Mikroprosessorisirun liittäminen pakkaukseen sisältää mikroskooppisten juotospallojen joukon sulattamisen tyhjiössä estämään loukkuun jäävien kaasukuplien muodostumista. Lämmityslevyn, joka suorittaa tämän uudelleenvirtauksen, on oltava lämpömestariteos, joka pitää jokaisen sadoista tai tuhansista juotosliitoksista identtisessä sulamislämpötilassa koskemattomassa, hiukkasvapaassa ympäristössä.
Nykyaikaisessa elektroniikan valmistuksessalämmityslevy tyhjiö reflow juotospuolijohdeprosessi on kriittinen vaihe, joka määrittää suoraan sähköisen luotettavuuden, mekaanisen lujuuden ja laitteen pitkäaikaisen vakauden-.
Tyhjiövirtausjuotto puolijohdepakkauksissa
Tyhjiö-reflow-juotosta käytetään puolijohdemuottien kiinnittämiseen substraatteihin juotospallojen tai kohoumien hallitun sulatuksen ja jähmettymisen avulla.
Prosessi sisältää tyypillisesti:
Tarkka siru-alustan kohdistus-
Asennus tasaiselle lämmitetylle levylle
Ohjattu lämpöramppi-juotteen palautuslämpötilaan asti
Tyhjiösovellus loukkuun jääneiden kaasujen poistamiseksi
Pidä vaihe nivelen muodostumista varten
Hallittu jäähdytyskierto
Tyhjiöympäristö, jota ylläpidetään tyypillisesti noin:
10-3 mbar tai pienempi10^{-3}\\ \\mathrm{mbar} \\ \\text{tai pienempi}10-3 mbar tai vähemmän
estää hapettumista ja eliminoi ilmaan tai haihtuvien kaasujen aiheuttaman tyhjiön muodostumisen.
Lämmityslevyn lämpövaatimukset
Lämmityslevy on ydinlämpöelementti tyhjiöpalautuskammion sisällä. Sen on toimitettava erittäin tasaista lämpöä koko pinnaltaan.
Lyijyttömät juotteet, kuten SAC305, sulavat kapealla alueella:
Tsula≈217–220∘CT_{sulate} \\noin 217\\teksti{–}220^\\circ\\mathrm{C}Sulat≈217–220∘C
Tämän kapean sulamisikkunan vuoksi levyn lämpötilan vaihtelun on oltava erittäin pieni.
Lämpötilan tasaisuusvaatimukset
Tyypillisiä vaatimuksia ovat:
Pinnan tasaisuus ±1 asteen tarkkuudella
Minimaaliset lämpögradientit muottiryhmien välillä
Vakaat lämpöramppiprofiilit
Toistettavat lämmitysjaksot
Pienetkin poikkeamat voivat johtaa:
Osittainen juotteen uudelleenvirtaus
Epätäydellinen kostutus
Tyhjyyden muodostuminen
Yhteiset luotettavuushäiriöt
Puolijohdepakkauksissa lämpötarkkuus vaikuttaa suoraan tuottokykyyn.
Lämmityslevyjen suunnittelu ja rakentaminen
Tyhjiöpalautusjärjestelmissä käytetty lämmityslevy on suunniteltu sekä lämpöstabiilisuutta että erittäin{0}}alhaista kontaminaatiota varten.
Materiaalin valinta
Levyt valmistetaan yleensä seuraavista:
Tyhjiö{0}}yhteensopivat alumiiniseokset
Nikkeli{0}}pinnoitetut pinnat
Kova-anodisoitu alumiinipinnoite
Nämä materiaalit tarjoavat:
Korkea lämmönjohtavuus
Alhaiset kaasunpoisto-ominaisuudet
Vakaa mittakäyttäytyminen lämpökierron aikana
Pintakontaminaatiokestävyys
Sisäänrakennettu lämmitysjärjestelmä
Sisäiset patruunan lämmittimet on upotettu levyn runkoon. Niiden asettelu määritetään termisellä elementtianalyysillä (FEA) sen varmistamiseksi, että:
Tasainen lämmönjako
Reunatappioiden korvaus
Tasapainoinen lämpölaajeneminen
Minimoidut kuumat kohdat
Lämmitinjärjestely on optimoitu ennen koneistusta, jotta varmistetaan, että lämpögradientit pysyvät tiukoissa prosessirajoissa.
Tyhjiön rooli Reflow-esityksessä
Tyhjiöolosuhteilla on kaksinkertainen rooli puolijohteiden juottamisessa.
Hapettumisen ehkäisy
Hapenpoisto estää juotospintojen hapettumisen sulamisen aikana ja parantaa:
Kastelukäyttäytyminen
Nivelten vahvuus
Sähkönjohtavuus
Tyhjiöiden poistaminen
Sulaneen juotteen loukkuun jäänyt kaasu poistetaan tyhjiössä, mikä vähentää tyhjiön muodostumista ja parantaa:
Liitosten lämmönjohtavuus
Mekaaninen luotettavuus
Pitkäaikainen{0}}uupumuskestävyys
Tyhjiökäyttöön liittyy kuitenkin myös toissijainen vaatimus: lämmityslevy ei saa päästää ulos kaasusta.
Matalat-kaasunpoistovaatimukset
Tyhjiökammion sisällä lämmityslevystä vapautuva haihtuva materiaali voi saastuttaa juotosliitokset.
Mahdollisia epäpuhtauksia ovat:
Orgaaniset jäämät
Kosteuden desorptio
Pinnoitteen hajoamistuotteet
Voiteluainehöyryt huonosti valmistetuilta pinnoilta
Tästä syystä lämmityslevy on valmistettava ja huollettava tiukkojen puhtausstandardien mukaisesti.
Puhtaus Huomautus
Säännöllinen huolto vaaditaan vakaan tyhjiön uudelleenvirtauksen varmistamiseksi.
Suositeltuja käytäntöjä ovat:
Pyyhi säännöllisin väliajoin liuotin{0}}levyn pinta
Hiukkasten tarkastus puhtaissa valaistusolosuhteissa
Pinnoituksen hajoamisen tai värjäytymisen valvonta
Pinnan tasaisuuden ja puhtauden tarkastus
Mahdollisten sulatteen tai prosessijäämien poistaminen
Jopa mikroskooppinen kontaminaatio voi häiritä juotteen kostutuskäyttäytymistä puolijohdesovelluksissa.
Lämmönhallinta ja prosessin vakaus
Nykyaikaiset tyhjiöpalautusjärjestelmät perustuvat tarkkaan suljetun -silmukan lämpötilan säätöön.
Lämmityslevyn tulee tukea:
Tarkka lämpötilan tunnistus useilla vyöhykkeillä
Nopea lämpövaste ilman ylitystä
Vakaat pitolämpötilat uudelleenvirtauksen aikana
Toistettavat lämpökiertoprofiilit
Sirupakkauskankaassa levy toimii tehokkaasti alasimena miljoonille mikroskooppisille sähköliitoksille, jotka kaikki muodostetaan samanaikaisesti kontrolloiduissa lämpöolosuhteissa.
Pinnan tasaisuuden tärkeys
Epätasainen{0}}lämpeneminen voi johtaa:
Epätasainen juotepallon romahdus
Kallistuva muotin kiinnitys
Vaihteleva liitoksen paksuus
Paikallinen lämpöjännitys
Vähentynyt laitteen luotettavuus
Tästä syystä levyn tasaisuutta ja lämpötasaisuutta käsitellään yhtä kriittisinä parametreina järjestelmän suunnittelussa.
Teolliset sovellukset
Tyhjiöreflow-lämmityslevyjä käytetään laajalti:
Flip{0}}sirupuolijohdepakkaus
BGA (Ball Grid Array) -kokoonpano
MEMS-laitteiden valmistus
Tiheät{0}}yhdyskytkentäjärjestelmät
Edistyksellinen prosessoripakkaus
Tehoelektroniikkamoduulin kokoonpano
Jokainen sovellus riippuu tarkasta lämmönsäädöstä, joka varmistaa johdonmukaisen mikro{0}}mittakaavan juotosliitoksen muodostumisen.
Johtopäätös
Tyhjiö-reflow-juottojärjestelmän lämmityslevy on pitkälle erikoistunut lämpölaite, jossa tarkkuustekniikka, materiaalin puhtaus ja lämpötasaisuus yhdistyvät. Puolijohteiden pakkausprosessien sisällälämmityslevy tyhjiö reflow juotospuolijohdejärjestelmä määrittää jokaisen sirun ja alustan välille muodostetun mikroskooppisen sähköliitännän laadun.
Kun juotosseokset, kuten SAC305, vaativat tiukasti kontrolloituja sulamisolosuhteita noin 217–220 astetta ja tyhjiötasoa lähellä 10⁻³ mbar, pienetkin poikkeamat levyn suorituskyvyssä voivat vaikuttaa lopullisen laitteen luotettavuuteen.
Viime kädessä nykyaikaisten puolijohdelaitteiden sisällä olevat näkymättömät sähkösidokset luodaan täydellisesti hallitun, tasaisesti jakautuneen lämmön-perustalle, joka toimitetaan huolellisesti suunnitellun, puhtaassa tyhjiöympäristössä toimivan tarkkuuslämmityslevyn kautta.
