Finom raszterosztású alkatrészek forrasztott kötéseinek vizsgálata

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Krammer Olivér
Elektronikai Technológia Tanszék

Finom raszterosztású alkatrészek forrasztott kötéseinek vizsgálata

A ma használatos CSP (Chip Scale Package) tokozású alkatrészek egyik legelterjedtebb tokozási formája a QFN (Quad Flat No leads) tok. Ez a tokozási típus nagyban hasonlít a QFP tokozásra. A forrasztási célú felületek a tok négy oldalán helyezkednek el, de itt nem beszélhetünk a hagyományos értelemben vett kivezetésekről. A QFN tokozás gyakori hibája a forrasztás utáni rövidzár képződés.

A Diplomatervezés során azt a feladatot kaptam, hogy tegyek javaslatot arra, hogy milyen módon lehet kiküszöbölni a QFN tokozású alkatrészek tipikus hibáit, mint pl. a rövidzár képződését. Vagyis számítások és szimuláció segítségével tegyek javaslatot arra, hogy milyen az optimális forrasztási felület és stencil apertúra geometria.

A forrasztott kötések alakjának meghatározásához a Surface Evolver nevű program 2.30-as verzióját használtam. A program segítségével olyan modellt hoztam létre, amivel QFN tokozású alkatrészek esetén a forrasztott kötések alakja meghatározható. A modell figyelembe veszi a forrasztási felületek és a stencilapertúra geometriai tulajdonságait, valamint az alkatrész súlyát. A szimuláció eredeti célja az volt, hogy ki lehessen mutatni, hogy milyen apertúrák esetén alakulhat ki rövidzár a pad-ek között. A szimuláció alapján egyik kötés esetében sem alakul ki rövidzár. Az E apertúra esetében a legnagyobb a kötés szélessége, 347 µm, a két pad között eredetileg 350 µm távolság van, ez a távolság a forraszok között lecsökken 303 µm-re, ezt a szimuláció 1,64%-os relatív hibával közelíti.

Ezután a Surface Evolver segítségével létrehozott modellt importáltam a Comsol nevű szimulációs programba. Ez azért fontos, mivel a Surface Evolver segítségével meghatározható, hogy a kötés milyen alakú lesz, és hogy lesz e rövidzár a kötések között, viszont nem alkalmas arra, hogy az egyes kötéseket ezen túlmenően vizsgáljuk. A Comsol segítségével viszont a kötéseket további, mechanikai vizsgálatoknak vetettem alá. A különböző forrasztási felület geometriákhoz tartozó kötések esetén megvizsgáltam az egyes kötések mechanikai szilárdságát. Adott elmozdulás hatására a legkisebb feszültséget (39 MPa) az E apertúrával létrehozott kötésben mértem. A legnagyobb feszültséget (55,4 MPa) pedig az A apertúra esetén mértem. Ha mind a két kötés felső lapja 6∙10-8 m-rel elmozdul y irányban, akkor a kötésekben kialakuló feszültségek között 16,4 MPa különbség lesz. De a C apertúrával létrehozott forrasztott kötés sem lett sokkal gyengébb mechanikailag (41,6 MPa belső feszültség 6∙10-8 m-es elmozdulás esetén), mint az E apertúra esetén. Ezen eredmények alapján az E és a C apertúrát ajánlom a forrasztáshoz.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.