Das Lötkugelflussmittel WS-446-NRD für schlecht benetzte OSP

Während ich neulich auf einer Reise nach Malaysia war, habe ich zwei Kollegen bezüglich Trends in der Halbleitermontage interviewt. Mein zuvor veröffentlichtes Interview mit Sze-Pei Lim finden Sie hier.

Als ich bei einem Logikbaustein-Hersteller im Nordwesten war, habe ich [ACM] währenddessen ein ausführliches Gespräch mit Sehar Samiappan [SS], dem technischen Bereichsleiter der Indium Corporation, über unser neulich entwickeltes wasserlösliches Pin-Transfer-Ball-Attach-Flussmittel WS446-NRD geführt, das für BGA-Anwendungen mit 0,5mm Pitch und mehr als 1500 E/As entwickelt wurde.

[ACM] Wo kommt das WS446-NRD her?

[SS] Die Entwicklung wurde durch den Bedarf eines Kunden nach einer garantiert guten BGA-Qualität (Ball-Grid-Array), jedoch verminderter Auswirkung auf die Umwelt, vorangetrieben. Unser sehr qualitätsbewusster Kunden hat verschiedene Lieferanten für organische FC-BGA-Substrate mit Kupfer OSP-Pads. Der Kunde hat schwere Bedenken bezüglich der gelegentlich auftretenden schlechten Lötbarkeit der SAC305 Lötkugeln auf Substraten. Hauptsächlich wurde eine schlechte Benetzbarkeit auf dem OSP-beschichteten Kupferpad beobachtet, wodurch unterschiedlich starke Lötverbindungen und Bump-Koplanaritäten entstehen und sogar (im schlimmsten Fall) Effekte mit fehlenden Kugeln / "großen Kugeln". Einige der Padbeschichtungen waren stark oxidiert und schränkten die Benetzung des Lötmaterials beim Reflow stark ein. Die Oberflächenschicht unterschied sich nicht nur von Lieferant zu Lieferant, sondern es zeigten sich bei den preisgünstigeren Lieferanten auch Unterschiede von Lot zu Lot.

Einige der beobachteten Unterschiede können der Desmear-Maskierungsmethode (Desmear = Bohrlochreinigungsverfahren) vom C4 "Käfig" des Flip-Chips (Oberseite) zugeordnet werden, die entweder ein Desmear auf Plasmabasis oder ein oxidierendes Tauchen in eine anorganische Säure war, die eindeutig Auswirkungen auf die Lötbarkeit die gegenüberliegende (Unterseite) BGA-Seite des Substrats hat.

[ACM] Welche Schritte haben die Kunden vorher unternommen, um dieses Problem zu umgehen?

[SS] Dies ist ein ernstes Problem für viele Anwender von Ball-Attach-Flussmitteln, und einige Kunden verwenden nun einen speziellen Flussmittelschritt, um Verunreinigungen wie bspw. Oxid und OSP-Beschichtungen (Organic Solderability Protectant, Oberflächenschutz für Leiterplatten) zu entfernen. Diese flüssigen Flussmittel sind sehr reaktionsfreudig, verlangen aber separates Spritzen, separaten Reflow und Reinigungsschritte, die zusätzliche Kosten und Zeit benötigen. Die halogenierten Ball-Attach-Flussmittel der WS446-Serie haben eine etablierte gute Chemie, die die Benetzung von SAC105, 305 und 405 auf zahlreichen Metallisierungen ermöglicht. In der Halbleitermontageindustrie sind die WS446-Flussmittel in Taiwan und Südostasien für ihre gute Lötbarkeit und den langen Verarbeitungszeitraum bei vielen FC-BGA-Anwendungen sehr bekannt.

[ACM] Was war beim WS446-NRD anders und weshalb wurde es entwickelt?

[SS] WS446-Flussmittel sind alle mithilfe eines hellroten Farbstoffs eingefärbt, wodurch das Flussmittel mit den Augen und automatisch durch Bilderkennungssystemen sichtbar ist. Die rote Einfärbung ermöglicht auch automatische nachfüllbare Ball-Attach-Flussmitteltauchsysteme zum Aufspüren von Flussmittelmengen. In der Regel stellen gefärbte Flussmittel kein Problem dar. Allerdings hatte der Kunde gewisse Umweltbedenken hinsichtlich der Frage ob die rote Farbe die Wasseraufbereitungsanlage verunreinigen könnte und sich in ihrem Wasserrecyclingsystem ansammeln könnte. WS446-NRD wurde aus der WS446 Flussmittelserie entwickelt, allerdings ohne den roten Farbstoff. Die Lötleistungsfähigkeit von WS446-NRD war ausgezeichnet und hat die Unterschiede in der OSP-Lötbarkeit beseitigt, ohne dass hierzu zusätzliche Verarbeitungsschritte nötig wurden. WS446-NRD hat auch die internen Prozess- und Produktanforderungen bestanden, wie bspw. die Reinigungsfähigkeit, und der Kunde war sehr erfreut darüber, wie Indium die Chemie so schnell an spezielle Anforderungen anpassen kann.

[ACM] Sehar: Danke. Ich freue mich darauf, mit Ihnen eine Durian zu teilen, wenn wieder ihre Saison ist.

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