轉(zhuǎn)移效率和回流曲線對(duì)印刷錫膏的影響

隨著小型化和使用要求變高，芯片的焊盤(pán)數(shù)量也變得越來(lái)越多。為了滿足多焊點(diǎn)封裝，廠家更多采用印刷工藝。錫膏印刷工藝是高效的，短時(shí)間內(nèi)可完成大面積焊盤(pán)印刷，可用于大規(guī)模芯片封裝。錫膏被放置在剛網(wǎng)上，使用刮刀將錫膏填充入鋼網(wǎng)開(kāi)孔從而轉(zhuǎn)移并沉積在焊盤(pán)上。焊點(diǎn)在印刷完成后需要經(jīng)過(guò)回流焊接工藝將錫膏熔融并固化成為焊點(diǎn)。

轉(zhuǎn)移效率影響

轉(zhuǎn)移效率和鋼網(wǎng)開(kāi)孔和刮刀速度有關(guān)。由于剪切力的作用，刮刀速度會(huì)影響錫膏粘度從而影響通過(guò)網(wǎng)孔的效率。此外，開(kāi)孔的大小會(huì)影響錫膏通過(guò)的量。開(kāi)孔大小和轉(zhuǎn)移效率的關(guān)系如圖1所示。錫膏的這種顯著印刷行為可能是由于表面張力，焊料成分顆粒的內(nèi)聚力，以及焊料和模板孔壁之間存在的粘合力引起的 (Amula et al., 2011)。

圖1. 印刷錫膏轉(zhuǎn)移效率和開(kāi)孔大小關(guān)系 (Amula et al., 2011)。

回流曲線影響

在回流焊接過(guò)程中，使用回流爐將組裝好的PCB以適當(dāng)?shù)募訜崴俾试谥付ǖ臅r(shí)間段內(nèi)加熱到預(yù)設(shè)的溫度。此過(guò)程需要使用熱曲線時(shí)間-溫度圖來(lái)調(diào)整溫度變化參數(shù)。回流主要包括預(yù)熱區(qū)，均熱區(qū)，回流區(qū)和冷卻區(qū)?；亓鞯臏囟仁怯绊懞更c(diǎn)微結(jié)構(gòu)和可靠性的重要因素。焊接過(guò)程需要峰值回流溫度高于焊料的熔點(diǎn)和足夠長(zhǎng)的回流時(shí)間，以最大限度地使錫膏潤(rùn)濕焊盤(pán)，并允許在焊料中完成化學(xué)和冶金反應(yīng)。例如SAC305錫膏的熔點(diǎn)是217℃，峰值回流溫度需要高于熔點(diǎn)才能使之融化潤(rùn)濕焊盤(pán)。較快的冷卻速度可以降低晶粒和金屬間化合物生長(zhǎng)。一般冷卻速率要控制在4℃/s。

對(duì)錫鉍錫膏而言，短的液相線以上溫度時(shí)間(TAL)和低峰值溫度可以最大限度地減少形成焊料和PCB之間的 IMC 層，但這可能會(huì)導(dǎo)致焊接不良。相反，長(zhǎng)的TAL和高峰值溫度有利于界面反應(yīng)，但過(guò)量的Bi偏析會(huì)使焊點(diǎn)變脆。表1證實(shí)了更高峰值溫度和更長(zhǎng)TAL有利于錫膏的潤(rùn)濕覆蓋。但過(guò)高溫度反而削弱了潤(rùn)濕能力。更長(zhǎng)的TAL可以有更多時(shí)間使氧化物和有機(jī)物揮發(fā)，從而有利于潤(rùn)濕。

表1.不同回流曲線對(duì)錫鉍錫膏的影響。

總而言之，轉(zhuǎn)移效率影響著印刷速率并影響錫膏量。而回流曲線會(huì)對(duì)焊料潤(rùn)濕能力和焊點(diǎn)質(zhì)量帶來(lái)影響。

深圳市福英達(dá)對(duì)高可靠性無(wú)鉛錫膏生產(chǎn)有著相當(dāng)成熟的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。福英達(dá)無(wú)鉛錫膏囊括低溫系列和中高溫系列。Sn42Bi58共晶錫膏和SnBiAg系列無(wú)鉛錫膏能用于低溫焊接環(huán)境，減少熱應(yīng)力帶來(lái)的焊盤(pán)翹曲等問(wèn)題。SnAg3Cu0.5系列中溫錫膏熔點(diǎn)217℃左右，焊點(diǎn)推拉力和導(dǎo)電性優(yōu)秀。對(duì)于高溫環(huán)境如功率器件等設(shè)備封裝，福英達(dá)共晶金錫錫膏能發(fā)揮出其高熔點(diǎn)(280℃)的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)
Amula, E.H., Lau, M.K., Ekere, N.N., Bhatti, R.S., Mallik, S., Otiaba, K.C., & Takyi, G. (2011), "A study of SnAgCu solder paste transfer efficiency and effects of optimal reflow profile on solder deposits", Microelectronic Engineering, vol.88(7), pp.1610-1617.

Dusek, K., Busek, D., Vesely, P., Prazanova, A., Placek, M., & Del Re, J. (2022), “Understanding the Effect of Reflow Profile on the Metallurgical Properties of Tin–Bismuth Solders”.