Auswirkung der Gehäuse- und Chipgröße auf das Eintauchen und Aufnehmen

Während ich letzten Sommer in Südostasien war, hatte das technische Team der Indium Corporation und ich die Chance, mit einem großen Gerätelieferanten über Flip-Chip-Eintauchverfahren zu diskutieren. Eines der Themen war das "Aufnehmen" des Elements (Gehäuse mit Lothügel oder Chip) aus einem  Flip-Chip-Flussmitteleintauchbehälter und wie unterschiedliche Faktoren beeinflussen, dass das Element aus dem klebrigen Flussmittel genommen werden kann. Die gleichen Diskussionen sind für alle Flussmittel- und Lötpasteneintauchverfahren relevant, von Flip-Chip, über MEMS-Gehäuse, bis hin zu WL-CSP-Flussmittelbädern.

Lange Zeit war rätselhaft, warum kleine Elemente schwieriger aus dem Eintauchbehälter aufzunehmen sind, als große. Dies erscheint wider der Logik, da ein kleineres Element:

• leichter ist (weniger Masse), weshalb die Aufnahme leichter sein sollte und nicht schwerer
• bei gleicher E/A-Größe und Dichte (Anzahl an E/A's pro Flächenelement), sollte sich die Auswirkung der Dehnungsviskosität ("Klebrigkeit"), wie bereits zuvor diskutiert, linear zur Elementoberfläche verhalten. Es sollte also keine Auswirkungen durch die Flussmittelkontaktfläche geben.

Wir haben gelernt, dass es einen dritten Aspekt gibt, der in Betracht zu ziehen ist: die Genauigkeit der Ausrichtung des Elements am Vakuum-Aufnahmekopf.

Diese Genauigkeit hat Auswirkungen darauf, wie genau sich das Zentrum des Elements am Zentrum der Aufnahmedüse ausrichtet. Wie man sich vorstellen kann, ist das schlimmste Szenario eines, bei dem eine ungenaue Vakuumkopfplatzierung ein Gehäuse aufnehmen muss, das sich frei in seiner Umverpackung (Band- & Rollenpackung oder Kassette) bewegen konnte und dann bei hoher Geschwindigkeit in das Flussmittel eingetaucht wird. Um diesen Effekt zu mildern, wird der Vakuumkopf immer so entworfen, dass sich sein Kontaktumfang (der immer kleiner ist als der offensichtliche Durchmesser der Düse) innerhalb der Chipfläche befindet. Daher gibt es eine statistisch abgeleitete "Freihaltebreite" (KOW), die natürlich eine größere negative Auswirkung hat, wenn das Gehäuse an Größe abnimmt.

Im Bild unten ist eine einfache Situation unter Verwendung einer kreisförmigen Düse dargestellt. 

Es ist simple Mathematik, um die Auswirkungen als Funktion von Gehäusebreite bei eines rechteckigen Gehäuses darzustellen, wobei "% effektive Fläche" = Düsenfläche / Gehäusefläche", wie unten gezeigt. Bedenken Sie, dass die einzige Kraft, welche das Element nach oben zieht, der Druckunterschied zwischen dem Äußeren und dem Inneren der Düse ist, multipliziert mit der Fläche innerhalb der Düse.

Bedenken Sie auch, dass es andere Faktoren gibt, welche ebenfalls die Möglichkeit, kleine Chips und Gehäuse aufzunehmen, beeinflussen können:  alle hängen mit einem reduzierten Druckunterschied zwischen dem Inneren des abgedichteten Gehäuses / Hohlraum der Düse und der Umgebungsluft zusammen:

• Ein kleines Leck in dem Gehäuse / Düsenschnittstelle hat einen größeren Einfluss auf das Vakuum in einer kleinen Düse als eine große Düse
• Der atmosphärische Druck kann variieren (Höhe über dem Meeresspiegel oder Wetterbedingungen)

Die höchste Chance, dass eine Düse einen kleinen oder anderweitig problematischen Chip aus einem Eintauchbehälter aufnehmen kann, setzt deshalb eines oder mehrere der folgenden Dinge voraus:

• Flip-Chip oder MEMS Flussmittel mit niedriger Klebrigkeit
• Maximierte effektive Düsenfläche durch Düsengestaltung und Gerätetoleranzen (reduzierter KOW)
• Langsame Entnahme aus dem Flussmitteleintauchbehälter
• Engere Toleranzen beim Verpacken von "Taschen" für in Band- & Rollenpackung oder Kassetten verpackte Chips oder Gehäuse.

Die Nachteile hierbei sind, dass ein Flussmittel mit einer niedrigen Viskosität/Klebrigkeit Komponenten vor oder während des Reflows gegebenenfalls nicht in Position halten kann und dass ein langsameres, präziseres Eintauch- und Platzierungsverfahren den Durchsatz verringern.

Die Indium Corporation erweitert derzeit unser Angebot an eintauchbaren Flussmitteln mit ultra geringem und beinahe überhaupt keinen Rückständen und wir werden Ihnen in den kommenden Monaten mehr darüber erklären. Sie können uns gerne Ihre Erfahrungen mitteilen.

Danke an meinen Freund Dr Hyoryoon Jo, dass er den Begriff "effektive Fläche" geprägt hat.

Bis bald!  Andy

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