D-PAK封装器件焊接大面积气泡改善的研究.pdf

《D-PAK封装器件焊接大面积气泡改善的研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《D-PAK封装器件焊接大面积气泡改善的研究.pdf（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、D-PAK 封装器件焊接大面积气泡改善的研究 一、焊接问题 法国客户用 X-RAY 检测产品 PCBA，发现 MOSFET 器件 D 极焊盘有大面积气泡。而对于空洞大小与器件温升之间的数值关系，查到一篇论文功率器件无铅焊料焊接层可靠性研究，从文中可以得出以下结论：A、空洞率对芯片表面温度及器件热阻有显著影响，不同的空洞的相对位置对芯片表面温度以及器件热阻的影响较小，不同位置热阻的变化小于1%。B、随着空洞率的增加，热阻也增加。当空洞率为 5%时，热阻的增加较小（1.06%）；当空洞率为 20%时，热阻明显增加，6.53%；当空洞率为 79%时，热阻的增加达到 27.18%。C、随着空洞率的增加

2、，器件表面温度增加，当空洞率为 5%时，器件表面的最高温度只增加 0.8；当空洞率为 20%时，器件表面温度增加大约 5.1；当空洞率为 79%时，器件表面温度增加达到 27.2.因此对于孔洞（气泡）率的控制是此类封装元件的关键点，于是提出关于大面积散热焊盘焊接可靠性分析的问题讨论。主要以D-PAK封装为主做相关分析实验。二、原因分析 业界对于球栅阵列元器件焊点(比如：BGA)和波峰焊焊点气孔的产生关注研究较多，对于气孔大小也有相应的检验标准，而对于贴片元件在IPC 标准中没有体现，MOSFET 的 D 极焊盘及其它贴片元件的 D 极焊盘因具有极地及散热功能，开始被设计者门重视其散热效果是否良

3、好，因此很多客户开始要求这类焊接的面积也要达到 75%以上，有的行业甚至要求达到 90%以上。目前也开始有些文章开始讨论此类问题的解决分析方案，但直到现在还是没有一个很好的方案能过完全解决这类元件的气泡问题，而这篇文章只是将我们得到的工艺验证的心得和大家一起分享，希望能帮大家解决此问题。开始在我们产品上此类焊盘的焊接面积只能达到75%-80%，但是我们的客户要求是 90%以上，而且单个气泡的面积小于 5%，因此为了达到此要求我们做分析。焊盘底部产生空洞的直接原因分析有以下方面：1、助焊剂挥发不充分导致（回流挥发形成气泡）2、焊接面氧化物残留导致（界面杂质残留）3、器件、PCB 潮湿，回流中潮气

4、导致 这样，焊接不良产生的原因主要是助焊剂及水汽在高温挥发时没能完全跑出锡膏，形成了气泡，因此解决的方案是怎样使的在过回流炉时充分挥发。而影响其挥发效果与焊盘设计、网板设计、回流曲线设计、器件及 PCB 的可焊性、锡膏等因素有关。为了明确原因寻找解决方案，运用 DOE 方法来分析。针对以上可能因素进行了焊接 DOE 实验，对焊接后 D 级焊接情况进行了分析。主要影响因子是焊盘设计、网板设计及回流曲线设计。以下只做实验方向及结论的理论分析描述。三、焊接改进方案探讨 1、焊盘设计：设计了多种不同焊盘形式，包括焊盘上打孔、焊盘上做阻焊分割、增大 D 级头部焊盘等不同变化。通过实验证明：以上焊盘设计变

5、化对于减少焊接空洞没有明显帮助。需要说明的是，在焊盘上打孔的方式，为了保证焊接面积不减小，我们是在焊盘上不同位置、不同分布的打了不同个数的 0.3mm 过孔，焊接时，过孔被融锡填充，没有起到预想的的排气作用。查阅资料，有说在焊盘上打通孔应该可以有改善，但通孔将减少热焊盘的焊接面积，在PCB 加工过程中会增加工序及难度，综合的改善效果需要重新评估。目前设计按照标准焊盘设计即可。2、网板设计：设计了多种网板开口形式，通过实验证明：不同的网板开口形式对于减少焊接空洞有一定帮助，发现有以下两种开口方式效果较好，最后综合评估，以后网板选用第一种图示开口方式，这也是业界通常做法。5、回流曲线设计：6 种开

6、孔方式出来的焊接结果如下：根据比较，显然第 2 种网板的开口最为合理。因此得到如下设计是有助于气泡的改善。1 2 3 4 5 6 四、关于其合格焊接的检验标准探讨 1、因为IPC-A-610-D控制板验收标准中没有明确验收条件，只说明此类要求是由用户和制造商之间的协议验收的。请参考IPC 文中描述的。而我公司的产品出口给法国的，客户的要求就是 D-PAK 接地焊盘焊接面积必须在 90%以上，单个气泡不能大于 5%，因此在此项目的焊接要求就是以此验收（X-RAY 检查）。五、结论 1、无法完全避免焊点中空洞的产生，通过综合的条件改善，可以降低气泡的面积；2、现阶段采用上文描述的网板开口方式、对 PCB、器件进行除潮处理有助于减少空洞，且相对易于操作执行；3、由于空洞影响器件散热，根本原因是空洞的存在减小了焊料的散热面积，那么增加焊料厚度，会增加焊点处金属量，即增大了散热面积，理论上讲对提高散热有一定帮助。并且本人做手工在元器件接地点加锡，将做过此处理的元件手工放置到锡膏板上，回流焊接后 x-ray 检查的焊接效果非常好，基本无气泡。但因此方法不适合做批量生产，不作深入研究，只是用此实践来说明加锡量是有助于减小气泡面积的，因此在开网板时还要局部进行加厚处理。4、其它因素的影响可以后续再做深入研讨，在此不作深入阐述。