เมื่อบุคลากรในสายการผลิตต้องเผชิญกับปัญหาข้อต่อการบัดกรีแบบเย็นบนชิป QFN16 พวกเขามักจะเข้าใจผิดว่า"การใช้หัวแร้งที่มีวัตต์สูงกว่าจะช่วยแก้ปัญหาได้" ในขณะเดียวกันก็ละเลยความสัมพันธ์แบบไดนามิกระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางของลวดบัดกรีและความจุความร้อนของปลายหัวแร้ง เมื่อใช้หัวแร้ง 50W ตัวเดียวกันกับลวดบัดกรี 0.3 มม. อุณหภูมิของข้อต่อบัดกรีที่วัดได้จะสูงถึง 265°C เท่านั้น ในขณะที่การเปลี่ยนไปใช้ลวดบัดกรี 0.5 มม. จะทำให้อุณหภูมิของข้อต่อบัดกรีกระโดดไปที่ 312°C อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นแบบไม่เชิงเส้นนี้ไม่ได้เกิดจากกำลังที่เพิ่มขึ้น แต่มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าลวดบัดกรีที่หนาขึ้นจะดูดซับความร้อนได้มากขึ้นในระหว่างการหลอมละลาย ซึ่งจะช่วยขยายเวลาสมดุลทางความร้อนของปลายหัวแร้งได้
เราทดสอบหน้าต่างกระบวนการของลวดบัดกรีสองเส้นที่ใช้กันทั่วไปไปพร้อมๆ กัน คือ 0.3 มม. และ 0.5 มม. ในสถานการณ์การทำงานซ้ำทั่วไปสามสถานการณ์ สำหรับชิป QFN16 ที่มีพินพิทช์ 0.4 มม. ซึ่งต้องใช้ข้อต่อบัดกรีโดยไม่ต้องเชื่อมและมุมเปียกน้อยกว่า 30° ลวดบัดกรี 0.3 มม. ที่จับคู่กับหัวแร้ง 35W ที่ตั้งอุณหภูมิไว้ที่ 280°C สามารถบรรลุเวลาในการบัดกรีจุดเดียว 2.1 วินาที โดยมีการทำให้เปียกเพียงพอและไม่มีการลากบัดกรี คอนทราสต์ In แม้ว่าอุณหภูมิของลวดบัดกรี 0.5 มม. จะเพิ่มขึ้นเป็น 310°C แต่อัตราการป้อนลวดที่มากเกินไปยังคงส่งผลให้ฟลักซ์ตกค้างระหว่างพินที่อยู่ติดกันเพิ่มขึ้น ซึ่งเพิ่มความน่าจะเป็นในการเชื่อมต่อเป็น 37% สิ่งนี้บ่งชี้ว่าประสิทธิภาพที่แท้จริงของอุณหภูมิลวดบัดกรีไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับค่าที่ตั้งไว้เท่านั้น แต่ยังมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความเข้มของการกระแทกจากความร้อนและความแม่นยำของการครอบคลุมของโลหะหลอมเหลวบนแผ่นต่อหน่วยเวลา
สำหรับส่วนประกอบแบบพาสซีฟขนาดเล็ก เช่น ตัวต้านทานแพ็คเกจ 0402 ซึ่งมีพื้นที่แผ่นน้อยกว่า 0.15 มม.² และความจุความร้อนต่ำมาก เราพบว่าลวดบัดกรีขนาด 0.3 มม. สามารถทำให้เปียกได้อย่างน่าเชื่อถือที่อุณหภูมิ 260°C อย่างไรก็ตาม แม้ว่ากำลังของหัวแร้งสำหรับลวดบัดกรีขนาด 0.5 มม. จะลดลงเหลือ 25W ส่วนที่หลอมละลายจะยังคงทำให้แผ่นและฟอยล์ทองแดงเกิดความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่นเนื่องจากความเฉื่อยทางความร้อน ซึ่งจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษบน PCB ที่มีความหนาของซับสเตรต FR-4 0.8 มม. เนื่องจากความร้อนที่ต้องใช้ในการหลอมลวดบัดกรีขนาด 0.5 มม. คือ 2.78 เท่าของลวดบัดกรี 0.3 มม. และแผ่นอิเล็กโทรดขนาดเล็กไม่สามารถกระจายความร้อนส่วนเกินได้ทันเวลา ส่งผลให้ข้อต่อบัดกรีดำและชั้น IMC หนาขึ้นผิดปกติ
In โครงสร้างความจุความร้อนสูง เช่น การปรับปรุงการต่อสายดินสามจุดสำหรับฝาครอบป้องกัน สถานการณ์จะกลับกันโดยสิ้นเชิง พื้นที่ฟอยล์ทองแดงของข้อต่อบัดกรีฝาครอบป้องกันโดยทั่วไปเกิน 3 มม.² และเชื่อมต่อโดยตรงกับระนาบกราวด์ทองแดงในพื้นที่ขนาดใหญ่ แม้ว่าอุณหภูมิหัวแร้งสำหรับลวดบัดกรีขนาด 0.3 มม. จะถูกตั้งค่าไว้ที่ 330°C และกำลังเพิ่มขึ้นเป็น 45W ยังคงมีปัญหาเรื่องการเปียกไม่สมบูรณ์และการหดตัวเป็นทรงกลมของข้อต่อบัดกรี โดยอุณหภูมิศูนย์กลางของข้อต่อบัดกรีที่วัดได้ต่ำกว่า 220°C อย่างสม่ำเสมอ หลังจากเปลี่ยนมาใช้ลวดบัดกรีขนาด 0.5 มม. อุณหภูมิศูนย์กลางของข้อต่อบัดกรีจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเป็น 258°C ภายใต้พารามิเตอร์อุปกรณ์เดียวกัน และพื้นที่การแพร่กระจายของเปียกจะขยายขึ้น 2.3 เท่า สิ่งนี้พิสูจน์ว่าข้อต่อบัดกรีที่มีความจุความร้อนสูงจำเป็นต้องมีความหนาแน่นของโหลดความร้อนที่สูงกว่าเพื่อเอาชนะผลการป้องกันการนำความร้อนของทองแดง และค่าที่แท้จริงของอุณหภูมิลวดบัดกรีอยู่ที่ว่าสามารถฉีดโลหะหลอมเหลวและความร้อนที่เพียงพอเข้าไปในแผ่นภายในระยะเวลาสัมผัสที่จำกัดหรือไม่
สรุป In สำหรับงานปรับปรุงอุปกรณ์ที่มีระยะพิทช์ละเอียด เช่น QFN ควรให้ความสำคัญกับลวดบัดกรี 0.3 มม. ที่จับคู่กับหัวแร้ง 35W ที่ตั้งอุณหภูมิไว้ที่ 280°C การผสมผสานนี้ทำให้เกิดความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างความเร็วตอบสนองต่อความร้อน การควบคุมการทำให้เปียก และความเสี่ยงต่อความเสียหายจากความร้อน สำหรับโครงสร้างแผ่นขนาดใหญ่ เช่น ฝาครอบป้องกันและตัวเรือนตัวเชื่อมต่อ จำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้ลวดบัดกรีขนาด 0.5 มม. และเพิ่มกำลังของหัวแร้งเป็น 50W พร้อมกันด้วยการตั้งค่าอุณหภูมิที่ 320°C มิฉะนั้นจะไม่สามารถเอาชนะเอฟเฟกต์การระบายความร้อนได้ สำหรับส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กพิเศษ เช่น 0402/0201 ห้ามใช้ลวดบัดกรีขนาด 0.5 มม. โดยเด็ดขาด เนื่องจากแม้แต่การลดกำลังก็ไม่สามารถหลีกเลี่ยงปัญหาผลกระทบจากความร้อนที่มากเกินไปได้ เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางของลวดบัดกรีนั้นเกินเกณฑ์ความจุความร้อนของแผ่น
ครั้งหนึ่งเราติดตามอัตราผลตอบแทนการทำงานซ้ำ 120 แบทช์บนสถานีการทำงานซ้ำเดียวกันอย่างต่อเนื่อง และพบว่าเมื่อใช้ลวดบัดกรี 0.3 มม. สม่ำเสมอ อัตราข้อบกพร่องของ QFN ยังคงมีเสถียรภาพต่ำกว่า 0.8% อย่างไรก็ตาม หากมีการผสมลวดบัดกรีขนาด 0.5 มม. อัตราข้อบกพร่องจะเพิ่มขึ้นเป็น 4.6% โดย 72% เป็นการเชื่อมและการฝังหิน In กระบวนการปรับปรุงฝาครอบชีลด์ ทีมงานที่ใช้ลวดบัดกรี 0.5 มม. อย่างสม่ำเสมอได้รับอัตราผลตอบแทนการส่งครั้งแรกที่ 99.2% ซึ่งลดลงเหลือ 83.5% หลังจากเปลี่ยนเป็น 0.3 มม. สาเหตุหลักคือแรงขับของข้อต่อประสานไม่เพียงพอ นำไปสู่ความล้มเหลวในการทดสอบการสั่นสะเทือนตั้งแต่เนิ่นๆ ผลลัพธ์เหล่านี้ไม่ได้มาจากสภาพห้องปฏิบัติการในอุดมคติ แต่ทั้งหมดมาจากบันทึกสายการผลิตจริงที่มีการสลับกะกลางวันและกลางคืนและผู้ปฏิบัติงานแบบหมุนเวียน
