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線路板錫膏清洗合明科技分享:錫膏量與再流焊后焊點形貌關系分析

發布日期:2022-06-02 發布者:合明科技Unibright 瀏覽次數:1939

線路板錫膏清洗合明科技分享:錫膏量與再流焊后焊點形貌關系分析

清洗劑_洗板水_水基清洗劑_電路板清洗_半導體清洗_治具清洗_芯片清洗_助焊劑_助焊劑清洗_錫膏清洗_合明科技專注精密電子清洗技術20多年,是SMT貼裝/DIP封裝,功率半導體器件及芯片封裝精密清洗工藝技術方案、產品、清洗設備提供商。精密電子清洗除焊后助焊劑、錫膏、焊膏、球焊膏、焊錫膏、錫渣等殘留物。水基系列產品,精細化對應涵蓋從半導體封裝到PCBA組件終端,包括有水基和半水基清洗劑,堿性和中性的水基清洗劑等。具體表現在,在同等的清洗力的情況下,合明科技的兼容性較佳. 先進封裝包括倒裝芯片、WLCSP晶圓級芯片封裝、3D IC集成電路封裝、SiP系統級封裝、細間距封裝等等。



摘要:

 

表面貼裝技術中的鋼網設計是決定焊膏沉積量的關鍵因素,而再流焊后形成的焊點形貌與鋼網的開口設計有著千絲萬縷的聯系。從SMT錫膏印刷工藝的理論基礎出發,結合實際PCB(印制線路板)上錫膏印刷量,針對在不同線寬的高速信號線衍生形成的焊盤上印刷不同體積的錫膏量,論證再流焊后形成的焊點形貌。線路板清洗

 

0 引言

 

隨著高頻高速電路的運用越來越廣泛,隨之帶來的是對電子裝聯技術及測試技術的考驗。由于高速信號網絡無法添加測試點,嘗試通過增加Bead(焊珠)測試點來增加對高速信號網絡的測試覆蓋。基于Probe(探針)的特性,對Bead的形貌有一定的要求:Bead太大可能造成短路或脫落的風險;Bead太小接觸可靠性及穩定性有影響;Bead高度在0.10~0.15 mm之間最合適。因此需要針對不同線寬的高速線選擇適當的鋼網開口方案。本文的目的旨在探討針對不同尺寸的Bead焊盤設計不同的錫量,再流焊后觀察Bead的形貌,探索合適的錫量滿足針床的測試要求。,錫膏清洗

 

為研究適合可以作為Bead probe使用的焊盤尺寸及合適的印刷錫量,需要針對此次試驗設計不同線寬的焊盤及不同錫量的鋼網開口,通過逐一驗證各條件下的焊點形貌,進而判斷和選擇合適的焊盤及鋼網開口設計滿足探針所需要的焊點形貌。

 

1 研究方案

 

1.1 焊盤設計方案

 

由于高速網絡無法添加TP(測試點)進行測試覆蓋,通過對表層的高速信號線上進行綠油開窗并與常規焊盤一樣進行表面處理形成部分非常規的焊盤,由于高速線線寬一般只有0.10~0.30 mm左右,常規開窗無法滿足Probe的接觸要求,需要通過錫膏印刷及再流焊的工藝方式形成Bead去滿足規范IPC-A-610G測試的需求,測試需求的常規Bead形貌如圖1所示。焊錫膏


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本次試驗板采取單一變量的試驗方式進行,對試驗單板高速線焊盤設計采用NSMD(非阻焊定義),焊盤尺寸:線寬0.50 mm,阻焊開窗比線寬大0.025~0.050 mm,本次試驗采用的線寬有0.10 mm、0.13 mm、0.23 mm、0.25 mm、0.30 mm,然后印刷不同的錫量觀察再流焊后Bead點的形貌,實際單板焊盤如圖2所示。,焊膏,

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1.2 鋼網設計方案

 

試驗板使用的錫膏粉粒型號是4號(粒徑20~38 μm),采用鋼網的厚度0.12 mm,根據規范IPC-7525的錫膏完全轉移的最小開窗要求,鋼網設計最小開窗0.25 mm×0.30 mm,鋼網開口要以焊盤尺寸為計算依據,為了進行量化研究,這里以與焊盤等大為1倍錫量,因此以0.25 mm×0.30 mm的測試點尺寸為例,鋼網設計開口見表1。無鉛錫膏

 

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以上7種錫膏量的鋼網開窗方式與5種高速線線寬進行組合,研究再流焊后形成焊點的形貌特征。試驗板再流焊爐溫借用單板原型爐溫,監控SPI(錫膏檢測)實際印刷錫量數據,便于核算錫膏量。

 

2 試驗數據與結果

 

通過對SPI數據的監控及對再流焊后形成的Bead進行三次元測試和形貌觀察,可以得到7種鋼網開窗方式,實際印刷出來的錫膏量及再流焊后各線寬條件下Bead的焊點高度及各方案下的焊點的形貌特征。鋼網:SUS304 FG鋼網;印刷設備:SJ-680S(以下樣本數據量>100)。

 

2.1 SPI監控數據

 

整理各開口方式的SPI數據見表2。

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具體體積比和高度數據對比如圖3和圖4所示。

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2.2 印錫數據分析與結論

 

從以上樣本數據曲線可知:

 

1)滿足IPC-7527規范要求的開窗尺寸,能夠滿足最小體積沉積率≥75%;

 

2)實際印錫體積與高度多數均比理論值偏高,實際錫膏印刷體積與高度的平均值均超過業內常用的體積與高度公差在±50%的最大閾值;

 

3)通過計算數據的離散特性可以得知:1倍開口印錫體積離散程度最小,4倍、6倍印刷錫膏高度離散程度最低(如圖5所示)。


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通過以上數據可知,印錫體積/高度與鋼網開窗尺寸強相關,同時與印刷設備參數(刮刀角度、壓力、速度)、錫膏觸變特性、黏度也存在一定的關聯,本文暫不做討論。對比離散特性曲線可知,4倍開窗的數據(體積/高度)的整體穩定性相對最高。,有鉛錫膏,

 

2.3 再流焊后形貌特征

 

通過高倍顯微鏡對再流焊后Bead焊點的形貌觀察與三次元對Bead焊點高度的檢測,可以得到表3~表7和圖6數據,本次試驗使用的錫膏TAMURA TLF-204-NH HR,由于沒有有效的手段掃描焊點的體積,焊點體積按實際SPI測試體積,結合錫膏理論,以助焊劑與金屬混合體積比(接近1:1)進行計算。

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2.3.10.10 mm線寬下焊點形貌與錫量的關系

 

0.10 mm線寬下各開口倍數的形貌見表3。

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從0.10 mm線寬形貌及焊點高度看:1)所有開口方式,焊盤均有良好的潤濕;2)1倍開口方式的焊點形貌基本滿足作為Bead probe的要求;3)2倍到16倍的開口方式焊點寬度方向均有擴張,主要由于焊盤潤濕面積小,潤濕力無法抵消焊點的表面張力,焊點隨著錫量的增加逐漸朝著球形變化;4)從焊點高度曲線上看,1倍到6倍的高度基本呈現線性關系,從6倍到16倍高度斜率有變緩趨勢,主要原因是焊錫在熔融狀態下,表面張力抵消不掉焊錫重力,導致焊點出現坍塌,造成高度降低。清洗劑,

 

2.3.20.13 mm線寬下焊點形貌與錫量的關系

 

0.13 mm線寬下各開口倍數的形貌見表4。

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從0.13 mm線寬形貌及焊點高度看:1)基本與0.10 mm線寬形貌及焊點高度一樣,由于線寬比0.10 mm寬,潤濕面積大一點,從高度曲線上看高度稍微比0.10 mm的低一點。

 

2.3.30.23 mm線寬下焊點形貌與錫量的關系

 

0.23 mm線寬下各開口倍數的形貌見表5。

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從0.23 mm線寬形貌及焊點高度看:1)基本與0.10 mm和0.13 mm線寬形貌及焊點高度一樣:隨著體積增加呈線性增加,由于線寬更寬,潤濕面積更大,從高度曲線上看高度稍微比0.13 mm的低一點。洗板水

 

2.3.40.25 mm線寬下焊點形貌與錫量的關系

 

0.25 mm線寬下各開口倍數的形貌見表6。

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從0.25 mm線寬形貌及焊點高度看:1)基本與0.10 mm和0.13 mm線寬形貌及焊點高度一樣,隨著體積增加基本呈線性增加;2)由于線寬更寬,潤濕面積更大,從高度曲線上看高度稍微比0.10 mm的低一點,比0.13 mm和0.23 mm的要高,原因可能是焊盤的潤濕面積更大,導致焊錫更多的在焊盤內聚集,此時焊錫的表面張力能夠抵抗焊盤外的焊錫的重力,抑制了焊錫的坍塌。

 

2.3.50.30 mm線寬下焊點形貌與錫量的關系

 

0.30 mm線寬下各開口倍數的形貌見表7。

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從0.30 mm線寬形貌及焊點高度曲線看:1)基本與0.23 mm和0.25 mm線寬形貌及焊點高度一樣隨著體積增加基本呈線性增加;2)由于線寬更寬,潤濕面積更大,從高度曲線上看高度稍微比0.10 mm的低一點,比0.13 mm和0.25 mm的要高,原因同0.25 mm的。

 

2.4 焊點形貌與數據分析

 

1)從印錫數據上看,4倍開口的印刷錫量穩定性更高,但所有開口方式理論錫量與實際錫量差距較大;

 

2)從焊點形貌上看,0.10 mm線寬1倍開口錫量勉強可以作為Bead probe使用,0.13 mm線寬1倍開口適合作為Bead probe使用,0.23 mm、0.25 mm、0.30 mm線寬1、2倍開口均可以作為Bead probe使用,不同點在于焊點高度不一樣,對高度有要求的情況下可以選擇使用;

 

3)不同倍數及不同線寬的開口均有較多的助焊劑殘留,如果作為Bead probe使用,需要對助焊劑殘留進行清理,不然會存在接觸不到金屬部分造成誤測試;

 

4)4倍以上的開口方式,從形貌上和焊點高度上看,均不適合作為Bead probe使用,焊點高度過高存在撞掉焊點及拉起信號線的風險。

 

2.5 切片結果分析

 

1)從焊點切片結果看,IMC厚度在1~5 μm(業界默認正常IMC厚度),平均厚度在3.5 μm左右,滿足ENIG(化鎳沉金)表面處理方式下IMC的厚度;

 

2)從切片測量的焊點高度數據上看,焊點高度與三次元測試的高度基本一致,部分切片結果見表8和表9。

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2.6 ICT測試結果分析

 

1)從單板ICT(In Circuit Test)測試驗證來看,10塊試驗單板各形態焊點下針床測試結果均合格,均能較好的扎破助焊劑殘留物,達到良好的電氣連接;

 

2)從ICT測試探針扎到的焊點形貌來看,由于Sn的延展性較好,強度較低,焊點被探針扎過后存在較大的坑洞,物理形變量大,不適合多次針點測試,否則存在焊點被扎爛的情況,如圖11所示。

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3 結論

 

通過本次試驗可以看到,0.10~0.30 mm的Beadprobe焊盤的基本鋼網開口在1倍到2倍就能夠達到很好的焊點形貌,開口過大反而容易導致焊點坍塌和延展進而產生單板撞件風險,而且所有開口均有較多的助焊劑殘留。從測試驗證效果看,單板均能良好地接觸到金屬成分達到電氣連通,但從長遠來看,存在一定幾率使得絕緣性質的助焊劑殘留影響接觸,因此建議使用這些焊點前需要對單板進行清洗去除殘留的助焊劑。本次試驗Bead probe采用的是ENIG的表面處理,從焊點上看潤濕效果較好,對于OSP(有機焊接保護膜)的表面處理的Bead probe具有一定的參考意義。


文章來源:中興通訊 宋棟、趙麗



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針對電子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比較豐富的經驗,對于有著低表面張力、低離子殘留、配合不同清洗工藝使用的情況,自主開發了較為完整的水基系列產品,精細化對應涵蓋從半導體封測到PCBA組件終端,包括有水基和半水基清洗劑,堿性和中性的水基清洗劑等。具體表現在,在同等的清洗力的情況下,合明科技的兼容性較佳,兼容的材料更為廣泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗劑清洗的錫膏種類更多(測試過的錫膏品種有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;測試過的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,離子殘留低、干凈度更好。


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以上為本公司一些經驗的累積,因工藝問題內容廣泛,沒有面面俱到,只對常見問題作分析,隨著電子產業的不斷更新換代,新的工藝問題也不斷出現,本公司自成立以來不斷的追求產品的創新,做到與時俱進,熟悉各種生產復雜工藝,能為各種客戶提供全方位的工藝、設備、材料的清洗解決方案支持。

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