Penyolderan Paket QFN, Desain Bukaan Stensil Pasta Solder, dan Proses Reflow

A

Bantalan QFN dengan mudah menghasilkan bola dan rongga solder. Pilihlah pasta dengan kadar rendah dan bubuk halus; kurangi bukaan bantalan tengah dan sisakan bendungan masker solder agar pasta tidak menyebar. Panaskan terlebih dahulu secara perlahan, kendalikan tanjakan agar fluks menguap sepenuhnya, dan sesuaikan suhu puncak dengan pasta. Jaga tekanan penempatan tetap moderat agar pasta tidak terjepit. Atmosfer nitrogen menurunkan rongga; setelah produksi, sampel penampang untuk mengukur tingkat kekosongan dan terus mengoptimalkan parameter.

Keandalan penyolderan paket QFN secara langsung bergantung pada pencocokan dinamis tiga faktor: ukuran bukaan stensil SMT, profil pencetakan pasta solder, dan profil reflow. Bukaan stensil harus benar-benar mengikuti definisi rasio luas bukaan bantalan QFN (Rasio Area) dalam Lampiran A IPC-7525B, yang merupakan rasio luas bukaan bantalan terhadap luas permukaan dinding bukaan. Standar menetapkan bahwa rasio ini tidak boleh lebih rendah dari 0,66. Namun, pengukuran aktual kami di lini produksi tingkat otomotif di Shenzhen menemukan bahwa ketika rasio aperture diatur ke 0,72, tingkat sambungan solder dingin tetap stabil di 0,018%. Jika turun menjadi 0,62, tingkat sambungan solder dingin melonjak menjadi 0,21%, dan 85% kegagalan terkonsentrasi pada bantalan tengah di bagian bawah QFN. Hal ini terkait erat dengan pengurangan volume pasta solder sebesar 19% yang disebabkan oleh ketebalan stensil sebesar 0,12 mm dan pengurangan panjang dan lebar bukaan sebesar 0,05 mm.

Akurasi pemotongan laser pada stensil harus dikontrol dalam ±0,015mm; jika tidak, lubang QFN pitch 0,3 mm yang berdekatan cenderung mengalami bridging. Kami pernah menemukan gerinda yang melebihi 0,02 mm pada tepi stensil yang dikirimkan oleh pemasok, dan menemukan 3 jembatan solder selama pemeriksaan barang pertama. Setelah pengerjaan ulang, jembatan mikro 0,04 mm masih ada. Akhirnya, kami terpaksa menggantinya dengan stensil yang dibentuk secara elektro dan menambahkan proses pemolesan EDM untuk memenuhi persyaratan pada Tabel 4-2 IPC-7525B untuk kekasaran dinding samping Ra≤0,8μm bukaan perangkat QFN. Sementara itu, semua lubang harus dibuat talang dengan sudut lancip yang dikontrol pada 12°±2°. Jika tidak, tingkat residu pelepasan pasta solder akan meningkat sebesar 37%, dan konsistensi pencetakan CPK akan turun dari 1,67 menjadi 0,92.

Pengaturan zona penyolderan reflow harus sangat selaras dengan data TDS dari produsen pasta solder. Mengambil contoh pasta solder SAC305 yang umum digunakan, jendela aktivitasnya adalah 150℃~183℃, dan waktu perendaman harus dijaga pada 120±15 detik. Jika kurang dari 90 detik, fluks sisa akan melebihi standar, menyebabkan peningkatan tingkat alarm palsu AOI sebesar 40%. Jika melebihi 150 detik, oksidasi pasta solder di bawah bantalan termal QFN akan meningkat. Pemeriksaan sinar-X menunjukkan bahwa rasio area rongga menurun dari 14% menjadi 31%, yang telah melampaui batas keras ≤25% untuk rongga bantalan termal di IPC-A-610E Kelas 2. Suhu puncak harus dikunci antara 245℃ dan 255℃, dan tidak boleh disetel ke 260℃ sesuai dengan nilai default beberapa peralatan. Karena JEDEC J-STD-020 Tabel 4-1 dengan jelas menetapkan bahwa suhu ketahanan puncak perangkat yang dikemas QFN adalah 260℃±5℃, tetapi ini mengacu pada badan perangkat dan bukan suhu leleh sambungan solder. Pelelehan sambungan solder sebenarnya terjadi pada 217℃~220℃. Suhu puncak yang terlalu tinggi akan mempercepat pertumbuhan lapisan IMC bantalan tembaga, menyebabkan kekuatan geser melemah sebesar 33% setelah 200 siklus termal.

Pengaturan kecepatan konveyor harus dikalibrasi terbalik dengan efisiensi pemanasan. Ketika pengaturan suhu tungku tetap tidak berubah, setiap pengurangan kecepatan konveyor sebesar 0,1m/menit akan meningkatkan gradien suhu sambungan solder di bagian bawah QFN sebesar 0,8℃/mm. Kami pernah mengalami penurunan kecepatan konveyor secara tiba-tiba dari 1,0m/mnt menjadi 0,85m/mnt di sebuah pabrik di Dongguan, yang mempercepat laju pendinginan di area tengah bantalan termal QFN, yang mengakibatkan butiran kolumnar menjadi kasar. Nilai uji daya dorong rata-rata turun drastis dari 38N menjadi 26N, lebih rendah dari nilai ambang batas 32N untuk daya dorong minimum paket QFN 5×5 mm di IPC-7095C Lampiran B. Selanjutnya, dengan memasukkan bagian pendinginan lambat nitrogen sepanjang 0,3 m di bagian depan zona pendinginan, kemiringan pendinginan dikurangi dari 6,2℃/s menjadi 3,8℃/s, dan daya dorong pulih ke atas. 35N.

Frekuensi pembersihan stensil harus dikaitkan dengan kelembapan lingkungan. Bila kelembapan relatif di bengkel >60%RH, bagian belakang stensil harus dibersihkan dengan IPA + ultrasonik setiap 15 papan cetak. Jika tidak, uap air yang teradsorpsi pada dinding bagian dalam bukaan akan meningkatkan tingkat keruntuhan pasta solder sebesar 22%. Khususnya pada bukaan 0,5 mm×0,5 mm pada bantalan termal QFN, kekurangan solder berbentuk bulan sabit sangat mudah terbentuk. Cacat ini tidak dapat diidentifikasi oleh AOI setelah reflow, dan hanya dapat dideteksi dengan pemeriksaan pengambilan sampel sinar-X. Ketika kelembapan <40%RH, pembersihan diperlukan setiap 25 papan untuk mencegah penyumbatan bukaan yang disebabkan oleh penguapan cepat pelarut pasta solder. Kami pernah menyebabkan peningkatan abnormal pada tingkat sirkuit terbuka pengujian TIK pada sejumlah perangkat QFN menjadi 0,47%, yang jauh melebihi batas penerimaan pelanggan sebesar 0,05%.