Redukcja pustek pod QFN

Artykuł stanowi tłumaczenie bloga Tim O’Neilla, Technical Marketing Manager AIM. 

Siedząc na lotnisku O'Hare w Chicago, tuż po opuszczeniu kolejnych produktywnych i ekscytujących międzynarodowych targów SMTA, zastanawiałem się, jak doskonałą okazją jest to wydarzenie do bycia na bieżąco w świecie montażu elektroniki. Jeśli nie uczestniczysz regularnie w tego typu wydarzeniach, to powinieneś! Miałem szczęście, że mogłem uczestniczyć w wielu sesjach technicznych i nie tylko dowiedzieć się, co nowego pojawia się na rynku, ale także porozmawiać z klientami i współpracownikami o tym, co uważają za najpilniejsze potrzeby rynku.

Podsumowując… redukcja pustek BTC. Sesje techniczne poświęcone redukcji pustek, odbywały się wyłącznie na stojąco, a temat był przedmiotem wielu rozmów technologów także po wyjściu na korytarz. Prezentacje oferowały dostawcom i użytkownikom rozwiązania dotyczące materiałów i technik, które zostały przetestowane zarówno w laboratorium, jak i w praktycznym użyciu, jednak z różnym skutkiem w zmniejszaniu pustek. Kilka tematów zostało powtórzonych: skład pasty lutowniczej jest najważniejszą pojedynczą zmienną, która pomaga w redukcji pustek; również techniki profilowania mogą wyraźnie pomóc złagodzić efekt pustek, a projektowanie padów, przelotek i szablonów jest niezwykle ważne. Jednak konkluzja pozostaje taka sama: podczas typowego cyklu rozpływu, z ograniczonymi ścieżkami ujścia gazów, pozbycie się poprzez odparowanie topnika do 50% objętości depozytu zawsze będzie trudne. 

AIM, jako producent past lutowniczych, aktywnie prowadzi badania procesu nadruku, opracowując materiały będące odpowiedzią na wymagania coraz bardziej precyzyjnych nadruków na PCB. Zespół z laboratorium aplikacyjnego w Juarez w Meksyku zauważył coś niezwykłego podczas badania padów I/O w QFN: otóż, jeśli w ogóle nie drukowali depozytów pod pady I/O, zauważyli wyraźną redukcję pustek na ground padach. Mówiąc wyraźną, mamy na myśli wyraźną: nie występowały żadne mierzalne pustki, również w przypadkach, w których wcześniej pustki zajmowały od 10 do 15% przestrzeni

Kierując się intuicją inżynierowie centrum aplikacyjnego zdecydowali się na manipulowanie wolumenem druku na padach I/O, aby określić, czy istnieje takich projekt, który sprzyjałby redukcji pustek. Do tej pory większość testów koncentrowała się na manipulowaniu wielkością depozytu na ground padach, pomijając znaczenie depozytu na padach I/O. Na ground padach zostały wypróbowane wszystkie kształty apertur, jakie tylko można sobie wyobrazić – standardowe prostokąty, gwiazdki, klepsydry, diamenty, jodełki - a wszystko w celu zapewnienia ścieżek odgazowywania lotnych składników topników i w celu manipulowania ilością lutowia. Z dotychczasowych doświadczeń wynika, że kształty apertur dla ground padów mają pewien wpływ na ograniczanie pustek, ale nie stanowią jednocześnie w pełni skutecznego rozwiązania. Te wstępne wyniki były jednak pierwszym przypadkiem, w którym zaobserwowaliśmy, że ilość pasty lutowniczej na polach I/O wpływa na tworzenie się pustek na ground padach. Rysunek 1 pokazuje wpływu apertury I/O na powstawanie pustek na ground padach. 

Rysunek 1: Zmniejszenie powierzchni pustek na ground padach komponentów BTC w wyniku zmiany kształtu apertur I/O przy zachowaniu oryginalnego kształtu apertury. © AIM 'Void Reduction on QFNs'

Wyniki te były cokolwiek zaskakujące i jednocześnie bardzo pozytywne. Jednak wielkość próby była niewielka i dotyczyła tylko jednego rozmiaru obudowy QFN, tak więc ‘sceptycy’ z działu technicznego AIM potrzebowali więcej danych, aby w pełni przekonać się, że coś w tym jest. W rezultacie powstał projekt szerszego eksperymentu, wykorzystującego różne rozmiary QFN i rozmaite projekty padów I/O. 

Rysunek 2 przedstawia wpływ zmian kształtów apertur I/O na ground pady QFN dla różnych warunków procesowych. Wyniki te wyraźnie wskazywały na korelację między konstrukcją padów I/O a znaczną redukcją pustek na ground padach. Obecnie AIM prowadzi dalsze badania, manipulując większą liczbą zmiennych i wprowadzając projekt I/O do realnego środowiska produkcyjnego, aby określić, jak powtarzalna i niezawodna może być ta technika. Każda technika, którą można zastosować w celu zmniejszenia liczby pustek - szczególnie taka, która nie wymagają znacznych inwestycji kapitałowych – poprawia jakość produktu.

Rysunek 2: Powtarzalny efekt zmniejszania pustek w wyniku zmian apertury I/O przy zastosowaniu większej liczbą zmiennych wejściowych.© AIM 'Void Reduction on QFNs'

Opisywane odkrycie ma nie tylko duży potencjał, ale także podkreśla znaczenie udziału w wydarzeniach branżowych. Z niecierpliwością czekamy na przedstawienie szerszej publiczności całościowych wyników analiz i podzielenie się wszystkimi szczegółami testów podczas nadchodzących wydarzeń. Zastanawiając się nad ostatnią konferencją SMTAI, zdałem sobie sprawę, że wiele informacji, których szukają zarówno użytkownicy, jak i dostawcy, znajduje się tuż pod naszym nosem. Wydarzenia branżowe - lokalne, regionalne lub międzynarodowe - pozwalają nam być świadkami najnowszych postępów i ujrzeć możliwości poprawy jakości i wydajności, a wszystko to pod jednym dachem. Nie mogę się doczekać następnego wydarzenia.

Autor: Tim O'Neill

Artykułopublikowano dzięki uprzejmości firm AIM oraz Scanditron