Разработка дизайн трафарета для оптимизации надежности QFN сборок

Резюме

За последние 15 лет внедрение пакета QFN/BTC привлекло большое внимание из-за сложностей процесса сборки и проверки ее качества. Разница в параметрах нанесения припоя между центральной контактной площадкой и контактными площадками по периметру усложняет конструкцию трафарета и требует особого внимания, чтобы сбалансировать различные требования.

Отсутствие выводов в пакете QFN/BTC и небольшая высота зазора приводят к существенно меньшему соответствию по сравнению с другими типами пакетов, что делает пакет QFN/BTC более восприимчивым к проблемам несоответствия CTE. Тщательная сборка QFN и правильная конструкция печатной платы (PCB) могут обеспечить приемлемую надежность в зависимости от общей конструкции. Однако одна область, которая не была должным образом рассмотрена, — это влияние отношения размера матрицы к размеру корпуса и то, как этот фактор следует учитывать при сборке печатной платы. В IPC-7093 упоминается обратная зависимость между относительным размером матрицы и надежностью, и Сайед (Syed) и Канг (Kang) обнаружили, что взаимосвязь нелинейна, однако размер матрицы редко указывается в технических описаниях компонентов, и рекомендации поставщиков не включают это соотношение в качестве фактора сборки.

В этой работе объем припоя, используемого при сборке двух корпусов QFN/BTC, будет варьироваться для изучения взаимосвязи между высотой зазора и сроком службы при тепловом цикле, а также для определения допустимых пределов в отношении выхода продукции при первом проходе. Выбранные QFN имеют разное соотношение размера матрицы к размеру упаковки, чтобы оценить влияние этого фактора на результат процесса. Уровни дефектов паяных соединений и результаты термического цикла укажут на возможность корректировки производственных параметров для достижения баланса между двумя целями: производительностью процесса и надежностью. Результаты определят параметры процесса, обеспечивающее оптимальную установку корпусов.

Выводы

Два пакета QFN/BTC были установлены на репрезентативных печатных платах с использованием различных способов нанесения паяльной пасты. Были соблюдены многие стандартные рекомендации по нанесению и пайке QFN/BTC, только объем паяльной пасты регулировался для контроля высоты и геометрии результирующего паяного соединения. Было показано, что фактическая высота пайки для этой сборки хорошо коррелирует с ожидаемой высотой пайки в соответствии с дизайном трафарета.

Как правило, увеличение количества используемой паяльной пасты приводит к увеличению количества пустот. Это ожидаемо, так как пути выхода летучих веществ уменьшаются, а общее количество летучих веществ увеличивается по мере увеличения общего объема припоя. В целом пустоты были низкими, в нескольких случаях пустоты превышали 25% площади пайки.

До сих пор частота отказов для различных конфигураций паяных соединений (высота) не соответствовала предсказаниям программного обеспечения для моделирования. Особо следует отметить несоответствие пайки на корпусах QFN68 при увеличенной высоте. В этих случаях хоть и обеспечивается электрическое соединение, но оно может быть довольно слабым и выйти из строя относительно рано. Эта совместная вариация в предыдущем тестировании могла исказить базовую линию моделирования и, следовательно, текущий прогноз, который, вероятно, предполагает, что все соединения ведут себя абсолютно одинаково в пределах запрограммированных параметров.

Другим потенциальным фактором, влияющим на устойчивость к тепловому циклу, является даже небольшое изменение формы паяного соединения. Трафарет был отрегулирован для изменения количества паяльной пасты, нанесенной на контакты по периметру, в результате чего паяные соединения имели очень похожую геометрию, но не были полностью одинаковыми. Чуть большие паяные соединения могут улучшить устойчивость к тепловому циклу. Программное обеспечение для моделирования не позволяло регулировать размер или форму скругления таких соединений.

Пока не будет собрано больше данных об отказах, конкретные выводы не могут быть обоснованы, но наблюдения и результаты на данный момент показывают, что размер центральной площадки (и, предположительно, отношение матрицы к корпусу) не следует игнорировать при работе с QFN. Были явные различия в результатах между двумя пакетами, использованными в этом исследовании.

Компоненты с небольшой центральной площадкой относительно прочны не только при термоциклировании, но и в отношении выхода готовой продукции и постоянства в производственном процессе. Наоборот, компоненты с большой центральной площадкой требуют большего внимания, так как они имеют меньшее технологическое возможности для оптимизации дизайна трафарета.

СКАЧАТЬ

Авторы:
B. Gumpert
Lockheed Martin, Ocala, FL USA

Еще статьи по новым технологиям:

• Материалы гибких печатных плат и их оснований
• Технология упаковки чипов System-in-Package (SiP)
• Миниатюризация чипов. Тренды производства

Первоначально опубликовано в Протоколах МПК (The IPC Proceedings)

Комментарии

Похоже, вас больше всего беспокоит количество используемой пасты. В случае QFN/BTC больший объем пасты является большим недостатком, поскольку ограничивает пластичность соединения после пайки оплавлением. Интерметаллический слой также будет определять живучесть соединения после оплавления. Разработаны новые составы паяльных паст, более пластичные, а это то, что вам нужно. Ключевым моментом также является то, чем покрыты выводы BTC. Например, SAC (SnAgCu) очень хрупок после оплавления. SAC также будет продолжать наращивать интерметаллический слой, делая соединение более хрупким с течением времени. Большая центральная площадка лучше всего обрабатывается трафаретом с апертурами, обеспечивающим пути отвода газов для флюса и носителей.

Ike Sedberry, ISEDS