1 Introductio
In compositione tabulae circuitalis, pasta ad stannum primum in laminam stanni tabulae circuitalis imprimitur, deinde varia elementa electronica adfiguntur. Denique, post fornacem refusionis, granula stanni in pasta ad stannum liquefiunt et omnia genera elementorum electronicorum cum lamina stanni tabulae circuitalis inter se conglutinantur ad compositionem submodulorum electricorum efficiendam. Technologia superficiei montis (SMT) magis magisque in productis involucrorum densitatis altae adhibetur, ut in involucris systematis (SiP), instrumentis ballgridarray (BGA), et instrumentis Power Bare Chip, involucris quadratis planis sine pin (Quad AATNo-Lead, quod QFN appellatur).
Ob proprietates processus et materiarum soldadurae pastae ad stannum conglutinandum, post soldaduram refusionis harum machinarum magnae superficiei soldadurae, foramina in area soldadurae erunt, quae proprietates electricas, thermicas et mechanicas producti afficient, et etiam ad defectum producti ducet. Ergo, cavitas soldadurae refusionis pastae ad stannum conglutinandum emendanda problema processus et technicae factum est quod solvendum est. Quidam investigatores causas cavitatis globi soldadurae BGA analysaverunt et investigaverunt, et solutiones emendationis obtulerunt. Solutio pro fragmentis nudis processus soldadurae refusionis pastae conventionalis ad stannum conglutinandum areae soldadurae QFN maioris quam 10 mm2 vel areae soldadurae maioris quam 6 mm2 deest.
Ad foramina soldadurae emendanda, adhibenda sunt soldadura "Preformsolder" et soldadura in fornace refluxus vacui. Ferrum stannum praefabricatum apparatum specialem requirit ad fluxum dirigendum. Exempli gratia, postquam lamella directe in ferrum stannum praefabricatum ponitur, lamella valde inclinatur et dislocatur. Si lamella fluxus imposita refunditur et deinde dirigetur, processus bis refunditur, et sumptus ferri stanni praefabricati et fluxus multo maius est quam pastae stanni.
Apparatus refluxus vacui carior est, capacitas vacui camerae vacui independentis humilis est, sumptus non altus, et problema aspersionis stanni grave est, quod factor magni momenti est in applicatione productorum densitatis altae et spatii parvi. In hoc scripto, innixus processu soldadurae refusionis pastae stanni consueto, novus processus soldadurae refusionis secundarius explicatur et introducitur ad cavitatem soldadurae emendandam et problemata cohaerentiae et fissurarum sigilli plastici a cavitate soldadurae causatarum solvenda.
2 Cavitas et mechanismus productionis ad pastam solder impressam et refusionem soldendam
2.1 Cavitas soldadurae
Post soldaduram refusionis, productum sub radiographia examinatum est. Foramina in zona soldadurae colore pallidiore inventa sunt ob insufficientem ferrum in strato soldadurae, ut in Figura 1 demonstratur.
Detectio foraminis bullae radiographica
2.2 Mechanismus formationis cavitatis sudurae
Exemplo pastae ad stannum sAC305 adhibitae, compositio et functio principalis in Tabula 1 monstrantur. Granula fluxus et stannei in formam pastae inter se iuncta sunt. Proportio ponderis stanni ad fluxum est circiter 9:1, et proportio voluminis est circiter 1:1.
Postquam pasta ad stannum impressa et variis componentibus electronicis imposita est, quattuor gradus subibit: praecalefactionem, activationem, refluxum et refrigerationem, cum per fornacem refluxus transit. Status pastae etiam differt cum temperaturis diversis in gradibus diversis, ut in Figura II demonstratur.
Referentia profili pro singulis areis soldadurae refusionis
In gradu praecalefactionis et activationis, componentes volatiles in fluxu pastae ad soldandum, cum calefactae sunt, in gas volatilizantur. Simul, gases producentur cum oxidum in superficie strati soldadurae removetur. Quidam horum gasum volatilizabuntur et pastam soldandam relinquent, et granula soldandi arcte condensabuntur propter volatilizationem fluxus. In gradu refluxus, fluxus remanens in pasta soldandi celeriter evaporabit, granula stanni liquefient, parva quantitas gasis volatilis fluxus et maxima pars aeris inter granula stanni non tempore dispergentur, et residuum in stanno fuso et sub tensione stanni fusi structuram "hamburger sandwich" formabit et a tabula soldandi tabulae circuiti et componentibus electronicis capietur, et gas in stanno liquido involutum difficile effugit solum per elevationem sursum. Tempus liquefactionis superioris brevissimum est. Cum stannum fusum refrigeratur et stannum solidum fit, pori in strato soldadurae apparent et foramina ad soldandum formantur, ut in Figura 3 demonstratur.
Schema vacui generati a soldadura refusionis pastae stanni
Causa principalis cavitatis soldadurae est quod aer vel gas volatilis in pasta soldandi post liquefactionem involutus non plene exit. Factores influentes includunt materiam pastae soldandi, forma impressionis pastae soldandi, quantitas impressionis pastae soldandi, temperatura refluxus, tempus refluxus, magnitudo soldadurae, structura et cetera.
3. Verificatio factorum influentium in impressione pastae ad soldandum per refocillationem foraminum.
Ad causas praecipuas vacuorum sudurae refusionis confirmandas, et ad modos inveniendos quibus vacuum sudurae refusionis pasta refusionis impressum emendare possit, probationes QFN et pastae refusionis nudae adhibitae sunt. Descriptio producti sudurae refusionis QFN et pastae refusionis nudae in Figura 4 ostenditur: magnitudo superficiei sudurae QFN est 4.4mm x 4.1mm, superficies sudurae est stratum stanneum (stannum purum 100%); magnitudo sudurae lamellae nudae est 3.0mm x 2.3mm, stratum sudurae est stratum bimetallicum niccoli-vanadii pulverizatum, et stratum superficiale est vanadium. Pars sudurae substrati fuit niccoli-palladii per immersionem auratam electrolyticam, crassitudo 0.4μm/0.06μm/0.04μm. Pasta sudurae SAC305 adhibita est, apparatus impressionis pastae sudurae DEK Horizon APix est, apparatus fornacis refluxus BTUPyramax150N est, et apparatus radiographicus DAGExD7500VR est.
Delineationes soldadurae QFN et nudarum lamellarum
Ad faciliorem comparationem eventuum probationum, soldadura refusionis sub condicionibus in Tabula 2 peracta est.
Tabula condicionum soldaturae refusionis
Postquam superficiei affixatio et refusionis sudatoria perfecta sunt, stratum sudatorium radiographia detectum est, et inventum est foramina magna in strato sudatorio in fundo QFN et nudae lamellae esse, ut in Figura 5 demonstratur.
QFN et Hologramma Microprocessoris (X-radii)
Cum magnitudo globuli stanni, crassitudo reticuli ferrei, area aperturae, forma reticuli ferrei, tempus refluxus et temperatura maxima fornacis omnia vacuitates soldadurae per refusionem afficiant, multi factores influentes sunt, qui directe per probationem DOE verificabuntur, et numerus coetuum experimentalium nimis magnus erit. Necesse est factores influentes principales celeriter per probationem comparationis correlationis examinare et determinare, et deinde factores influentes principales per DOE ulterius optimizare.
3.1 Dimensiones foraminum ad stannum ferreum et globulorum stanni pastae ad stannum ferreum
Cum experimento pastae ad stannum SAC305 typi 3 (magnitudine globulorum 25-45 μm), ceterae condiciones immutatae manent. Post refusionem, foramina in strato stanni mensurantur et cum pasta stanni typi 4 comparantur. Inventum est foramina in strato stanni non significanter differre inter duo genera pastae, quod indicat pastam stanni cum diversa magnitudine globulorum nullam manifestam vim in foramina in strato stanni habere, quod non est factor influens, ut in Figura 6 demonstratur.
Comparatio foraminum pulveris stanni metallici cum magnitudinibus particularum diversis
3.2 Crassitudo cavitatis soldadurae et reticuli ferrei impressi
Post refusionem, area cavitatis strati conglutinati mensurata est reti ferrei impressi crassitudinibus 50 μm, 100 μm, et 125 μm, ceterae condiciones immutatae manentes. Inventum est effectum diversae crassitudinis reti ferrei (pastae conglutinatae) in QFN comparatum esse cum effectu reti ferrei impressi crassitudinis 75 μm. Crescente crassitudine reti ferrei, area cavitatis paulatim decrescit. Postquam ad certam crassitudinem (100 μm) perveneris, area cavitatis invertetur et crescere incipiet cum incremento crassitudinis reti ferrei, ut in Figura 7 demonstratur.
Hoc demonstrat, cum copia pastae ad adustionem augetur, stannum liquidum refluxum a fragmento tectum esse, et exitum aeris residui tantum quattuor lateribus angustum esse. Cum copia pastae ad adustionem mutatur, exitus aeris residui etiam augetur, et eruptio subita aeris in stanno liquido vel gase volatili stanni liquidi effuso involutus stannum liquidum circum QFN et fragmentum dispergere faciet.
Examen invenit cum crassitudine reticuli ferrei crescente, rupturam bullarum ex effusione aeris vel gasis volatilis effectam etiam augeri, et probabilitatem spargendi stanni circa QFN et fragmentum quoque correspondenter augeri.
Comparatio foraminum in reti ferreo diversae crassitudinis
3.3 Proportio areae cavitatis soldadurae et aperturae reticuli ferrei
Rete chalybeum impressum cum apertione 100%, 90%, et 80% probatum est, ceterae condiciones immutatae manentes. Post refusionem, area cavitatis strati conglutinati mensurata est et cum rete chalybeo impresso cum apertione 100% comparata. Inventum est nullam differentiam significantem in cavitate strati conglutinati sub condicionibus apertionis 100% et 90%-80% exstare, ut in Figura 8 demonstratur.
Comparatio cavitatis diversarum arearum aperturarum diversarum reticulorum ferreorum
3.4 Cavitas conglutinata et forma reticuli ferrei impressi
Cum experimento formae impressae pastae ad soldandum laminae b et reticuli inclinati c, ceterae condiciones immutatae manent. Post refusionem, area cavitatis strati soldadurae mensuratur et cum forma impressa reticuli a comparatur. Inventum est nullam differentiam significantem esse in cavitate strati soldadurae sub condicionibus reticuli, laminae et reticuli inclinati, ut in Figura 9 demonstratur.
Comparatio foraminum in variis modis aperiendi reticuli ferrei
3.5 Cavitas soldadurae et tempus refluxus
Post experimentum temporis refluxus prolongatum (70 s, 80 s, 90 s), ceterae condiciones immutatae manentes, foramen in strato soldadurae post refluxum mensuratum est, et comparatum cum tempore refluxus 60 s, inventum est cum incremento temporis refluxus aream foraminis soldadurae decrevisse, sed amplitudinem reductionis gradatim cum incremento temporis decrevisse, ut in Figura 10 demonstratur. Hoc demonstrat, si tempus refluxus non sufficit, auctum tempus refluxus conducere ad plenam redundationem aeris in stanno liquido fuso involuti, sed postquam tempus refluxus ad certum tempus auctum est, aerem in stanno liquido involutum difficile iterum redundare. Tempus refluxus est unus e factoribus qui cavitatem soldadurae afficiunt.
Comparatio inanis variarum temporum refluxus
3.6 Cavitas soldadurae et temperatura maxima fornacis
Cum temperaturae maximae fornacis 240°C et 250°C factae sint, ceteris condicionibus immutatis, area cavitatis strati sudati post refusionem mensurata est, et cum temperatura maxima fornacis 260°C comparata, inventum est cavitatem strati sudati QFN et lamellae, sub diversis condicionibus temperaturae maximae fornacis, non significanter mutatam esse, ut in Figura 11 demonstratur. Hoc demonstrat diversas temperaturas maximas fornacis nullum effectum manifestum in QFN et foramen in strato sudati lamellae habere, quod factor influens non est.
Comparatio inanis variarum temperaturarum maximarum
Experimenta supradicta indicant factores significantes cavitatem strati suturae QFN et fragmenti afficientes esse tempus refluxus et crassitudinem reticuli ferrei.
4 Emendatio cavitatis soldadurae refluxus impressionis pastae stanneae
Examen 4.1DOE ad cavitatem soldadurae emendandam
Foramen in strato soldadurae QFN et fragmenti emendatum est per inventum valorem optimum factorum principalium influentium (tempus refluxus et crassitudo reticuli ferrei). Pasta stannea SAC305 typus 4 erat, forma reticuli ferrei typus craticulae erat (gradus apertionis 100%), temperatura maxima fornacis 260 ℃ erat, et ceterae condiciones probationis eaedem erant ac instrumenta probationis. Probatio DOE et eventus in Tabula 3 monstrantur. Influentiae crassitudinis reticuli ferrei et temporis refluxus in foramina soldadurae QFN et fragmenti in Figura 12 monstrantur. Per analysin interactionis factorum principalium influentium, inventum est usum crassitudinis reticuli ferrei 100 μm et temporis refluxus 80 s cavitatem soldadurae QFN et fragmenti significanter reducere posse. Ratio cavitatis soldadurae QFN a maximo 27.8% ad 16.1% redacta est, et ratio cavitatis soldadurae fragmenti a maximo 20.5% ad 14.5% redacta est.
In experimento, mille producta sub condicionibus optimis (crassitudine reticuli chalybis 100 μm, tempore refluxus 80 s) facta sunt, et proportio cavitatis sudurae 100 QFN et lamellae temere mensurata est. Media proportio cavitatis sudurae QFN 16.4% erat, et media proportio cavitatis sudurae lamellae 14.7%. Proportio cavitatis sudurae lamellae et lamellae manifeste redacta est.
4.2 Novus processus cavitatem sudurae emendat.
Status productionis actualis et experimenta ostendunt, cum area cavitatis soldadurae in fundo fragmenti minus quam 10% sit, problema fissurae positionis cavitatis fragmenti non oriri per nexum plumbi et formationem. Parametri processus per DOE optimizati requisitis analysandi et solvendi foramina in soldadura refusionis pastae soldatoriae conventionali satisfacere non possunt, et area cavitatis soldadurae fragmenti ulterius reducenda est.
Cum fragmentum, stanneo obtectum, gas in stanneo effugere prohibeat, proportio foraminum in fundo fragmenti ulterius reducitur per eliminationem vel reductionem gasis stanneo obducti. Novus processus soldadurae refusionis cum duabus impressionibus pastae stanneae adhibetur: una impressione pastae stanneae, una refusione QFN non obducta, et fragmentum nudum gas in stanneo exonerantem; processus specificus impressionis pastae stanneae secundariae, maculae, et refluxus secundarii in Figura XIII ostenditur.
Cum pasta ad stannum 75μm crassitudine primum imprimitur, maxima pars gasis in stanno sine operculo fragmenti a superficie effluit, et crassitudo post refluxum circiter 50μm est. Post refluxum primarium completum, quadrata parva in superficie stanni refrigerati solidificati imprimuntur (ut quantitas pastae ad stannum minuatur, quantitas effusionis gasis minuatur, aspersio stanni minuatur vel tollatur), et pasta ad stannum crassitudine 50 μm imprimitur (ex probationibus supra ostendunt 100 μm optimam esse, ergo crassitudo impressionis secundariae 100 μm est, 50 μm = 50 μm), deinde fragmentum inseritur, et per 80 secundas revertitur. Post primam impressionem et refluxum fere nullum foramen in stanno apparet, et pasta ad stannum in secunda impressione parva est, et foramen ferrariae parvum est, ut in Figura 14 demonstratur.
Post duas impressiones pastae ad soldandum, delineatio cava
4.3 Verificatio effectus cavitatis soldadurae
Productione duorum milium productorum (crassitudo primae reticulationis chalybis impressae est 75 μm, secundae reticulationis chalybis impressae est 50 μm), ceteris condicionibus immutatis, mensuris fortuitis 500 QFN et indice cavitatis sudurae fragmenti, inventum est in novo processu post primum refluxum nullam cavitatem, post secundum QFN refluxum maximam indicem cavitatis sudurae esse 4.8%, et maximam indicem cavitatis sudurae fragmenti esse 4.1%. Comparata cum processu sudurae impressionis pastae singularis originali et processu DOE optimizato, cavitas sudurae significanter redacta est, ut in Figura 15 demonstratur. Post probationes functionales omnium productorum, nullae fissurae fragmenti inventae sunt.
Summarium 5
Optimizatio quantitatis impressionis pastae soldandi et temporis refluxus aream cavitatis soldandi reducere potest, sed celeritas cavitatis soldandi adhuc magna manet. Duabus modis impressionis pastae soldandi refusionis adhibitis, celeritatem cavitatis soldandi efficaciter augere et augere licet. Area soldandi fragmenti nudi circuiti QFN in productione magna 4.4mm x 4.1mm et 3.0mm x 2.3mm respective esse potest. Celeritas cavitatis soldandi refusionis infra 5% regitur, quod qualitatem et firmitatem soldandi refusionis auget. Investigatio in hoc articulo magnum momentum refert ad emendandum problema cavitatis soldandi in magna area superficiei soldandi.
Tempus publicationis: V Nonas Iul. MMXXIII
