена, као што је приказано на слици 15. Након функционалних тестова свих производа нису пронађене пукотине од струготине.
5 Резиме
Оптимизација количине штампања пасте за лемљење и времена рефлукса може смањити површину шупљине за заваривање, али је стопа шупљине за заваривање и даље велика. Користећи две технике заваривања рефлов за штампање пастом за лемљење може ефикасно и максимизирати брзину заваривања. Површина заваривања голог чипа КФН кола може бити 4,4 мм к 4,1 мм и 3,0 мм к 2,3 мм у масовној производњи. Стопа шупљине заваривања повратним струјањем контролише се испод 5%, што побољшава квалитет и поузданост заваривања повратним током. Истраживање у овом раду даје важну референцу за побољшање проблема шупљина заваривања на површини заваривања велике површине.
Време поста: Јул-05-2023
