SMT પરંપરાગત સોલ્ડર પેસ્ટ એર રિફ્લો વેલ્ડીંગ કેવિટી એનાલિસિસ અને સોલ્યુશનનો ઉપયોગ કરે છે (2023 એસેન્સ એડિશન), તમે તેને લાયક છો!
1 પરિચય
સર્કિટ બોર્ડ એસેમ્બલીમાં, સોલ્ડર પેસ્ટને સર્કિટ બોર્ડના સોલ્ડર પેડ પર પ્રથમ પ્રિન્ટ કરવામાં આવે છે, અને પછી વિવિધ ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકોને જોડવામાં આવે છે. છેલ્લે, રિફ્લો ફર્નેસ પછી, સોલ્ડર પેસ્ટમાં ટીન મણકા ઓગળવામાં આવે છે અને તમામ પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો અને સર્કિટ બોર્ડના સોલ્ડર પેડને એકસાથે વેલ્ડ કરવામાં આવે છે જેથી ઇલેક્ટ્રિકલ સબમોડ્યુલ્સની એસેમ્બલી થાય. સરફેસમાઉન્ટટેક્નોલોજી (sMT) નો ઉપયોગ ઉચ્ચ ઘનતાવાળા પેકેજીંગ ઉત્પાદનોમાં થાય છે, જેમ કે સિસ્ટમ લેવલ પેકેજ (siP), ballgridarray (BGA) ઉપકરણો અને પાવર બેર ચિપ, સ્ક્વેર ફ્લેટ પિન-લેસ પેકેજ (ક્વાડ aatNo-લીડ, જેને QFN તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ) ઉપકરણ.
સોલ્ડર પેસ્ટ વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા અને સામગ્રીની લાક્ષણિકતાઓને કારણે, આ મોટા સોલ્ડર સપાટીના ઉપકરણોના રીફ્લો વેલ્ડીંગ પછી, સોલ્ડર વેલ્ડીંગ વિસ્તારમાં છિદ્રો હશે, જે ઉત્પાદનના વિદ્યુત ગુણધર્મો, થર્મલ ગુણધર્મો અને યાંત્રિક ગુણધર્મોને અસર કરશે, અને પણ ઉત્પાદન નિષ્ફળતા તરફ દોરી જાય છે, તેથી, સોલ્ડર પેસ્ટ રિફ્લો વેલ્ડીંગ પોલાણને સુધારવા માટે એક પ્રક્રિયા અને તકનીકી સમસ્યા બની ગઈ છે જેનો ઉકેલ લાવવો આવશ્યક છે, કેટલાક સંશોધકોએ BGA સોલ્ડર બોલ વેલ્ડીંગ પોલાણના કારણોનું વિશ્લેષણ અને અભ્યાસ કર્યો છે, અને સુધારણા ઉકેલો પ્રદાન કર્યા છે, પરંપરાગત સોલ્ડર. પેસ્ટ રિફ્લો વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા QFN ના 10mm2 થી વધુ વેલ્ડીંગ વિસ્તાર અથવા 6 mm2 થી વધુ વેલ્ડીંગ વિસ્તાર ના એકદમ ચિપ સોલ્યુશનનો અભાવ છે.
વેલ્ડ હોલને સુધારવા માટે પ્રીફોર્મસોલ્ડર વેલ્ડીંગ અને વેક્યુમ રીફ્લક્સ ફર્નેસ વેલ્ડીંગનો ઉપયોગ કરો. પ્રિફેબ્રિકેટેડ સોલ્ડરને ફ્લક્સ નિર્દેશ કરવા માટે ખાસ સાધનોની જરૂર પડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ચિપને પ્રિફેબ્રિકેટેડ સોલ્ડર પર સીધી મૂકવામાં આવે તે પછી ચિપ ઓફસેટ થાય છે અને ગંભીરતાથી નમેલી હોય છે. જો ફ્લક્સ માઉન્ટ ચિપ રિફ્લો અને પછી પોઈન્ટ હોય, તો પ્રક્રિયા બે રિફ્લો દ્વારા વધે છે, અને પ્રિફેબ્રિકેટેડ સોલ્ડર અને ફ્લક્સ સામગ્રીની કિંમત સોલ્ડર પેસ્ટ કરતા ઘણી વધારે છે.
વેક્યૂમ રિફ્લક્સ સાધનો વધુ ખર્ચાળ છે, સ્વતંત્ર વેક્યૂમ ચેમ્બરની વેક્યૂમ ક્ષમતા ખૂબ ઓછી છે, ખર્ચની કામગીરી ઊંચી નથી અને ટીન સ્પ્લેશિંગની સમસ્યા ગંભીર છે, જે ઉચ્ચ ઘનતા અને નાની-પિચના ઉપયોગ માટે એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે. ઉત્પાદનો આ પેપરમાં, પરંપરાગત સોલ્ડર પેસ્ટ રીફ્લો વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયાના આધારે, વેલ્ડીંગ પોલાણમાં સુધારો કરવા અને વેલ્ડીંગ પોલાણને કારણે બોન્ડીંગ અને પ્લાસ્ટિક સીલ ક્રેકીંગની સમસ્યાઓ હલ કરવા માટે નવી ગૌણ રીફ્લો વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા વિકસાવવામાં આવી છે અને રજૂ કરવામાં આવી છે.
2 સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટીંગ રીફ્લો વેલ્ડીંગ પોલાણ અને ઉત્પાદન પદ્ધતિ
2.1 વેલ્ડિંગ પોલાણ
રિફ્લો વેલ્ડીંગ પછી, ઉત્પાદનનું એક્સ-રે હેઠળ પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, વેલ્ડીંગ લેયરમાં અપૂરતા સોલ્ડરને કારણે હળવા રંગ સાથે વેલ્ડીંગ ઝોનમાં છિદ્રો હોવાનું જણાયું હતું.
બબલ હોલની એક્સ-રે શોધ
2.2 વેલ્ડીંગ પોલાણની રચનાની પદ્ધતિ
ઉદાહરણ તરીકે sAC305 સોલ્ડર પેસ્ટ લેતા, મુખ્ય રચના અને કાર્ય કોષ્ટક 1 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. ફ્લક્સ અને ટીન મણકા પેસ્ટ આકારમાં એકસાથે બંધાયેલા છે. ટીન સોલ્ડર અને ફ્લક્સનું વજન ગુણોત્તર લગભગ 9:1 છે, અને વોલ્યુમ રેશિયો લગભગ 1:1 છે.
સોલ્ડર પેસ્ટને વિવિધ ઈલેક્ટ્રોનિક ઘટકો સાથે પ્રિન્ટ અને માઉન્ટ કર્યા પછી, સોલ્ડર પેસ્ટ જ્યારે રિફ્લક્સ ફર્નેસમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે પ્રીહિટીંગ, એક્ટિવેશન, રિફ્લક્સ અને કૂલિંગના ચાર તબક્કામાંથી પસાર થશે. આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, વિવિધ તબક્કામાં વિવિધ તાપમાન સાથે સોલ્ડર પેસ્ટની સ્થિતિ પણ અલગ છે.
રિફ્લો સોલ્ડરિંગના દરેક વિસ્તાર માટે પ્રોફાઇલ સંદર્ભ
પ્રીહિટીંગ અને એક્ટિવેશન સ્ટેજમાં, સોલ્ડર પેસ્ટમાં ફ્લક્સમાં રહેલા અસ્થિર ઘટકો જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે ગેસમાં વોલેટાઈલાઈઝ થઈ જાય છે. તે જ સમયે, જ્યારે વેલ્ડીંગ સ્તરની સપાટી પરનો ઓક્સાઇડ દૂર કરવામાં આવે ત્યારે વાયુઓ ઉત્પન્ન થશે. આમાંના કેટલાક વાયુઓ અસ્થિર થઈ જશે અને સોલ્ડર પેસ્ટને છોડી દેશે, અને ફ્લક્સના વોલેટિલાઇઝેશનને કારણે સોલ્ડર બીડ્સ ચુસ્તપણે ઘટ્ટ થઈ જશે. રિફ્લક્સ અવસ્થામાં, સોલ્ડર પેસ્ટનો બાકીનો પ્રવાહ ઝડપથી બાષ્પીભવન થઈ જશે, ટીન મણકા ઓગળી જશે, ફ્લુક્સ વોલેટાઈલ ગેસની થોડી માત્રા અને ટીન મણકા વચ્ચેની મોટાભાગની હવા સમયસર વિખેરાઈ જશે નહીં, અને શેષ પીગળેલા ટીન અને પીગળેલા ટીનના તાણ હેઠળ હેમબર્ગર સેન્ડવીચ માળખું છે અને સર્કિટ બોર્ડ સોલ્ડર પેડ અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો દ્વારા પકડવામાં આવે છે, અને પ્રવાહી ટીનમાં વીંટળાયેલો ગેસ ફક્ત ઉપરની ઉછાળથી બચવું મુશ્કેલ છે. ઉપરનો ગલન સમય ખૂબ જ છે. ટૂંકું જ્યારે પીગળેલું ટીન ઠંડું પડે છે અને નક્કર ટીન બને છે, ત્યારે આકૃતિ 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે વેલ્ડિંગ સ્તરમાં છિદ્રો દેખાય છે અને સોલ્ડર છિદ્રો રચાય છે.
સોલ્ડર પેસ્ટ રીફ્લો વેલ્ડીંગ દ્વારા જનરેટ થયેલ રદબાતલનું યોજનાકીય રેખાકૃતિ
વેલ્ડિંગ કેવિટીનું મૂળ કારણ એ છે કે પીગળ્યા પછી સોલ્ડર પેસ્ટમાં લપેટી હવા અથવા અસ્થિર ગેસ સંપૂર્ણપણે છૂટા પડતો નથી. પ્રભાવિત પરિબળોમાં સોલ્ડર પેસ્ટ સામગ્રી, સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ આકાર, સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ રકમ, રિફ્લક્સ તાપમાન, રિફ્લક્સ સમય, વેલ્ડિંગ કદ, માળખું વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.
3. સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટીંગ રીફ્લો વેલ્ડીંગ છિદ્રોના પ્રભાવિત પરિબળોની ચકાસણી
QFN અને એકદમ ચિપ પરીક્ષણોનો ઉપયોગ રીફ્લો વેલ્ડીંગ વોઈડ્સના મુખ્ય કારણોની પુષ્ટિ કરવા અને સોલ્ડર પેસ્ટ દ્વારા મુદ્રિત રીફ્લો વેલ્ડીંગ વોઈડ્સને સુધારવાની રીતો શોધવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. QFN અને એકદમ ચિપ સોલ્ડર પેસ્ટ રિફ્લો વેલ્ડીંગ પ્રોડક્ટ પ્રોફાઇલ આકૃતિ 4 માં બતાવેલ છે, QFN વેલ્ડીંગ સપાટીનું કદ 4.4mmx4.1mm છે, વેલ્ડીંગ સપાટી ટીન કરેલ સ્તર છે (100% શુદ્ધ ટીન); એકદમ ચિપનું વેલ્ડીંગ કદ 3.0mmx2.3mm છે, વેલ્ડીંગ લેયર સ્પુટર્ડ નિકલ-વેનેડિયમ બાયમેટાલિક સ્તર છે, અને સપાટીનું સ્તર વેનેડિયમ છે. સબસ્ટ્રેટનું વેલ્ડિંગ પેડ ઇલેક્ટ્રોલેસ નિકલ-પેલેડિયમ ગોલ્ડ-ડિપિંગ હતું, અને જાડાઈ 0.4μm/0.06μm/0.04μm હતી. SAC305 સોલ્ડર પેસ્ટનો ઉપયોગ થાય છે, સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટીંગ સાધનો DEK Horizon APix છે, રિફ્લક્સ ફર્નેસ સાધનો BTUPyramax150N છે અને એક્સ-રે સાધનો DAGExD7500VR છે.
QFN અને એકદમ ચિપ વેલ્ડીંગ રેખાંકનો
પરીક્ષણ પરિણામોની સરખામણીને સરળ બનાવવા માટે, રિફ્લો વેલ્ડીંગ કોષ્ટક 2 માં શરતો હેઠળ કરવામાં આવ્યું હતું.
રીફ્લો વેલ્ડીંગ કન્ડિશન ટેબલ
સરફેસ માઉન્ટિંગ અને રિફ્લો વેલ્ડીંગ પૂર્ણ થયા પછી, વેલ્ડીંગ લેયર એક્સ-રે દ્વારા શોધી કાઢવામાં આવ્યું હતું, અને તે જાણવા મળ્યું હતું કે આકૃતિ 5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, QFN અને એકદમ ચિપના તળિયે વેલ્ડીંગ લેયરમાં મોટા છિદ્રો હતા.
QFN અને ચિપ હોલોગ્રામ (એક્સ-રે)
ટીન બીડનું કદ, સ્ટીલ મેશની જાડાઈ, ઓપનિંગ એરિયા રેટ, સ્ટીલ મેશનો આકાર, રિફ્લક્સ ટાઈમ અને પીક ફર્નેસ ટેમ્પરેચર આ બધું રિફ્લો વેલ્ડિંગ વોઈડ્સને અસર કરશે, ત્યાં ઘણા પ્રભાવી પરિબળો છે, જે DOE ટેસ્ટ દ્વારા સીધા ચકાસવામાં આવશે, અને પ્રાયોગિક સંખ્યા જૂથો ખૂબ મોટા હશે. સહસંબંધ સરખામણી કસોટી દ્વારા મુખ્ય પ્રભાવિત પરિબળોને ઝડપથી તપાસવા અને નિર્ધારિત કરવા અને પછી DOE દ્વારા મુખ્ય પ્રભાવિત પરિબળોને વધુ ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા જરૂરી છે.
3.1 સોલ્ડર છિદ્રો અને સોલ્ડર પેસ્ટ ટીન મણકાના પરિમાણો
ટાઇપ3 (મણકાનું કદ 25-45 μm) SAC305 સોલ્ડર પેસ્ટ ટેસ્ટ સાથે, અન્ય શરતો યથાવત રહે છે. રિફ્લો પછી, સોલ્ડર લેયરમાં છિદ્રો માપવામાં આવે છે અને ટાઇપ4 સોલ્ડર પેસ્ટ સાથે સરખામણી કરવામાં આવે છે. એવું જાણવા મળ્યું છે કે સોલ્ડર લેયરમાં છિદ્રો બે પ્રકારની સોલ્ડર પેસ્ટ વચ્ચે નોંધપાત્ર રીતે અલગ નથી, જે દર્શાવે છે કે વિવિધ મણકાના કદ સાથે સોલ્ડર પેસ્ટનો સોલ્ડર લેયરના છિદ્રો પર કોઈ સ્પષ્ટ પ્રભાવ નથી, જે પ્રભાવિત પરિબળ નથી, FIG માં બતાવ્યા પ્રમાણે. 6 બતાવ્યા પ્રમાણે.
વિવિધ કણોના કદ સાથે મેટાલિક ટીન પાવડર છિદ્રોની સરખામણી
3.2 વેલ્ડીંગ કેવિટી અને પ્રિન્ટેડ સ્ટીલ મેશની જાડાઈ
રિફ્લો પછી, વેલ્ડેડ સ્તરનો પોલાણ વિસ્તાર 50 μm, 100 μm અને 125 μm ની જાડાઈ સાથે પ્રિન્ટેડ સ્ટીલ મેશ સાથે માપવામાં આવ્યો હતો, અને અન્ય સ્થિતિઓ યથાવત રહી હતી. એવું જાણવા મળ્યું કે QFN પર સ્ટીલ મેશ (સોલ્ડર પેસ્ટ) ની વિવિધ જાડાઈની અસર 75 μm ની જાડાઈ સાથે પ્રિન્ટેડ સ્ટીલ મેશ સાથે સરખાવવામાં આવી હતી જેમ જેમ સ્ટીલ મેશની જાડાઈ વધે છે તેમ, પોલાણ વિસ્તાર ધીમે ધીમે ઘટતો જાય છે. ચોક્કસ જાડાઈ (100μm) સુધી પહોંચ્યા પછી, આકૃતિ 7 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સ્ટીલ મેશની જાડાઈના વધારા સાથે પોલાણનો વિસ્તાર પલટાઈ જશે અને વધવા માંડશે.
આ દર્શાવે છે કે જ્યારે સોલ્ડર પેસ્ટની માત્રામાં વધારો થાય છે, ત્યારે રિફ્લક્સ સાથે પ્રવાહી ટીન ચિપ દ્વારા આવરી લેવામાં આવે છે, અને અવશેષ એર એસ્કેપનો આઉટલેટ ફક્ત ચાર બાજુઓ પર સાંકડો હોય છે. જ્યારે સોલ્ડર પેસ્ટની માત્રામાં ફેરફાર કરવામાં આવે છે, ત્યારે અવશેષ એર એસ્કેપનો આઉટલેટ પણ વધી જાય છે, અને પ્રવાહી ટીન અથવા અસ્થિર ગેસ એસ્કેપિંગ લિક્વિડ ટીનમાં લપેટી હવાના ત્વરિત વિસ્ફોટથી QFN અને ચિપની આસપાસ પ્રવાહી ટીન સ્પ્લેશ થશે.
પરીક્ષણમાં જાણવા મળ્યું છે કે સ્ટીલ મેશની જાડાઈમાં વધારો થવા સાથે, હવા અથવા અસ્થિર ગેસના ભાગી જવાથી થતા પરપોટાના વિસ્ફોટમાં પણ વધારો થશે, અને QFN અને ચિપની આસપાસ ટીન સ્પ્લેશ થવાની સંભાવના પણ તે જ રીતે વધશે.
વિવિધ જાડાઈના સ્ટીલ મેશમાં છિદ્રોની સરખામણી
3.3 વેલ્ડિંગ કેવિટી અને સ્ટીલ મેશ ઓપનિંગનો વિસ્તાર ગુણોત્તર
100%, 90% અને 80% ના ઓપનિંગ રેટ સાથે પ્રિન્ટેડ સ્ટીલ મેશનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું, અને અન્ય શરતો યથાવત રહી હતી. રિફ્લો પછી, વેલ્ડેડ લેયરનો પોલાણ વિસ્તાર માપવામાં આવ્યો હતો અને 100% ઓપનિંગ રેટ સાથે પ્રિન્ટેડ સ્ટીલ મેશ સાથે સરખામણી કરવામાં આવી હતી. એવું જાણવા મળ્યું હતું કે આકૃતિ 8 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, 100% અને 90% 80% ના ઉદઘાટન દરની શરતો હેઠળ વેલ્ડેડ સ્તરની પોલાણમાં કોઈ નોંધપાત્ર તફાવત નથી.
વિવિધ સ્ટીલ મેશના વિવિધ ઓપનિંગ વિસ્તારની પોલાણની સરખામણી
3.4 વેલ્ડેડ કેવિટી અને પ્રિન્ટેડ સ્ટીલ મેશ આકાર
સ્ટ્રીપ b અને વલણવાળી ગ્રીડ c ની સોલ્ડર પેસ્ટના પ્રિન્ટીંગ આકાર પરીક્ષણ સાથે, અન્ય શરતો યથાવત રહે છે. રિફ્લો પછી, વેલ્ડીંગ લેયરનો પોલાણ વિસ્તાર માપવામાં આવે છે અને ગ્રીડ a ના પ્રિન્ટીંગ આકાર સાથે સરખાવવામાં આવે છે. એવું જાણવા મળ્યું છે કે આકૃતિ 9 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ગ્રીડ, સ્ટ્રીપ અને વલણવાળા ગ્રીડની શરતો હેઠળ વેલ્ડીંગ સ્તરની પોલાણમાં કોઈ નોંધપાત્ર તફાવત નથી.
સ્ટીલ મેશના વિવિધ ઓપનિંગ મોડ્સમાં છિદ્રોની સરખામણી
3.5 વેલ્ડિંગ પોલાણ અને રિફ્લક્સ સમય
લાંબા સમય સુધી રિફ્લક્સ સમય (70 s, 80 s, 90 s) પરીક્ષણ પછી, અન્ય સ્થિતિઓ યથાવત રહે છે, વેલ્ડિંગ સ્તરમાં છિદ્ર રિફ્લક્સ પછી માપવામાં આવ્યું હતું, અને 60 s ના રિફ્લક્સ સમય સાથે સરખામણી કરવામાં આવી હતી, તે જાણવા મળ્યું હતું કે વધારો સાથે રિફ્લક્સ ટાઈમ, વેલ્ડીંગ હોલ એરિયામાં ઘટાડો થયો, પરંતુ સમયના વધારા સાથે ઘટાડાનું કંપનવિસ્તાર ધીમે ધીમે ઘટ્યું, જેમ કે આકૃતિ 10 માં બતાવ્યા પ્રમાણે. આ દર્શાવે છે કે અપૂરતા રિફ્લક્સ સમયના કિસ્સામાં, રિફ્લક્સ સમય વધારવો એ હવાના સંપૂર્ણ ઓવરફ્લો માટે અનુકૂળ છે. પીગળેલા પ્રવાહી ટીનમાં લપેટી, પરંતુ રિફ્લક્સનો સમય ચોક્કસ સમય સુધી વધે તે પછી, પ્રવાહી ટીનમાં વીંટળાયેલી હવા ફરીથી વહેવી મુશ્કેલ છે. રિફ્લક્સ સમય વેલ્ડીંગ પોલાણને અસર કરતા પરિબળો પૈકી એક છે.
વિવિધ રિફ્લક્સ સમય લંબાઈની રદબાતલ સરખામણી
3.6 વેલ્ડિંગ પોલાણ અને ટોચની ભઠ્ઠી તાપમાન
240 ℃ અને 250 ℃ પીક ફર્નેસ તાપમાન પરીક્ષણ અને અન્ય સ્થિતિઓ યથાવત સાથે, વેલ્ડેડ સ્તરનો પોલાણ વિસ્તાર રિફ્લો પછી માપવામાં આવ્યો હતો, અને 260 ℃ પીક ફર્નેસ તાપમાન સાથે સરખામણી કરવામાં આવી હતી, તે જાણવા મળ્યું હતું કે વિવિધ પીક ફર્નેસ તાપમાનની પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, પોલાણનું સ્તર આકૃતિ 11 માં બતાવ્યા પ્રમાણે QFN અને ચિપનું વેલ્ડેડ સ્તર નોંધપાત્ર રીતે બદલાયું નથી. તે દર્શાવે છે કે વિવિધ પીક ફર્નેસ તાપમાન QFN અને ચિપના વેલ્ડિંગ સ્તરના છિદ્ર પર કોઈ સ્પષ્ટ અસર કરતું નથી, જે પ્રભાવિત પરિબળ નથી.
વિવિધ પીક તાપમાનની રદબાતલ સરખામણી
ઉપરોક્ત પરીક્ષણો સૂચવે છે કે QFN અને ચિપના વેલ્ડ લેયર કેવિટીને અસર કરતા નોંધપાત્ર પરિબળો રિફ્લક્સ ટાઈમ અને સ્ટીલ મેશની જાડાઈ છે.
4 સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટીંગ રીફ્લો વેલ્ડીંગ પોલાણ સુધારણા
4.1 DOE વેલ્ડીંગ પોલાણ સુધારવા માટે પરીક્ષણ
QFN અને ચિપના વેલ્ડીંગ લેયરમાં છિદ્ર મુખ્ય પ્રભાવિત પરિબળો (રિફ્લક્સ સમય અને સ્ટીલ મેશની જાડાઈ) નું શ્રેષ્ઠ મૂલ્ય શોધીને સુધારવામાં આવ્યું હતું. સોલ્ડર પેસ્ટ SAC305 type4 હતી, સ્ટીલ મેશનો આકાર ગ્રીડ પ્રકારનો હતો (100% ઓપનિંગ ડિગ્રી), ભઠ્ઠીનું ટોચનું તાપમાન 260 ℃ હતું, અને અન્ય પરીક્ષણ પરિસ્થિતિઓ પરીક્ષણ સાધનોની સમાન હતી. DOE પરીક્ષણ અને પરિણામો કોષ્ટક 3 માં દર્શાવવામાં આવ્યા હતા. QFN અને ચિપ વેલ્ડિંગ છિદ્રો પર સ્ટીલ મેશની જાડાઈ અને રિફ્લક્સ સમયના પ્રભાવો આકૃતિ 12 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. મુખ્ય પ્રભાવિત પરિબળોના ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વિશ્લેષણ દ્વારા, એવું જાણવા મળ્યું છે કે 100 μm સ્ટીલ મેશ જાડાઈનો ઉપયોગ કરીને અને 80 સેકન્ડનો રિફ્લક્સ સમય QFN અને ચિપના વેલ્ડિંગ પોલાણને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકે છે. QFN નો વેલ્ડિંગ કેવિટી રેટ મહત્તમ 27.8% થી ઘટાડીને 16.1% કરવામાં આવ્યો છે, અને ચિપનો વેલ્ડિંગ કેવિટી રેટ મહત્તમ 20.5% થી ઘટાડીને 14.5% કરવામાં આવ્યો છે.
પરીક્ષણમાં, 1000 ઉત્પાદનો શ્રેષ્ઠ પરિસ્થિતિઓ (100 μm સ્ટીલ મેશ જાડાઈ, 80 s રિફ્લક્સ સમય) હેઠળ બનાવવામાં આવ્યા હતા અને 100 QFN અને ચિપના વેલ્ડિંગ કેવિટી રેટ રેન્ડમલી માપવામાં આવ્યા હતા. QFN નો સરેરાશ વેલ્ડિંગ પોલાણ દર 16.4% હતો, અને ચિપનો સરેરાશ વેલ્ડિંગ પોલાણ દર 14.7% હતો. ચિપ અને ચિપના વેલ્ડિંગ પોલાણ દરમાં સ્પષ્ટપણે ઘટાડો થયો છે.
4.2 નવી પ્રક્રિયા વેલ્ડીંગ પોલાણમાં સુધારો કરે છે
વાસ્તવિક ઉત્પાદન પરિસ્થિતિ અને પરીક્ષણ દર્શાવે છે કે જ્યારે ચિપના તળિયે વેલ્ડિંગ કેવિટી એરિયા 10% કરતા ઓછો હોય છે, ત્યારે લીડ બોન્ડિંગ અને મોલ્ડિંગ દરમિયાન ચિપ કેવિટી પોઝિશન ક્રેકીંગની સમસ્યા ઊભી થશે નહીં. DOE દ્વારા ઑપ્ટિમાઇઝ કરેલ પ્રક્રિયા પરિમાણો પરંપરાગત સોલ્ડર પેસ્ટ રિફ્લો વેલ્ડીંગમાં છિદ્રોનું વિશ્લેષણ અને ઉકેલની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકતા નથી, અને ચિપના વેલ્ડીંગ કેવિટી એરિયા રેટને વધુ ઘટાડવાની જરૂર છે.
સોલ્ડર પર ઢંકાયેલી ચિપ સોલ્ડરમાં રહેલા ગેસને બહાર નીકળતા અટકાવે છે, તેથી સોલ્ડર કોટેડ ગેસને દૂર કરીને અથવા ઘટાડીને ચિપના તળિયે છિદ્રનો દર વધુ ઘટે છે. બે સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટીંગ સાથે રીફ્લો વેલ્ડીંગની નવી પ્રક્રિયા અપનાવવામાં આવી છે: એક સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટીંગ, એક રીફ્લો ક્યુએફએનને આવરી લેતું નથી અને સોલ્ડરમાં ગેસનું નિકાલ કરતી એકદમ ચિપ; સેકન્ડરી સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટીંગ, પેચ અને સેકન્ડરી રીફ્લક્સની ચોક્કસ પ્રક્રિયા આકૃતિ 13 માં બતાવવામાં આવી છે.
જ્યારે 75μm જાડા સોલ્ડર પેસ્ટને પ્રથમ વખત છાપવામાં આવે છે, ત્યારે ચિપ કવર વિના સોલ્ડરમાંનો મોટાભાગનો ગેસ સપાટી પરથી છટકી જાય છે, અને રિફ્લક્સ પછી જાડાઈ લગભગ 50μm છે. પ્રાથમિક રિફ્લક્સ પૂર્ણ થયા પછી, નાના ચોરસને કૂલ્ડ સોલિફાઇડ સોલ્ડરની સપાટી પર છાપવામાં આવે છે (સોલ્ડર પેસ્ટનું પ્રમાણ ઘટાડવા, ગેસ સ્પિલોવરનું પ્રમાણ ઘટાડવા, સોલ્ડર સ્પેટર ઘટાડવા અથવા દૂર કરવા), અને સોલ્ડર પેસ્ટ સાથે 50 μm ની જાડાઈ (ઉપરના પરીક્ષણ પરિણામો દર્શાવે છે કે 100 μm શ્રેષ્ઠ છે, તેથી ગૌણ પ્રિન્ટિંગની જાડાઈ 100 μm. 50 μm=50 μm છે), પછી ચિપ ઇન્સ્ટોલ કરો, અને પછી 80 s દ્વારા પાછા ફરો. પ્રથમ પ્રિન્ટિંગ અને રિફ્લો પછી સોલ્ડરમાં લગભગ કોઈ છિદ્ર નથી, અને બીજી પ્રિન્ટિંગમાં સોલ્ડર પેસ્ટ નાની છે, અને વેલ્ડિંગ છિદ્ર નાનું છે, જેમ કે આકૃતિ 14 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.
સોલ્ડર પેસ્ટના બે પ્રિન્ટીંગ પછી, હોલો ડ્રોઇંગ
4.3 વેલ્ડીંગ કેવિટી અસરની ચકાસણી
2000 પ્રોડક્ટ્સનું ઉત્પાદન (પ્રથમ પ્રિન્ટિંગ સ્ટીલ મેશની જાડાઈ 75 μm છે, બીજા પ્રિન્ટિંગ સ્ટીલ મેશની જાડાઈ 50 μm છે), અન્ય શરતો યથાવત, 500 QFN નું રેન્ડમ માપન અને ચિપ વેલ્ડિંગ કેવિટી રેટ, જાણવા મળ્યું છે કે નવી પ્રક્રિયા પ્રથમ રિફ્લક્સ પછી કોઈ પોલાણ નથી, બીજા રિફ્લક્સ પછી QFN મહત્તમ વેલ્ડિંગ પોલાણ દર 4.8% છે, અને ચિપનો મહત્તમ વેલ્ડિંગ પોલાણ દર 4.1% છે. મૂળ સિંગલ-પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા અને DOE ઑપ્ટિમાઇઝ પ્રક્રિયાની સરખામણીમાં, આકૃતિ 15 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, વેલ્ડીંગ પોલાણમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થયો છે. તમામ ઉત્પાદનોના કાર્યાત્મક પરીક્ષણો પછી કોઈ ચિપ ક્રેક જોવા મળી નથી.
5 સારાંશ
સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ રકમ અને રિફ્લક્સ સમયનું ઑપ્ટિમાઇઝેશન વેલ્ડિંગ કેવિટી એરિયાને ઘટાડી શકે છે, પરંતુ વેલ્ડિંગ કેવિટી રેટ હજુ પણ મોટો છે. બે સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટીંગ રીફ્લો વેલ્ડીંગ તકનીકોનો ઉપયોગ અસરકારક રીતે અને વેલ્ડીંગ પોલાણ દરને મહત્તમ કરી શકે છે. મોટા પ્રમાણમાં ઉત્પાદનમાં QFN સર્કિટ બેર ચિપનો વેલ્ડીંગ વિસ્તાર અનુક્રમે 4.4mm x4.1mm અને 3.0mm x2.3mm હોઈ શકે છે. રીફ્લો વેલ્ડીંગનો કેવિટી રેટ 5% ની નીચે નિયંત્રિત થાય છે, જે રીફ્લો વેલ્ડીંગની ગુણવત્તા અને વિશ્વસનીયતામાં સુધારો કરે છે. આ પેપરમાં સંશોધન મોટા વિસ્તારની વેલ્ડીંગ સપાટીની વેલ્ડીંગ પોલાણની સમસ્યાને સુધારવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ સંદર્ભ પૂરો પાડે છે.
