Пайка компонентов в корпусах QFN методы борьбы с пустотами
Разработчики электронных устройств все чаще применяют в своих изделиях микросхемы в корпусе QFN, которые имеют широкие функциональные возможности при минимальных размерах. Эти компоненты монтируются по технологии поверхностного монтажа, при этом необходимо избегать появления пустот в толще паяного соединения центральной контактной площадки микросхемы. Единственный метод, позволяющий минимизировать появление пустот – пайка в вакуумной камере.
Печь оплавления SMT Quattro Peak S с вакуум- ным модулем Vacuum-Plus-Module
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 возникновению браков пайки – сдвига, перекоса корпуса, перемычек и коротких замыканий, плохого контакта и непропая. Все эти виды брака хорошо известны, и способы борьбы с ними с успехом применяются на современных электронных производствах. Но 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 пло- щадки, 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.
Способы решения
В современной практике применяются несколько способов разрешения этой проблемы:
- применение разных типов паяльных паст (Приложение 1). Тип паяльной пасты в небольших пределах влияет на количество пустот;
- применение трафаретов с различными формами апертур (Приложение 2) От формы отпечатков пасты также зависит количество и размер пустот;
- пайка в атмосфере азота (Приложение 3);
- пайка в разреженной среде (Приложение 4).
- Значительное уменьшение количества пустот в толще соединения происходит при разрежении 300 мбар;
- применение различных температурных профилей пайки. 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 возникнове-
нием пустот в паяных соединениях большой
площади.
Специально для уменьшения 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. 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.