SMT પરંપરાગત સોલ્ડર પેસ્ટ એર રિફ્લો વેલ્ડીંગ કેવિટી વિશ્લેષણ અને સોલ્યુશન (2023 એસેન્સ એડિશન) નો ઉપયોગ કરે છે, તમે તેના લાયક છો!
૧ પરિચય
સર્કિટ બોર્ડ એસેમ્બલીમાં, સોલ્ડર પેસ્ટ પહેલા સર્કિટ બોર્ડ સોલ્ડર પેડ પર છાપવામાં આવે છે, અને પછી વિવિધ ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકોને જોડવામાં આવે છે. અંતે, રિફ્લો ફર્નેસ પછી, સોલ્ડર પેસ્ટમાં રહેલા ટીન મણકા ઓગાળવામાં આવે છે અને ઇલેક્ટ્રિકલ સબમોડ્યુલ્સની એસેમ્બલીને સાકાર કરવા માટે તમામ પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો અને સર્કિટ બોર્ડના સોલ્ડર પેડને એકસાથે વેલ્ડ કરવામાં આવે છે. સિસ્ટમ લેવલ પેકેજ (siP), બોલગ્રિડેર્રે (BGA) ઉપકરણો અને પાવર બેર ચિપ, સ્ક્વેર ફ્લેટ પિન-લેસ પેકેજ (ક્વાડ aatNo-લીડ, જેને QFN તરીકે ઓળખવામાં આવે છે) ઉપકરણ જેવા ઉચ્ચ-ઘનતા પેકેજિંગ ઉત્પાદનોમાં સરફેસ માઉન્ટ ટેકનોલોજી (sMT) નો ઉપયોગ વધુને વધુ થઈ રહ્યો છે.
સોલ્ડર પેસ્ટ વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા અને સામગ્રીની લાક્ષણિકતાઓને કારણે, આ મોટા સોલ્ડર સપાટી ઉપકરણોના રિફ્લો વેલ્ડીંગ પછી, સોલ્ડર વેલ્ડીંગ વિસ્તારમાં છિદ્રો હશે, જે ઉત્પાદનના વિદ્યુત ગુણધર્મો, થર્મલ ગુણધર્મો અને યાંત્રિક ગુણધર્મોને અસર કરશે, અને ઉત્પાદન નિષ્ફળતા તરફ પણ દોરી જશે. તેથી, સોલ્ડર પેસ્ટ રિફ્લો વેલ્ડીંગ કેવિટીને સુધારવા માટે એક પ્રક્રિયા અને તકનીકી સમસ્યા બની ગઈ છે જેને હલ કરવી આવશ્યક છે, કેટલાક સંશોધકોએ BGA સોલ્ડર બોલ વેલ્ડીંગ કેવિટીના કારણોનું વિશ્લેષણ અને અભ્યાસ કર્યો છે, અને સુધારણા ઉકેલો પૂરા પાડ્યા છે, પરંપરાગત સોલ્ડર પેસ્ટ રિફ્લો વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા વેલ્ડીંગ વિસ્તાર 10mm2 કરતા વધુ QFN અથવા વેલ્ડીંગ વિસ્તાર 6 mm2 કરતા વધુના બેર ચિપ સોલ્યુશનનો અભાવ છે.
વેલ્ડ હોલ સુધારવા માટે પ્રીફોર્મસોલ્ડર વેલ્ડીંગ અને વેક્યુમ રિફ્લક્સ ફર્નેસ વેલ્ડીંગનો ઉપયોગ કરો. પ્રીફેબ્રિકેટેડ સોલ્ડરને પોઇન્ટ ફ્લક્સ માટે ખાસ સાધનોની જરૂર પડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ચિપને સીધા પ્રિફેબ્રિકેટેડ સોલ્ડર પર મૂક્યા પછી ચિપને ઓફસેટ અને ગંભીર રીતે નમેલી કરવામાં આવે છે. જો ફ્લક્સ માઉન્ટ ચિપને રિફ્લો અને પછી પોઇન્ટ કરવામાં આવે છે, તો પ્રક્રિયા બે રિફ્લો દ્વારા વધે છે, અને પ્રીફેબ્રિકેટેડ સોલ્ડર અને ફ્લક્સ મટિરિયલની કિંમત સોલ્ડર પેસ્ટ કરતા ઘણી વધારે છે.
વેક્યુમ રિફ્લક્સ સાધનો વધુ મોંઘા છે, સ્વતંત્ર વેક્યુમ ચેમ્બરની વેક્યુમ ક્ષમતા ખૂબ ઓછી છે, ખર્ચ પ્રદર્શન વધારે નથી, અને ટીન સ્પ્લેશિંગ સમસ્યા ગંભીર છે, જે ઉચ્ચ-ઘનતા અને નાના-પિચ ઉત્પાદનોના ઉપયોગ માટે એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે. આ પેપરમાં, પરંપરાગત સોલ્ડર પેસ્ટ રિફ્લો વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયાના આધારે, વેલ્ડીંગ કેવિટીને સુધારવા અને વેલ્ડીંગ કેવિટીને કારણે બોન્ડિંગ અને પ્લાસ્ટિક સીલ ક્રેકીંગની સમસ્યાઓને ઉકેલવા માટે એક નવી ગૌણ રિફ્લો વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા વિકસાવવામાં આવી છે અને રજૂ કરવામાં આવી છે.
2 સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ રિફ્લો વેલ્ડીંગ કેવિટી અને ઉત્પાદન પદ્ધતિ
૨.૧ વેલ્ડીંગ પોલાણ
રિફ્લો વેલ્ડીંગ પછી, ઉત્પાદનનું એક્સ-રે હેઠળ પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું. આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, વેલ્ડીંગ લેયરમાં અપૂરતા સોલ્ડરને કારણે હળવા રંગના વેલ્ડીંગ ઝોનમાં છિદ્રો હોવાનું જાણવા મળ્યું.
બબલ હોલનું એક્સ-રે શોધ
૨.૨ વેલ્ડીંગ પોલાણની રચના પદ્ધતિ
sAC305 સોલ્ડર પેસ્ટને ઉદાહરણ તરીકે લેતા, મુખ્ય રચના અને કાર્ય કોષ્ટક 1 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. ફ્લક્સ અને ટીન મણકા પેસ્ટ આકારમાં એકસાથે બંધાયેલા છે. ટીન સોલ્ડર અને ફ્લક્સનો વજન ગુણોત્તર લગભગ 9:1 છે, અને વોલ્યુમ ગુણોત્તર લગભગ 1:1 છે.
સોલ્ડર પેસ્ટ છાપ્યા પછી અને વિવિધ ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો સાથે માઉન્ટ કર્યા પછી, જ્યારે તે રિફ્લક્સ ફર્નેસમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રીહિટીંગ, એક્ટિવેશન, રિફ્લક્સ અને કૂલિંગના ચાર તબક્કાઓમાંથી પસાર થશે. આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સોલ્ડર પેસ્ટની સ્થિતિ પણ વિવિધ તબક્કાઓમાં વિવિધ તાપમાન સાથે અલગ અલગ હોય છે.
રિફ્લો સોલ્ડરિંગના દરેક ક્ષેત્ર માટે પ્રોફાઇલ સંદર્ભ
પ્રીહિટીંગ અને સક્રિયકરણ તબક્કામાં, સોલ્ડર પેસ્ટમાં ફ્લક્સમાં રહેલા અસ્થિર ઘટકો ગરમ થવા પર ગેસમાં ફેરવાઈ જશે. તે જ સમયે, વેલ્ડિંગ સ્તરની સપાટી પરના ઓક્સાઇડને દૂર કરવામાં આવે ત્યારે વાયુઓ ઉત્પન્ન થશે. આમાંના કેટલાક વાયુઓ અસ્થિર થઈને સોલ્ડર પેસ્ટ છોડી દેશે, અને ફ્લક્સના અસ્થિરતાને કારણે સોલ્ડર મણકા કડક રીતે ઘટ્ટ થઈ જશે. રિફ્લક્સ તબક્કામાં, સોલ્ડર પેસ્ટમાં બાકી રહેલો પ્રવાહ ઝડપથી બાષ્પીભવન થઈ જશે, ટીન મણકા ઓગળી જશે, થોડી માત્રામાં ફ્લક્સ અસ્થિર ગેસ અને ટીન મણકા વચ્ચેની મોટાભાગની હવા સમયસર વિખેરાઈ જશે નહીં, અને પીગળેલા ટીનમાં અને પીગળેલા ટીનના તાણ હેઠળ અવશેષ હેમબર્ગર સેન્ડવિચ સ્ટ્રક્ચર છે અને સર્કિટ બોર્ડ સોલ્ડર પેડ અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો દ્વારા પકડાય છે, અને પ્રવાહી ટીનમાં લપેટાયેલ ગેસ ફક્ત ઉપરની તરફ ઉછાળા દ્વારા બહાર નીકળવું મુશ્કેલ છે. ઉપરનો ગલન સમય ખૂબ જ ઓછો હોય છે. જ્યારે પીગળેલું ટીન ઠંડુ થાય છે અને ઘન ટીન બને છે, ત્યારે વેલ્ડિંગ સ્તરમાં છિદ્રો દેખાય છે અને સોલ્ડર છિદ્રો બને છે, જેમ કે આકૃતિ 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.
સોલ્ડર પેસ્ટ રિફ્લો વેલ્ડીંગ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ખાલી જગ્યાનું યોજનાકીય આકૃતિ
વેલ્ડીંગ કેવિટીનું મૂળ કારણ એ છે કે પીગળ્યા પછી સોલ્ડર પેસ્ટમાં લપેટાયેલ હવા અથવા અસ્થિર ગેસ સંપૂર્ણપણે બહાર નીકળતો નથી. પ્રભાવિત પરિબળોમાં સોલ્ડર પેસ્ટ સામગ્રી, સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ આકાર, સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ રકમ, રિફ્લક્સ તાપમાન, રિફ્લક્સ સમય, વેલ્ડીંગ કદ, માળખું વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.
3. સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ રિફ્લો વેલ્ડીંગ છિદ્રોના પ્રભાવશાળી પરિબળોની ચકાસણી
રિફ્લો વેલ્ડીંગ વોઇડ્સના મુખ્ય કારણોની પુષ્ટિ કરવા અને સોલ્ડર પેસ્ટ દ્વારા છાપેલા રિફ્લો વેલ્ડીંગ વોઇડ્સને સુધારવાના રસ્તાઓ શોધવા માટે QFN અને બેર ચિપ ટેસ્ટનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. QFN અને બેર ચિપ સોલ્ડર પેસ્ટ રિફ્લો વેલ્ડીંગ પ્રોડક્ટ પ્રોફાઇલ આકૃતિ 4 માં બતાવવામાં આવી છે, QFN વેલ્ડીંગ સપાટીનું કદ 4.4mmx4.1mm છે, વેલ્ડીંગ સપાટી ટીન કરેલ સ્તર (100% શુદ્ધ ટીન) છે; બેર ચિપનું વેલ્ડીંગ કદ 3.0mmx2.3mm છે, વેલ્ડીંગ સ્તર સ્પુટર્ડ નિકલ-વેનેડિયમ બાયમેટાલિક સ્તર છે, અને સપાટીનું સ્તર વેનેડિયમ છે. સબસ્ટ્રેટનું વેલ્ડીંગ 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 સાધન DEK Horizon APix છે, રિફ્લક્સ ફર્નેસ સાધન BTUPyramax150N છે, અને એક્સ-રે સાધન DAGExD7500VR છે.
QFN અને બેર ચિપ વેલ્ડીંગ રેખાંકનો
પરીક્ષણ પરિણામોની સરખામણી સરળ બનાવવા માટે, કોષ્ટક 2 માં દર્શાવેલ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ રિફ્લો વેલ્ડીંગ કરવામાં આવ્યું હતું.
રિફ્લો વેલ્ડીંગ સ્થિતિ કોષ્ટક
સરફેસ માઉન્ટિંગ અને રિફ્લો વેલ્ડીંગ પૂર્ણ થયા પછી, એક્સ-રે દ્વારા વેલ્ડીંગ લેયર શોધી કાઢવામાં આવ્યું, અને એવું જાણવા મળ્યું કે આકૃતિ 5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, QFN અને બેર ચિપના તળિયે વેલ્ડીંગ લેયરમાં મોટા છિદ્રો હતા.
QFN અને ચિપ હોલોગ્રામ (એક્સ-રે)
ટીન મણકાનું કદ, સ્ટીલ મેશની જાડાઈ, ઓપનિંગ એરિયા રેટ, સ્ટીલ મેશનો આકાર, રિફ્લક્સ સમય અને પીક ફર્નેસ તાપમાન આ બધું રિફ્લો વેલ્ડીંગ ખાલી જગ્યાઓને અસર કરશે, તેથી ઘણા પ્રભાવિત પરિબળો છે, જે DOE પરીક્ષણ દ્વારા સીધા ચકાસવામાં આવશે, અને પ્રાયોગિક જૂથોની સંખ્યા ખૂબ મોટી હશે. સહસંબંધ સરખામણી પરીક્ષણ દ્વારા મુખ્ય પ્રભાવિત પરિબળોને ઝડપથી તપાસવા અને નક્કી કરવા અને પછી DOE દ્વારા મુખ્ય પ્રભાવિત પરિબળોને વધુ ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા જરૂરી છે.
૩.૧ સોલ્ડર છિદ્રો અને સોલ્ડર પેસ્ટ ટીન મણકાના પરિમાણો
ટાઇપ3 (મણકાનું કદ 25-45 μm) SAC305 સોલ્ડર પેસ્ટ ટેસ્ટ સાથે, અન્ય સ્થિતિઓ 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 પ્રકારના સોલ્ડર પેસ્ટ વચ્ચે નોંધપાત્ર રીતે અલગ નથી, જે દર્શાવે છે કે વિવિધ મણકાના કદ સાથે સોલ્ડર પેસ્ટનો સોલ્ડર લેયરમાં છિદ્રો પર કોઈ સ્પષ્ટ પ્રભાવ નથી, જે આકૃતિ 6 માં બતાવ્યા પ્રમાણે પ્રભાવક પરિબળ નથી.
વિવિધ કણોના કદ સાથે ધાતુના ટીન પાવડર છિદ્રોની સરખામણી
૩.૨ વેલ્ડીંગ પોલાણ અને પ્રિન્ટેડ સ્ટીલ મેશની જાડાઈ
રિફ્લો પછી, વેલ્ડેડ સ્તરના પોલાણ ક્ષેત્રને 50 μm, 100 μm અને 125 μm ની જાડાઈવાળા પ્રિન્ટેડ સ્ટીલ મેશથી માપવામાં આવ્યું, અને અન્ય પરિસ્થિતિઓ યથાવત રહી. એવું જાણવા મળ્યું કે સ્ટીલ મેશ (સોલ્ડર પેસ્ટ) ની વિવિધ જાડાઈની QFN પર અસર 75 μm ની જાડાઈવાળા પ્રિન્ટેડ સ્ટીલ મેશ સાથે સરખામણી કરવામાં આવી હતી. જેમ જેમ સ્ટીલ મેશની જાડાઈ વધે છે, તેમ તેમ પોલાણ ક્ષેત્ર ધીમે ધીમે ઘટતું જાય છે. ચોક્કસ જાડાઈ (100μm) સુધી પહોંચ્યા પછી, પોલાણ ક્ષેત્ર ઉલટું થશે અને સ્ટીલ મેશની જાડાઈમાં વધારા સાથે વધવાનું શરૂ કરશે, જેમ કે આકૃતિ 7 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.
આ દર્શાવે છે કે જ્યારે સોલ્ડર પેસ્ટનું પ્રમાણ વધારવામાં આવે છે, ત્યારે રિફ્લક્સ સાથેનું પ્રવાહી ટીન ચિપ દ્વારા ઢંકાયેલું હોય છે, અને શેષ હવા બહાર નીકળવાનો માર્ગ ફક્ત ચાર બાજુઓથી સાંકડો હોય છે. જ્યારે સોલ્ડર પેસ્ટનું પ્રમાણ બદલવામાં આવે છે, ત્યારે શેષ હવા બહાર નીકળવાનો માર્ગ પણ વધે છે, અને પ્રવાહી ટીન અથવા અસ્થિર ગેસમાંથી બહાર નીકળતા પ્રવાહી ટીનમાં લપેટાયેલી હવાના તાત્કાલિક વિસ્ફોટથી QFN અને ચિપની આસપાસ પ્રવાહી ટીન છલકાશે.
પરીક્ષણમાં જાણવા મળ્યું કે સ્ટીલ મેશની જાડાઈ વધવાની સાથે, હવા અથવા અસ્થિર ગેસના બહાર નીકળવાથી થતા પરપોટાના વિસ્ફોટમાં પણ વધારો થશે, અને QFN અને ચિપની આસપાસ ટીન છાંટા પડવાની સંભાવના પણ અનુરૂપ રીતે વધશે.
વિવિધ જાડાઈના સ્ટીલ મેશમાં છિદ્રોની સરખામણી
૩.૩ વેલ્ડીંગ કેવિટી અને સ્ટીલ મેશ ઓપનિંગનો ક્ષેત્રફળ ગુણોત્તર
૧૦૦%, ૯૦% અને ૮૦% ના ઓપનિંગ રેટ સાથે પ્રિન્ટેડ સ્ટીલ મેશનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું, અને અન્ય સ્થિતિઓ યથાવત રહી હતી. રિફ્લો પછી, વેલ્ડેડ લેયરના કેવિટી એરિયાને માપવામાં આવ્યો હતો અને ૧૦૦% ઓપનિંગ રેટ સાથે પ્રિન્ટેડ સ્ટીલ મેશ સાથે સરખામણી કરવામાં આવી હતી. એવું જાણવા મળ્યું હતું કે આકૃતિ ૮ માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ૧૦૦% અને ૯૦% ૮૦% ના ઓપનિંગ રેટની સ્થિતિમાં વેલ્ડેડ લેયરના કેવિટીમાં કોઈ નોંધપાત્ર તફાવત નહોતો.
વિવિધ સ્ટીલ મેશના વિવિધ ઓપનિંગ એરિયાની પોલાણની સરખામણી
૩.૪ વેલ્ડેડ પોલાણ અને છાપેલ સ્ટીલ મેશ આકાર
સ્ટ્રીપ b અને ઈનક્લાઈન્ડ ગ્રીડ c ના સોલ્ડર પેસ્ટના પ્રિન્ટિંગ આકાર પરીક્ષણ સાથે, અન્ય પરિસ્થિતિઓ યથાવત રહે છે. રિફ્લો પછી, વેલ્ડીંગ સ્તરના પોલાણ ક્ષેત્રને માપવામાં આવે છે અને ગ્રીડ a ના પ્રિન્ટિંગ આકાર સાથે સરખામણી કરવામાં આવે છે. એવું જાણવા મળ્યું છે કે આકૃતિ 9 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ગ્રીડ, સ્ટ્રીપ અને ઈનક્લાઈન્ડ ગ્રીડની પરિસ્થિતિઓ હેઠળ વેલ્ડીંગ સ્તરના પોલાણમાં કોઈ નોંધપાત્ર તફાવત નથી.
સ્ટીલ મેશના વિવિધ ઓપનિંગ મોડમાં છિદ્રોની સરખામણી
૩.૫ વેલ્ડિંગ કેવિટી અને રિફ્લક્સ સમય
લાંબા રિફ્લક્સ સમય (70 સે, 80 સે, 90 સે) પરીક્ષણ પછી, અન્ય સ્થિતિઓ યથાવત રહે છે, રિફ્લક્સ પછી વેલ્ડીંગ સ્તરમાં છિદ્ર માપવામાં આવ્યું હતું, અને 60 સેના રિફ્લક્સ સમય સાથે સરખામણી કરવામાં આવી હતી, એવું જાણવા મળ્યું હતું કે રિફ્લક્સ સમય વધવા સાથે, વેલ્ડીંગ છિદ્ર વિસ્તાર ઘટ્યો હતો, પરંતુ આકૃતિ 10 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સમય વધવા સાથે ઘટાડો કંપનવિસ્તાર ધીમે ધીમે ઘટતો ગયો. આ દર્શાવે છે કે અપૂરતા રિફ્લક્સ સમયના કિસ્સામાં, રિફ્લક્સ સમય વધારવો એ પીગળેલા પ્રવાહી ટીનમાં લપેટી હવાના સંપૂર્ણ ઓવરફ્લો માટે અનુકૂળ છે, પરંતુ રિફ્લક્સ સમય ચોક્કસ સમય સુધી વધ્યા પછી, પ્રવાહી ટીનમાં લપેટી હવા ફરીથી ઓવરફ્લો થવી મુશ્કેલ છે. રિફ્લક્સ સમય એ વેલ્ડીંગ પોલાણને અસર કરતા પરિબળોમાંનું એક છે.
વિવિધ રિફ્લક્સ સમય લંબાઈની સરખામણી રદબાતલ
૩.૬ વેલ્ડીંગ પોલાણ અને ટોચ ભઠ્ઠીનું તાપમાન
240 ℃ અને 250 ℃ પીક ફર્નેસ તાપમાન પરીક્ષણ અને અન્ય પરિસ્થિતિઓમાં કોઈ ફેરફાર ન થતાં, વેલ્ડેડ સ્તરના પોલાણ ક્ષેત્રને રિફ્લો પછી માપવામાં આવ્યું હતું, અને 260 ℃ પીક ફર્નેસ તાપમાન સાથે સરખામણી કરવામાં આવી હતી, તે જાણવા મળ્યું હતું કે વિવિધ પીક ફર્નેસ તાપમાન પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, QFN અને ચિપના વેલ્ડેડ સ્તરની પોલાણમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર થયો નથી, જેમ કે આકૃતિ 11 માં બતાવ્યા પ્રમાણે. તે દર્શાવે છે કે વિવિધ પીક ફર્નેસ તાપમાનનો QFN અને ચિપના વેલ્ડીંગ સ્તરમાં છિદ્ર પર કોઈ સ્પષ્ટ અસર થતી નથી, જે પ્રભાવક પરિબળ નથી.
વિવિધ ટોચના તાપમાનની સરખામણી રદબાતલ
ઉપરોક્ત પરીક્ષણો દર્શાવે છે કે QFN અને ચિપના વેલ્ડ સ્તરના પોલાણને અસર કરતા મહત્વપૂર્ણ પરિબળો રિફ્લક્સ સમય અને સ્ટીલ મેશ જાડાઈ છે.
૪ સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ રિફ્લો વેલ્ડીંગ કેવિટી સુધારણા
4.1 વેલ્ડીંગ પોલાણ સુધારવા માટે DOE પરીક્ષણ
મુખ્ય પ્રભાવક પરિબળો (રિફ્લક્સ સમય અને સ્ટીલ મેશ જાડાઈ) ના શ્રેષ્ઠ મૂલ્યને શોધીને QFN અને ચિપના વેલ્ડીંગ સ્તરમાં છિદ્ર સુધારવામાં આવ્યું હતું. સોલ્ડર પેસ્ટ SAC305 પ્રકાર4 હતી, સ્ટીલ મેશ આકાર ગ્રીડ પ્રકાર (100% ઓપનિંગ ડિગ્રી) હતો, પીક ફર્નેસ તાપમાન 260 ℃ હતું, અને અન્ય પરીક્ષણ પરિસ્થિતિઓ પરીક્ષણ સાધનો જેવી જ હતી. DOE પરીક્ષણ અને પરિણામો કોષ્ટક 3 માં દર્શાવવામાં આવ્યા હતા. QFN અને ચિપ વેલ્ડીંગ છિદ્રો પર સ્ટીલ મેશ જાડાઈ અને રિફ્લક્સ સમયનો પ્રભાવ આકૃતિ 12 માં દર્શાવવામાં આવ્યો છે. મુખ્ય પ્રભાવક પરિબળોના ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વિશ્લેષણ દ્વારા, એવું જાણવા મળ્યું છે કે 100 μm સ્ટીલ મેશ જાડાઈ અને 80 s રિફ્લક્સ સમયનો ઉપયોગ QFN અને ચિપના વેલ્ડીંગ પોલાણને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકે છે. QFN નો વેલ્ડીંગ પોલાણ દર મહત્તમ 27.8% થી ઘટાડીને 16.1% કરવામાં આવ્યો છે, અને ચિપનો વેલ્ડીંગ પોલાણ દર મહત્તમ 20.5% થી ઘટાડીને 14.5% કરવામાં આવ્યો છે.
પરીક્ષણમાં, 1000 ઉત્પાદનો શ્રેષ્ઠ પરિસ્થિતિઓ (100 μm સ્ટીલ મેશ જાડાઈ, 80 સેકન્ડ રિફ્લક્સ સમય) હેઠળ બનાવવામાં આવ્યા હતા, અને 100 QFN અને ચિપનો વેલ્ડીંગ કેવિટી રેટ રેન્ડમલી માપવામાં આવ્યો હતો. QFNનો સરેરાશ વેલ્ડીંગ કેવિટી રેટ 16.4% હતો, અને ચિપનો સરેરાશ વેલ્ડીંગ કેવિટી રેટ 14.7% હતો. ચિપ અને ચિપનો વેલ્ડ કેવિટી રેટ સ્પષ્ટપણે ઓછો થયો છે.
૪.૨ નવી પ્રક્રિયા વેલ્ડીંગ પોલાણને સુધારે છે
વાસ્તવિક ઉત્પાદન પરિસ્થિતિ અને પરીક્ષણ દર્શાવે છે કે જ્યારે ચિપના તળિયે વેલ્ડીંગ કેવિટી વિસ્તાર 10% કરતા ઓછો હોય છે, ત્યારે લીડ બોન્ડિંગ અને મોલ્ડિંગ દરમિયાન ચિપ કેવિટી પોઝિશન ક્રેકીંગની સમસ્યા થશે નહીં. DOE દ્વારા ઑપ્ટિમાઇઝ કરાયેલ પ્રક્રિયા પરિમાણો પરંપરાગત સોલ્ડર પેસ્ટ રિફ્લો વેલ્ડીંગમાં છિદ્રોનું વિશ્લેષણ અને ઉકેલ કરવાની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકતા નથી, અને ચિપના વેલ્ડીંગ કેવિટી વિસ્તાર દરને વધુ ઘટાડવાની જરૂર છે.
સોલ્ડર પર ઢંકાયેલ ચિપ સોલ્ડરમાં રહેલા ગેસને બહાર નીકળતા અટકાવે છે, તેથી સોલ્ડર કોટેડ ગેસને દૂર કરીને અથવા ઘટાડીને ચિપના તળિયે છિદ્ર દર વધુ ઘટાડવામાં આવે છે. બે સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ સાથે રિફ્લો વેલ્ડીંગની એક નવી પ્રક્રિયા અપનાવવામાં આવી છે: એક સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ, એક રિફ્લો જે QFN ને આવરી લેતી નથી અને બેર ચિપ સોલ્ડરમાં ગેસ ડિસ્ચાર્જ કરે છે; સેકન્ડરી સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ, પેચ અને સેકન્ડરી રિફ્લક્સની ચોક્કસ પ્રક્રિયા આકૃતિ 13 માં બતાવવામાં આવી છે.
જ્યારે 75μm જાડા સોલ્ડર પેસ્ટ પહેલી વાર છાપવામાં આવે છે, ત્યારે ચિપ કવર વગરના સોલ્ડરમાં મોટાભાગનો ગેસ સપાટી પરથી બહાર નીકળી જાય છે, અને રિફ્લક્સ પછીની જાડાઈ લગભગ 50μm હોય છે. પ્રાથમિક રિફ્લક્સ પૂર્ણ થયા પછી, ઠંડુ કરેલા સોલિફાઇડ સોલ્ડરની સપાટી પર નાના ચોરસ છાપવામાં આવે છે (સોલ્ડર પેસ્ટનું પ્રમાણ ઘટાડવા, ગેસ સ્પીલઓવરનું પ્રમાણ ઘટાડવા, સોલ્ડર સ્પેટરને ઘટાડવા અથવા દૂર કરવા માટે), અને 50 μm ની જાડાઈ સાથે સોલ્ડર પેસ્ટ (ઉપરોક્ત પરીક્ષણ પરિણામો દર્શાવે છે કે 100 μm શ્રેષ્ઠ છે, તેથી ગૌણ પ્રિન્ટિંગની જાડાઈ 100 μm છે.50 μm=50 μm), પછી ચિપ ઇન્સ્ટોલ કરો, અને પછી 80 સેકન્ડમાં પાછા ફરો. પ્રથમ પ્રિન્ટિંગ અને રિફ્લો પછી સોલ્ડરમાં લગભગ કોઈ છિદ્ર નથી, અને બીજા પ્રિન્ટિંગમાં સોલ્ડર પેસ્ટ નાની છે, અને વેલ્ડિંગ છિદ્ર નાની છે, જેમ કે આકૃતિ 14 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.
સોલ્ડર પેસ્ટના બે પ્રિન્ટિંગ પછી, હોલો ડ્રોઇંગ
૪.૩ વેલ્ડીંગ કેવિટી અસરની ચકાસણી
2000 ઉત્પાદનોનું ઉત્પાદન (પ્રથમ પ્રિન્ટિંગ સ્ટીલ મેશની જાડાઈ 75 μm છે, બીજા પ્રિન્ટિંગ સ્ટીલ મેશની જાડાઈ 50 μm છે), અન્ય પરિસ્થિતિઓ યથાવત, 500 QFN નું રેન્ડમ માપન અને ચિપ વેલ્ડીંગ કેવિટી રેટ, જાણવા મળ્યું કે પ્રથમ રિફ્લક્સ નો કેવિટી પછી નવી પ્રક્રિયા, બીજા રિફ્લક્સ QFN પછી મહત્તમ વેલ્ડીંગ કેવિટી રેટ 4.8% છે, અને ચિપનો મહત્તમ વેલ્ડીંગ કેવિટી રેટ 4.1% છે. મૂળ સિંગલ-પેસ્ટ પ્રિન્ટીંગ વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયા અને DOE ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ પ્રક્રિયાની તુલનામાં, વેલ્ડીંગ કેવિટી નોંધપાત્ર રીતે ઓછી થઈ ગઈ છે, જેમ કે આકૃતિ 15 માં બતાવ્યા પ્રમાણે. બધા ઉત્પાદનોના કાર્યાત્મક પરીક્ષણો પછી કોઈ ચિપ તિરાડો મળી નથી.
5 સારાંશ
સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ રકમ અને રિફ્લક્સ સમયનું ઑપ્ટિમાઇઝેશન વેલ્ડિંગ કેવિટી એરિયા ઘટાડી શકે છે, પરંતુ વેલ્ડિંગ કેવિટી રેટ હજુ પણ મોટો છે. બે સોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટિંગ રીફ્લો વેલ્ડિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને વેલ્ડિંગ કેવિટી રેટને અસરકારક રીતે અને મહત્તમ બનાવી શકાય છે. મોટા પાયે ઉત્પાદનમાં QFN સર્કિટ બેર ચિપનો વેલ્ડિંગ એરિયા અનુક્રમે 4.4mm x4.1mm અને 3.0mm x2.3mm હોઈ શકે છે. રીફ્લો વેલ્ડિંગનો કેવિટી રેટ 5% ની નીચે નિયંત્રિત થાય છે, જે રીફ્લો વેલ્ડિંગની ગુણવત્તા અને વિશ્વસનીયતામાં સુધારો કરે છે. આ પેપરમાં સંશોધન મોટા વિસ્તારની વેલ્ડિંગ સપાટીની વેલ્ડિંગ કેવિટી સમસ્યાને સુધારવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ સંદર્ભ પૂરો પાડે છે.
