Анализ причин возникновения дефектов «надгробного камня» при использовании электронных компонентов типоразмера 0201

№ 1’2008
PDF версия
Физически дефект «надгробного камня» основан на силах смачивания и поверхностного натяжения, массе электронного компонента и его геометрических размерах. Если припойная паста под одним из выводов компонента уже расплавилась и смачивание поверхностей произошло прежде, чем под другим, то сила поверхностного натяжения может поставить электронный компонент вертикально. Как правило, чем меньше и легче электронный компонент, тем больше вероятность возникновения дефекта «надгробного камня»

Николай Павлов

Физически дефект «надгробного камня» основан на силах смачивания и поверхностного натяжения, массе компонента и его геометрических размерах. Если припойная паста под одним из выводов компонента уже расплавилась и смачивание поверхностей произошло прежде, чем под другим, то сила поверхностного натяжения может поставить компонент вертикально. Как правило, чем меньше и легче компонент, тем больше вероятность возникновения дефекта «надгробного камня».

Параметры, влияющие на возникновение дефекта «надгробного камня», могут быть разделены на две основные категории: параметры контактной площадки (форма КП; точность выполнения КП, маски или металла; тепловое равновесие между КП; наличие переходных отверстий на КП) и параметры процесса (многочисленные и часто трудно определяемые количественно). Опубликовано много работ по данной теме, часто они сфокусированы на улучшении методов проектирования и монтажа.

Процесс монтажа большинства компонентов 0201 был оптимизирован до перехода на бессвинцовую технологию. Увеличение количества бессвинцовой продукции и связанное с этим уменьшение окна технологического процесса приводит к переоценке основных параметров, которые могут повлиять на возникновение эффекта «надгробного камня».

Влияющие параметры

Обзор опубликованных исследований и крупномасштабное применение в промышленности показали наличие 49 параметров, которые могут влиять на формирование дефекта «надгробного камня». Для исследования причинно-следственных связей был применен матричный подход (с величиной оценки 0, 3 или 9), чтобы определить воздействие следующих 12 самых влияющих параметров:

  • Размеры КП — включающие в себя размеры КП, расстояния между КП. Все КП не покрыты маской и нет маски между КП. Были рассмотрены 4 типоразмера: 3 типовых и один специфический.
  • Количество паяльной пасты — апертуры трафарета были спроектированы с размером 70% и 100% от величины КП. Апертура с размером 100% КП более приемлема, чем апертура 70% КП. В результате исследований было выяснено, что при использовании апертуры 70% было нанесено порядка 50%, а при использовании апертуры 100% — порядка 60% паяльной пасты.
  • Смещение отпечатка паяльной пасты — чтобы смоделировать реальный процесс, апертуры трафарета были спроектированы со смещением 0,1 мм по осям X и Y, в общей сложности получено 4 комбинации (0–0; 0–0,1; 0,1–0; и 0,1–0,1).
  • Тип применяемого компонента — были использованы резисторы и конденсаторы, чтобы учесть влияние размеров компонентов.
  • Ориентация — компоненты были установлены с поворотом на 0° и 90°.
  • Температурный профиль пайки — были использованы традиционный и «бессвинцовый» профиль.
  • Атмосфера при пайке — воздух и N2 100 млн–1.
  • Смещение компонента — компоненты были размещены в позиции 0, 0 (CAD) и со смещением 0,1; 0,1.
  • Паяльная паста — на первом этапе исследования использовалось три типа припойной пасты: безотмывная SnPb, безотмывная SAC 305 и водоотмывная SAC 305. На втором этапе было использовано 7 типов припойной пасты.
  • Финишное покрытие ПП — на первом этапе использовались платы с финишным покрытием OSP. На втором этапе — ПП с финишным покрытием OSP и иммерсионное золото (ENIG).

Эксперимент был разделен на два этапа. Экспериментальная матрица первого этапа показана в таблице 1. С учетом коэффициентов, перечисленных в верхней части, была спроектирована тестовая ПП (рис. 1). Коэффициенты в нижней половине таблицы изменялись в процессе монтажа.

Тестовая ПП с КП 0201
Таблица 1. Экспериментальная матрица первого этапа
Экспериментальная матрица первого этапа

Тестовая ПП

Тестовая ПП содержала 48 индивидуальных испытательных ячеек. Были использованы 4 различных типа КП, каждый тип применялся 12 раз на тестовой ПП (по шесть в 2 строки). На каждой ячейке было 50 резисторов и 50 конденсаторов, ориентированных с поворотом 0° и 90°, в общей сложности по 200 КП в блоке (рис. 2). Восемь ячеек КП было размещено на ПП, таким образом, в общей сложности 1600 КП было размещено на ПП. На первом этапе были использованы все четыре типа КП, то есть всего 6400 КП на плате.

Типовые тестовые площадки

Проектирование трафарета

Чтобы получить все возможные комбинации изменений и смещений апертур, трафарет был изменен следующим образом: слева направо шесть тестовых столбцов, у первых двух столбцов были уменьшены апертуры на 70% от площади КП; средние два столбца не были заполнены, и в последних двух столбцах апертуры занимали 100% площади КП. В пределах каждой группы разных типов апертур КП были разделены на четыре сегмента, каждый из которых имел свое смещение отпечатка паяльной пасты.

С помощью конструкции, представленной на рис. 3, были перебраны все возможные комбинации размеров апертур и смещения отпечатка паяльной пасты.

Дизайн трафарета

Монтаж

Использовалось следующее оборудование:

  • MPM Ultraprint 3000 — принтер трафаретной печати;
  • Koh Young KY3030-VAL — система контроля нанесения пасты;
  • Fuji AIM — автомат-установщик;
  • Vitronics-Soltec XPM2 — печь конвекционного оплавления;
  • Vi Technology Vi3K2 — автоматическая оптическая инспекция (АОИ);
  • Phoenix Nanomex X-ray inspection — установка для рентгеновского контроля.

Трафаретная печать

Исследование включало нанесение большого и малого количества пасты. Для этого апертуры трафарета были уменьшены. Чтобы найти оптимальную величину апертуры, были выполнены апертуры размером 100%, 80% и 60% величины КП. 100%-ная и 70%-ная апертуры позволяют нанести примерно 60% и 50% пасты соответственно.

Трафареты были изготовлены методом гальванопластики никелем толщиной 125 мкм (0,005

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *