Mikroprocesora mikroshēmas pievienošana tās iepakojumam ietver mikroskopisku lodēšanas lodīšu masīva izkausēšanu vakuumā, lai novērstu iesprostotu gāzes burbuļu veidošanos. Sildīšanas plāksnei, kas veic šo pārpludināšanu, ir jābūt termiskam šedevram, kas notur katru no šiem simtiem vai tūkstošiem lodēšanas savienojumu identiskā kušanas temperatūrā senatnīgā, bez daļiņām{1}}vidē.
Mūsdienu elektronikas ražošanāsildīšanas plāksnes vakuuma reflow lodēšanas pusvadītājsprocess ir kritisks solis, kas tieši nosaka elektrisko uzticamību, mehānisko izturību un ierīces ilgtermiņa stabilitāti-.
Vakuuma reflow lodēšana pusvadītāju iepakojumā
Vakuuma reflow lodēšanu izmanto, lai piestiprinātu pusvadītāju presformas pamatnēm, kontrolējot lodēšanas lodīšu vai izciļņu kušanu un sacietēšanu.
Process parasti ietver:
Precīza mikroshēma-uz-substrāta izlīdzināšanu
Uzlikšana uz plakanas apsildāmas plāksnes
Kontrolēta termiskā rampa{0}}līdz lodēšanas plūsmas temperatūrai
Vakuuma pielietojums, lai noņemtu notvertās gāzes
Aiztures fāze locītavu veidošanai
Kontrolēts dzesēšanas cikls
Vakuuma vide, kas parasti tiek uzturēta aptuveni:
10-3 mbar vai mazāks10^{-3}\\ \\mathrm{mbar} \\ \\text{or zemāks}10-3 mbar vai mazāks
novērš oksidēšanos un novērš tukšumu veidošanos, ko izraisa ieslodzīts gaiss vai gaistošās gāzes.
Siltuma plāksnes termiskās prasības
Sildīšanas plāksne ir galvenais termiskais elements vakuuma pārplūdes kamerā. Tam ir jānodrošina ārkārtīgi vienmērīgs siltums visā tās virsmā.
Svinu nesaturoši lodmetāli, piemēram, SAC305, kūst šaurā diapazonā:
Tkausēšana≈217–220∘CT_{kausēšana} \\apmēram 217\\text{–}220^\\circ\\mathrm{C}Tkausēšana≈217–220∘C
Šī šaurā kausēšanas loga dēļ temperatūras svārstībām visā plāksnē jābūt ārkārtīgi mazām.
Temperatūras vienveidības prasības
Tipiskās prasības ietver:
Virsmas viendabīgums ±1 grāda robežās
Minimāli termiskie gradienti starp presformu blokiem
Stabili termiskās rampas profili
Atkārtojami sildīšanas cikli
Pat nelielas novirzes var izraisīt:
Daļēja lodēšanas pārplūde
Nepilnīga mitrināšana
Tukšuma veidošanās
Locītavu uzticamības kļūmes
Pusvadītāju iepakojumā termiskā precizitāte tieši izpaužas kā ražīgums.
Sildīšanas plākšņu projektēšana un izgatavošana
Sildīšanas plāksne, ko izmanto vakuuma pārplūdes sistēmās, ir izstrādāta gan termiskai stabilitātei, gan īpaši zemam piesārņojumam.
Materiālu izvēle
Plātnes parasti ražo no:
Vakuuma{0}}saderīgi alumīnija sakausējumi
Niķelētas{0}}virsmas
Cieti anodēti alumīnija pārklājumi
Šie materiāli nodrošina:
Augsta siltumvadītspēja
Zemas izplūdes īpašības
Stabila izmēru uzvedība termiskā cikla laikā
Izturība pret virsmas piesārņojumu
Iebūvēta apkures sistēma
Iekšējie kasetņu sildītāji ir iestrādāti plāksnes korpusā. To izkārtojums tiek noteikts, izmantojot termisko galīgo elementu analīzi (FEA), lai nodrošinātu:
Vienmērīga siltuma sadale
Kompensācija par malu zaudējumiem
Līdzsvarota termiskā izplešanās
Minimizēti karstie punkti
Sildītāja izvietojums ir optimizēts pirms apstrādes, lai nodrošinātu, ka termiskie gradienti paliek stingrās procesa robežās.
Vakuuma loma reflow izpildījumā
Vakuuma apstākļiem pusvadītāju lodēšanai ir divējāda loma.
Oksidācijas novēršana
Skābekļa noņemšana novērš lodēšanas virsmu oksidēšanos kušanas laikā, uzlabojot:
Slapināšanas uzvedība
Locītavu spēks
Elektrovadītspēja
Tukšumu likvidēšana
Izkausētā lodmetālā ieslodzītā gāze tiek noņemta vakuumā, samazinot tukšumu veidošanos un uzlabojot:
Savienojumu siltumvadītspēja
Mehāniskā uzticamība
Ilgtermiņa{0}}noguruma izturība
Tomēr vakuuma darbība rada arī sekundāru prasību: sildīšanas plāksne nedrīkst izplūst gāzē.
Zemas-izplūdes prasības
Vakuuma kamerā jebkurš gaistošs materiāls, kas izdalās no sildīšanas plāksnes, var piesārņot lodēšanas savienojumus.
Potenciālie piesārņotāji ir:
Organiskās atliekas
Mitruma desorbcija
Pārklājuma sadalīšanās produkti
Smērvielu tvaiki no slikti sagatavotām virsmām
Šī iemesla dēļ apkures plāksne ir jāražo un jāuztur saskaņā ar stingriem tīrības standartiem.
Piezīme par tīrību
Ir nepieciešama regulāra apkope, lai nodrošinātu stabilu vakuuma pārplūdes darbību.
Ieteicamā prakse ietver:
Periodiski noslaukiet{0}}no plātnes virsmas ar šķīdinātāju
Daļiņu pārbaude tīrā apgaismojumā
Pārklājuma degradācijas vai krāsas maiņas uzraudzība
Virsmas līdzenuma un tīrības pārbaude
Jebkuru atlikušo plūsmas vai procesa atlikumu noņemšana
Pat mikroskopisks piesārņojums var traucēt lodēšanas mitrināšanu pusvadītāju lietojumos.
Termiskā kontrole un procesa stabilitāte
Mūsdienu vakuuma pārplūdes sistēmas balstās uz precīzu slēgta{0}cilpas temperatūras kontroli.
Sildīšanas plāksnei jāatbalsta:
Precīza temperatūras noteikšana vairākās zonās
Ātra termiskā reakcija bez pārsniegšanas
Stabila turēšanas temperatūra atkārtotas plūsmas aiztures laikā
Atkārtojami termocikla profili
Mikroshēmu iepakojumā plāksne faktiski ir lakta miljoniem mikroskopisku elektrisku savienojumu, kas tiek izveidoti vienlaicīgi kontrolētos termiskajos apstākļos.
Virsmas viendabīguma nozīme
Nevienmērīga sasilšana{0}}var izraisīt:
Nevienmērīgs lodēšanas lodīšu sabrukums
Noliekta matricas stiprinājums
Mainīgs savienojuma biezums
Lokalizēts termiskais spriegums
Samazināta ierīces uzticamība
Šī iemesla dēļ plāksnes līdzenums un termiskā vienmērība tiek uzskatīti par vienlīdz kritiskiem parametriem sistēmas projektēšanā.
Rūpnieciskie pielietojumi
Vakuuma reflow sildīšanas plāksnes tiek plaši izmantotas:
Flip{0}}mikroshēmas pusvadītāju iepakojums
BGA (Ball Grid Array) montāža
MEMS ierīču izgatavošana
Augsta{0}}blīvuma starpsavienojumu sistēmas
Uzlabota procesora iepakojums
Spēka elektronikas moduļu montāža
Katrs pielietojums ir atkarīgs no precīzas termiskās kontroles, lai nodrošinātu konsekventu mikro{0}}mēroga lodēšanas savienojumu veidošanos.
Secinājums
Sildīšanas plāksne vakuuma reflow lodēšanas sistēmā ir ļoti specializēts termiskais instruments, kurā saplūst precīza inženierija, materiāla tīrība un termiskā vienmērība. Pusvadītāju iepakošanas procesossildīšanas plāksnes vakuuma reflow lodēšanas pusvadītājssistēma nosaka katra mikroskopiskā elektriskā savienojuma kvalitāti, kas izveidots starp mikroshēmu un substrātu.
Ja lodēšanas sakausējumi, piemēram, SAC305, prasa stingri kontrolētus kušanas apstākļus aptuveni 217–220 grādu robežās un vakuuma līmeņus tuvu 10⁻³ mbar, pat nelielas plāksnes veiktspējas novirzes var ietekmēt galīgās ierīces uzticamību.
Galu galā neredzamās elektriskās saites mūsdienu pusvadītāju ierīcēs tiek izveidotas uz perfekti kontrolēta, vienmērīgi sadalīta siltuma pamata,{0}}kas tiek piegādāts caur rūpīgi izstrādātu precīzas sildīšanas plāksni, kas darbojas tīrā vakuuma vidē.
