EPP 10.2017

Foto: Indium Corporation
Foto: Indium Corporation
Die Röntgenaufnahmen zeigen Voiding an der Lötstelle zwischen den Thermopads von QFN und
Leiterplatte. Die großen seeförmigen Voids beanspruchen etwa 40 % der Gesamtfläche und führen
aller Wahrscheinlichkeit nach zu ernsten Zuverlässigkeitsproblemen.
Das in dieser Testreihe verwendete Fensterscheiben-
Schablonendesign (Windowpane).
ausdehnen, wo sie austreten können. Ähnlich wie beim Einsatz von
Vakuumöfen müssen die Anwender für die Nutzung dieser Technik
entweder in eine neue Maschine oder zumindest in einen Upgrade
investieren.
Minimieren von Voids: heutige Arbeiten mit
Lotpaste und Prozess
Indium Corporation hat vor kurzem Untersuchungen zur Bestimmung
der kritischen Variablen für die Minimierung von Voids durchgeführt.
Dies insbesondere mit Blick auf den Einsatz moderner Lotpasten,
die gezielt zur Reduzierung von Voiding [5] entwickelt wurden.
In Anbetracht der vielen möglichen Variablen wurde ein experimenteller
Plan auf der Grundlage folgender Eigenschaften und Daten
festgelegt:
• Entekx Plus CU-106A-HT OSP Leiterplattenfinish
• Stahlschablonen mit Dicke 0,004 Zoll (100 μm) und 0,005 Zoll
(125 μm), lasergeschnitten, ohne Nano-Beschichtung
• Fensterscheiben-Schablonendesign (Windowpane) im Bereich der
Thermopads auf der Leiterplatte, damit flüchtige Anteile entweichen
können. Die Rechtecke der Fenster haben ein Kantenmaß
von 0,088 Zoll (2,2 mm). Die Druckgeschwindigkeit des Rakels beträgt
100 mm/s, Andruckkraft circa 60 N (6 kg)
• Separationsgeschwindigkeit 5 mm/s bei Entfernung von 2 mm
• Eine Schablonenreinigung (W/D/V) erfolgte vor jeder Bedruckung
eines Boards
Der verwendete QFN hat eine Rechteckform mit einer Kantenlänge
von 7,75 mm (0,3 Zoll).
Der Reflowprozess unter Luft erfolgte einmal mit Profil Nr. 1 – eine
direkte Temperaturrampe mit 0,9 °C/s ±0,1 °C/s und einer Spitzentemperatur
von 241 °C ±4 °C, hier angewendet für die meisten Untersuchungen.
Jedoch wurde auch ein weiteres Profil Nr. 2 für die
Bestimmung der Auswirkungen von Reflowprofilen auf Voiding eingesetzt.
Eine Anzahl unterschiedlicher Lotpasten kamen zur Anwendung,
sowohl mit halogenfreien als auch halogenhaltigen Flussmitteln;
außerdem wurden unterschiedliche Lotpulvertypen ausprobiert,
so Typ 3, Typ 4, Typ 4.5 und Typ 5.
Dabei wurde etwas sehr vielversprechendes herausgefunden. Profil
Nr. 2 (das optimierte Profil für die Void-Reduzierung) minimiert signifikant
Voiding von 22 % auf nur noch 8 % im Vergleich zu Profil Nr.1.
Hinzu kommt, dass die Standardabweichung der Werte mit Profil Nr.
2 viel enger zusammen lag. Die Schablone mit einer Dicke von
125 μm reduziert Voiding im Vergleich zur 100 μm dicken Schablone
um 4,5 %. Das ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die
125-μm-Version einen geringfügig besseren Abstand zum Bauteil
bereit stellt, über den die flüchtigen Anteile leichter entweichen können.
Beim Vergleich der verschiedenen Lotpulvertypen wurde herausgefunden,
dass nur Typ 3 Lotpulver statistisch signifikant auffällige
Ergebnisse lieferte, verglichen mit Typ 4, Typ 4.5 und Type 5. Die
Paste mit dem Lotpulvertyp 3 führte zu etwa 15 % mehr Voiding.
Schließlich wurde abschließend auch noch eine Testreihe durchgeführt,
mit der der Einfluss von unterschiedlichen Flussmitteln in den
Lotpasten auf dem Umfang von Voiding evaluiert wurde. Jeweils drei
Baugruppen, jede mit 12 QFNs bestückt, wurden im Experiment für
die Untersuchung jeder Paste verwendet. Die Ergebnisse waren in
der Tat verblüffend. Einige Lotpasten führen zu einem Voiding von nur
5 %, hingegen kommen andere auf sehr hohe Werte bis 45 %.
Festgestellt wurde, dass diese Ergebnisse nicht nur verblüffend, sondern
auch zusätzlich anspornend wirken. Denn nun sind Lotpasten
verfügbar, die entwickelt wurden, um Voiding deutlich zu minimieren.
www.indium.com
Foto: Indium Corporation
Prozentbereiche von Voiding bei Verwendung
unterschiedlicher Lotpasten. Die Unterschiede
zwischen den einzelnen Formulierungen sind
absolut signifikant, liegen sie doch zwischen 5 %
und 45 % Void-Anteil. Jede Paste wurde mit drei
Boards und insgesamt 36 QFNs überprüft.
(Die hier nötigen Röntgenaufnahmen erfolgten
bei einem unabhängigen Dienstleister.)
EPP Oktober 2017 41