La tendencia a la miniaturización de los productos electrónicos conduce a estructuras de productos complicadas, lo que impulsa la prevalencia del módulo multichip. La aparición del módulo central supone un nuevo desafío paraTecnología de Montaje Superficial. Sin embargo, algunos problemas, como la soldadura defectuosa y el depósito continuo de estaño, surgen en la carga del nuevo producto debido a la gran escala del sustrato y a la teoría térmica.
La soldadura falsa se refiere a la circunstancia en la que la capa de estaño no está completamente recubierta en la superficie de las piezas a soldar que no están fijadas por el estaño, no se genera una aleación metálica entre la cara de soldadura del componente y el PAD, la presión posiblemente hace que los componentes se aflojen y sufran un mal contacto, y la altura mínima de los puntos de soldadura es menor que el 25% del valor de la combinación de la altura mínima de los puntos de soldadura más la altura soldable.
Las razones comunes de la soldadura falsa incluyen la mala calidad de la pasta de estaño, la composición del fundente de soldadura, la capa de oxidación en los pines de los componentes, el mal acabado superficial del PAD, el ajuste de los parámetros de soldadura y la inestabilidad del proceso de soldadura por refusión.
• Análisis de la causa de los problemas
a. Análisis sobre el sustrato del módulo central
Los principales parámetros que indicanMaterial del sustrato de PCBel rendimiento incluye Tg (Temperatura de Transición Vítrea), CTE (Coeficiente de Expansión Térmica) y Td (Temperatura de Deslaminación).
En las primeras etapas de desarrollo, se utiliza FR-4 Tg150 (material >145) como material de sustrato del módulo central y una película de máscara de soldadura relativamente gruesa que cubre el lado inferior del sustrato. Durante el proceso de soldadura por refusión, se produce una ligera deformación por pandeo como resultado del bajo Tg, de modo que la fiabilidad de la soldadura se reduce en la segunda refusión con la aparición de soldaduras falsas.
b. Análisis sobre la cantidad de pasta de estaño
Según los requisitos normales del proceso, el grosor de la plantilla debe ser de 0,13 mm y lo mismo ocurre con el grosor de la pasta de estaño en las almohadillas del módulo central después de la impresión. Dado que el módulo central sufre deformaciones, soldaduras falsas y baja fiabilidad de soldadura durante el proceso de soldadura, es posible que los productos se enfrenten a riesgos de calidad.
• Experimento de mejora
a. Material del sustrato y diseño del experimento
El material del sustrato es uno de los elementos más importantes que influyen en la fiabilidad de los productos. En los primeros productos se utiliza FR-4 Tg150 (material>145), de costo relativamente bajo. En las primeras etapas del desarrollo experimental, se aplica FR-4 Tg170 (material>175) como sustituto de FR-4 Tg150 (material>145) debido a su fiabilidad relativamente alta.
Es necesario implementar un rediseño de la máscara de soldadura en la parte inferior del sustrato, reduciendo el espesor de la máscara de soldadura y mejorando la calidad del material de la misma, de modo que se garantice la calidad de la máscara de soldadura y no se vea afectada la fiabilidad de la segunda soldadura por refusión.
b. Diseño de experimento en recorte de plantilla
En la etapa inicial del diseño del esténcil, el espesor del esténcil se diseña en 0,13 mm debido a los componentes QFP con una distancia entre pines de 0,5 mm en la PCB. En el primer proceso de fabricación, se produce soldadura defectuosa en el módulo central con un espesor de pasta de estaño de 0,13 mm, sobre cuya base el espesor del esténcil se incrementa hasta el espesor mínimo del diseño común de esténciles, que es de 0,15 mm. En esta condición, la proporción entre el orificio del esténcil y el orificio de ampliación exterior es de 1:1,2, sin que la mala calidad mejore en absoluto. En esta condición, solo se puede aplicar un esténcil especial en cascada en el experimento y el espesor del esténcil se incrementa de 0,15 mm originales a 0,3 mm para garantizar así la cantidad de impresión de pasta de estaño en la almohadilla de montaje del módulo.
Durante la aplicación del esténcil en cascada se utilizan diferentes esquemas experimentales, y los esquemas relativamente razonables se muestran a continuación:
En el Esquema A, el espesor del área total del módulo se incrementa en 0,3 mm, mientras que el espesor del lado que contiene la escala pequeña permanece sin cambios.
En el esquema B, el área con espesor a aumentar es 4 mm menor que en el esquema A y el espesor se incrementa en 0,3 mm, manteniéndose sin cambios el espesor de los orificios de las almohadillas.
Después de la producción piloto y la comparación entre los esquemas A y B, se produce un electrodepositado continuo de estaño en la posición del paquete de resistencias, sobre cuya base se puede concluir que el esquema B es mejor.
c. Experimento de mejora de la artesanía de fabricación
Antes de la entrada al horno de refusión, debe realizarse la tarea de dispensado de gel y las posiciones pueden determinarse considerando el efecto de solidificación y contracción del gel, con la función de fijación del módulo de circuito, de modo que la deformación y el desplazamiento del sustrato del módulo puedan reducirse eficazmente durante la soldadura.
• Resultado del experimento
Gracias a una serie de medidas de mejora, incluyendo la optimización del diseño de la plantilla, la nueva selección y posicionamiento del material de PCB y la mejora del proceso de fabricación, la cantidad de pasta de estaño y la altura de ascenso del estaño en el módulo central han alcanzadoNorma IPCen el proceso de soldadura. La fracción defectuosa del proceso del módulo central se ha reducido considerablemente de 686 PPM a 23 PPM, de modo que se garantiza la fiabilidad de los productos.
Los datos de la siguiente tabla indican mejor el resultado.
|
Resultado
|
Material del sustrato
|
Volumen de producción
|
Número de
Puntos de prueba
|
Tipo de defecto
|
Número de defectos
|
Número de maldad
|
Fracción defectuosa (PPM)
|
|
Circunstancias de la producción piloto inicial
|
Tg150 |
50 |
43750 |
Soldadura falsa del módulo central |
20 |
20 |
457 |
| Electrodeposición continua
del módulo central |
0 |
0 |
0 |
| Suma |
20 |
20 |
457 |
|
Resultado del experimento para la primera vez de mejora (esquema A)
|
Tg170 |
50 |
43750 |
Soldadura falsa del paquete de resistencias |
0 |
0 |
0 |
| Electrodeposición continua de estaño
de paquete de resistencias |
30 |
30 |
686 |
| Suma |
30 |
30 |
686 |
|
Resultado del experimento para la segunda vez de mejora (esquema B)
|
Tg170 |
50 |
43750 |
Soldadura falsa del módulo central |
1 |
1 |
23 |
| Electrodeposición continua de estaño
del módulo central |
0 |
0 |
0 |
| Suma |
1 |
1 |
23 |
La aplicación del módulo central es capaz de acelerar el desarrollo de la investigación y el proceso de actualización de los productos electrónicos automotrices. En la etapa de nuevos productos, se puede implementar la migración, de modo que se reduzcan el costo y la complejidad del desarrollo. Sin embargo, surgen desventajas en la etapa inicial de la producción piloto como resultado de la gran escala del módulo central y de los altos requisitos del proceso de fabricación, por lo que su fiabilidad posiblemente disminuya y el módulo no pueda aplicarse de manera óptima.
Perteneciendo a la PCB, el módulo central debe pasar por una serie de procesos que incluyen un refusión a alta temperatura, almacenamiento y otro refusión a alta temperatura, durante los cuales se producen deformación de la PCB, soldaduras defectuosas y deposición continua de estaño. Estos problemas relacionados con el módulo central se han resuelto con éxito mediante experimentos y producción piloto de productos, de modo que se brindarán más oportunidades para la aplicación de módulos centrales y también se acelerará el progreso de la aplicación de módulos en productos electrónicos automotrices.
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