Выпуск #5/2013
А.Маурин, Р.Фабер
Пайка компонентов в корпусах QFN. Методы борьбы с пустотами
Пайка компонентов в корпусах QFN. Методы борьбы с пустотами
Просмотры: 1713
Разработчики электронных устройств все чаще применяют в своих изделиях микросхемы в корпусе QFN, которые обеспечивают широкие функциональные возможности при минимальных размерах. При поверхностном монтаже таких компонентов необходимо избегать появления пустот в толще паяного соединения центральной контактной площадки микросхемы. Единственный метод, позволяющий минимизировать появление пустот, – пайка в вакуумной камере.
Микросхема в корпусе QFN имеет выводы, расположенные по периметру корпуса и заходящие под него, и находящуюся в центре корпуса большую контактную площадку, которая отводит тепло от кристалла и снижает индуктивность и сопротивление паяного соединения. Широкое распространение корпуса QFN получили из-за малых размеров (в том числе и толщины корпуса), веса, хороших тепловых и электрических характеристик, очень высокой эффективности и выгодной цены. Однако все эти преимущества может свести на нет одна важная проблема – образование пустот в паяном соединении под микросхемой.
К сожалению, особенности корпуса QFN – его малые размеры и вес в сочетании с гладкой нижней стороной – способствуют появлению браков пайки: смещения компонента, возникновению перемычек и коротких замыканий, плохого контакта и непропая. Эти виды брака хорошо известны, и способы борьбы с ними с успехом применяются на современных электронных производствах. При этом особое внимание нужно уделять наиболее сложному для диагностики и опасному виду брака – образованию пустот в паяных соединениях. Если небольшое количество пустот возникает в соединениях боковых выводов микросхем, это незначительно влияет на качество, функциональность и надежность изделия. Однако появление пустот в соединении большой центральной контактной площадки, которая, как правило, является теплоотводом кристалла, гораздо опасней. Эти пустоты могут возникнуть из-за того, что большое количество паяльной пасты ограничивает испарение летучих соединений флюса во время процесса оплавления. Большее количество пустот снижает площадь контактной области, увеличивая внутреннее сопротивление и ухудшая тепловые характеристики микросхемы. Как следствие, из-за постоянного перегрева компонента падает производительность и уменьшается срок его жизни, что в итоге приводит в преждевременному выходу изделия из строя. В современной практике применяются несколько способов разрешения этой проблемы:
применение разных типов паяльных паст (рис.1). Тип паяльной пасты в небольших пределах влияет на количество пустот;
применение трафаретов с различными формами апертур (рис.2). От формы отпечатков пасты также зависит количество и размер пустот;
пайка в атмосфере азота (рис.3);
пайка в разреженной среде (рис.4). Значительное уменьшение количества пустот в толще соединения происходит при разрежении 300 мбар;
применение различных температурных профилей пайки (рис.5). Это позволяет лишь ограниченно влиять на образование пустот.
Видно, что все описанные методы имеют ограниченное влияние на процесс образования пустот и не позволяют полностью исключить их появление. Только применение пайки в вакууме позволяет эффективно бороться с возникновением пустот в паяных соединениях большой площади.
Специально для уменьшения количества пустот в паяных соединениях специалистами компании SMT Wertheim была разработана концепция Reflow Vacuum-Plus-Concept, которая уже зарекомендовала себя в условиях реального производства и признана авторитетными мировыми промышленными ассоциациями. Модуль Vacuum Plus N2 устанавливается в зону пиковой температуры (между зонами конвекции и охлаждения) печей оплавления SMT Reflow Soldering System от серий S до серии XXL Plus (рис.6). Также возможна установка вакуумного модуля в уже готовые системы пайки оплавлением производства SMT. Все необходимые параметры модуля (время создания и уровень вакуума, вентиляции и т.д.) интегрируются в програмное обеспечение печи и настраиваются вместе с другими параметрами на сенсорном экране. При выключенном вакуумном модуле печь оплавления работает как обычная конвекционная печь. В этом случае вакуумная камера расширяет зону пайки, что даст значительное увеличение общей производительности производства. Таким образом, проверенная годами высококачественная технология конвекционной пайки компании SMT получила новый, инновационный подход.
В следующей статье будут более подробно описаны возможности и технологии пайки в вакуумной среде. ●
К сожалению, особенности корпуса QFN – его малые размеры и вес в сочетании с гладкой нижней стороной – способствуют появлению браков пайки: смещения компонента, возникновению перемычек и коротких замыканий, плохого контакта и непропая. Эти виды брака хорошо известны, и способы борьбы с ними с успехом применяются на современных электронных производствах. При этом особое внимание нужно уделять наиболее сложному для диагностики и опасному виду брака – образованию пустот в паяных соединениях. Если небольшое количество пустот возникает в соединениях боковых выводов микросхем, это незначительно влияет на качество, функциональность и надежность изделия. Однако появление пустот в соединении большой центральной контактной площадки, которая, как правило, является теплоотводом кристалла, гораздо опасней. Эти пустоты могут возникнуть из-за того, что большое количество паяльной пасты ограничивает испарение летучих соединений флюса во время процесса оплавления. Большее количество пустот снижает площадь контактной области, увеличивая внутреннее сопротивление и ухудшая тепловые характеристики микросхемы. Как следствие, из-за постоянного перегрева компонента падает производительность и уменьшается срок его жизни, что в итоге приводит в преждевременному выходу изделия из строя. В современной практике применяются несколько способов разрешения этой проблемы:
применение разных типов паяльных паст (рис.1). Тип паяльной пасты в небольших пределах влияет на количество пустот;
применение трафаретов с различными формами апертур (рис.2). От формы отпечатков пасты также зависит количество и размер пустот;
пайка в атмосфере азота (рис.3);
пайка в разреженной среде (рис.4). Значительное уменьшение количества пустот в толще соединения происходит при разрежении 300 мбар;
применение различных температурных профилей пайки (рис.5). Это позволяет лишь ограниченно влиять на образование пустот.
Видно, что все описанные методы имеют ограниченное влияние на процесс образования пустот и не позволяют полностью исключить их появление. Только применение пайки в вакууме позволяет эффективно бороться с возникновением пустот в паяных соединениях большой площади.
Специально для уменьшения количества пустот в паяных соединениях специалистами компании SMT Wertheim была разработана концепция Reflow Vacuum-Plus-Concept, которая уже зарекомендовала себя в условиях реального производства и признана авторитетными мировыми промышленными ассоциациями. Модуль Vacuum Plus N2 устанавливается в зону пиковой температуры (между зонами конвекции и охлаждения) печей оплавления SMT Reflow Soldering System от серий S до серии XXL Plus (рис.6). Также возможна установка вакуумного модуля в уже готовые системы пайки оплавлением производства SMT. Все необходимые параметры модуля (время создания и уровень вакуума, вентиляции и т.д.) интегрируются в програмное обеспечение печи и настраиваются вместе с другими параметрами на сенсорном экране. При выключенном вакуумном модуле печь оплавления работает как обычная конвекционная печь. В этом случае вакуумная камера расширяет зону пайки, что даст значительное увеличение общей производительности производства. Таким образом, проверенная годами высококачественная технология конвекционной пайки компании SMT получила новый, инновационный подход.
В следующей статье будут более подробно описаны возможности и технологии пайки в вакуумной среде. ●
Отзывы читателей
