轉移效率和回流曲線(xiàn)對印刷錫膏的影響
隨著(zhù)小型化和使用要求變高，芯片的焊盤(pán)數量也變得越來(lái)越多。為了滿(mǎn)足多焊點(diǎn)封裝，廠(chǎng)家更多采用印刷工藝。錫膏印刷工藝是高效的，短時(shí)間內可完成大面積焊盤(pán)印刷，可用于大規模芯片封裝。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)。
轉移效率影響
轉移效率和鋼網(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)孔大小和轉移效率的關(guān)系如圖1所示。錫膏的這種顯著(zhù)印刷行為可能是由于表面張力，焊料成分顆粒的內聚力，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. 印刷錫膏轉移效率和開(kāi)孔大小關(guān)系 (Amula et al., 2011)。
回流曲線(xiàn)影響
在回流焊接過(guò)程中，使用回流爐將組裝好的PCB以適當的加熱速率在指定的時(shí)間段內加熱到預設的溫度。此過(guò)程需要使用熱曲線(xiàn)時(shí)間-溫度圖來(lái)調整溫度變化參數。回流主要包括預熱區，均熱區，回流區和冷卻區。回流的溫度是影響焊點(diǎn)微結構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(cháng)的回流時(shí)間，以最大限度地使錫膏潤濕焊盤(pán)，并允許在焊料中完成化學(xué)和冶金反應。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(cháng)。一般冷卻速率要控制在4℃/s。
對錫鉍錫膏而言，短的液相線(xiàn)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 )導致焊接不良。相反，長(cháng)的TAL和高峰值溫度有利于界面反應，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(cháng)TAL有利于錫膏的潤濕覆蓋。但過(guò)高溫度反而削弱了潤濕能力。更長(cháng)的TAL可以有更多時(shí)間使氧化物和有機物揮發(fā)，從而有利于潤濕。
表1.不同回流曲線(xiàn)對錫鉍錫膏的影響。
總而言之，轉移效率影響著(zhù)印刷速率并影響錫膏量。而回流曲線(xiàn)會(huì )對焊料潤濕能力和焊點(diǎn)質(zhì)量帶來(lái)影響。
深圳市福英達對高可靠性無(wú)鉛錫膏生產(chǎn)有著(zhù)相當成熟的經(jīng)驗和技術(shù)。福英達無(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)推拉力和導電性?xún)?yōu)秀。對于高溫環(huán)境如功率器件等設備封裝，福英達共晶金錫錫膏能發(fā)揮出其高熔點(diǎn)(280℃)的特點(diǎn)。
參考文獻
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”.
