Mikroprotsessori kiibi ühendamine selle pakendiga hõlmab mikroskoopiliste jootekuulikeste massiivi sulatamist vaakumis, et vältida kinnijäänud gaasimulle. Kuumutusplaat, mis seda tagasivoolamist teostab, peab olema termiline meistriteos, mis hoiab kõiki neist sadadest või tuhandetest jootekohtadest identse sulamistemperatuuri juures puutumatus, osakestevabas{1}}keskkonnas.
Kaasaegses elektroonikatööstuses onkuumutusplaat vaakum-taasjootmise pooljuhtprotsess on kriitiline samm, mis määrab otseselt elektrilise töökindluse, mehaanilise tugevuse ja seadme pikaajalise{0}}stabiilsuse.
Vaakum-taasjootmine pooljuhtpakendites
Vaakum-taasjootmist kasutatakse pooljuhtstantside kinnitamiseks aluspindadele jootekuulikeste või konaruste kontrollitud sulamise ja tahkumise teel.
Protsess hõlmab tavaliselt järgmist:
Täpne kiip-aluspinna joondamiseks-
Asetamine tasasele kuumutatud plaadile
Kontrollitud termiline ramp-kuni joote tagasivoolu temperatuurini
Vaakumrakendus kinnijäänud gaaside eemaldamiseks
Hoida faas liigeste moodustamiseks
Kontrollitud jahutustsükkel
Vaakumkeskkond, mida tavaliselt hoitakse ligikaudu:
10–3 mbar või madalam10^{-3}\\ \\mathrm{mbar} \\ \\text{või madalam}10–3 mbar või madalam
hoiab ära oksüdeerumise ja välistab õhust või lenduvatest gaasidest põhjustatud tühimike.
Kütteplaadi termilised nõuded
Kütteplaat on vaakum-taasvoolukambri sees olev soojuselement. See peab andma äärmiselt ühtlase soojuse kogu oma pinnale.
Pliivabad{0}joodised, nagu SAC305, sulavad kitsas vahemikus:
Sulamistemperatuur≈217–220∘CT_{sulamistemperatuur} \\umbes 217\\tekst{–}220^\\circ\\mathrm{C}Sult≈217–220∘C
Selle kitsa sulamisakna tõttu peab temperatuurimuutus plaadil olema äärmiselt väike.
Temperatuuri ühtsuse nõuded
Tüüpilised nõuded hõlmavad järgmist:
Pinna ühtlus ±1 kraadi piires
Minimaalsed termilised gradiendid stantside massiividel
Stabiilsed termokaldtee profiilid
Korduvad küttetsüklid
Isegi väikesed kõrvalekalded võivad põhjustada:
Osaline joote tagasivool
Mittetäielik niisutamine
Tühjuse moodustumine
Liigeste töökindluse tõrked
Pooljuhtpakendites tähendab termiline täpsus otseselt tootlikkust.
Kütteplaatide projekteerimine ja ehitamine
Vaakum-tagasivoolusüsteemides kasutatav kütteplaat on konstrueeritud nii termilise stabiilsuse kui ka ülimadala saastatuse jaoks.
Materjali valik
Plaate valmistatakse tavaliselt järgmistest materjalidest:
Vaakum{0}}ühilduvad alumiiniumisulamid
Nikkeldatud{0}}pinnad
Kõvaanodeeritud alumiiniumkatted
Need materjalid pakuvad:
Kõrge soojusjuhtivus
Madalad gaasieraldusomadused
Stabiilne mõõtmete käitumine termilise tsükli korral
Vastupidavus pinna saastumisele
Sisseehitatud küttesüsteem
Sisemised kassettkütteseadmed on manustatud plaadi korpusesse. Nende paigutus määratakse termilise lõplike elementide analüüsi (FEA) abil, et tagada:
Ühtlane soojusjaotus
Servakahjude hüvitamine
Tasakaalustatud soojuspaisumine
Minimeeritud kuumad kohad
Küttekeha paigutus optimeeritakse enne töötlemist, et tagada termiliste gradientide jäämine protsessi rangetesse piiridesse.
Vaakumi roll reflow esituses
Vaakumtingimustel on pooljuhtide jootmisel kahekordne roll.
Oksüdatsiooni vältimine
Hapniku eemaldamine hoiab ära jootepindade oksüdeerumise sulamise ajal, parandades:
Niisutav käitumine
Liigese tugevus
Elektrijuhtivus
Tühikeste kõrvaldamine
Sulajoodise sisse jäänud gaas eemaldatakse vaakumis, vähendades tühimike teket ja parandades:
Liigendite soojusjuhtivus
Mehaaniline töökindlus
Pikaajaline{0}}väsimuskindlus
Vaakumtöötamine toob aga kaasa ka teisejärgulise nõude: kütteplaat ei tohi gaasi välja lasta.
Madalad-gaasi väljalaskenõuded
Vaakumkambri sees võib kuumutusplaadist eralduv lenduv materjal saastada jootekohti.
Võimalike saasteainete hulka kuuluvad:
Orgaanilised jäägid
Niiskuse desorptsioon
Katte lagunemisproduktid
Määrdeaineaurud halvasti ettevalmistatud pindadelt
Sel põhjusel tuleb kütteplaati valmistada ja hooldada rangete puhtusstandardite järgi.
Märkus puhtuse kohta
Vaakumi tagasivoolu stabiilse jõudluse tagamiseks on vaja regulaarset hooldust.
Soovitatavad tavad hõlmavad järgmist:
Pühkige perioodiliselt plaadi pinda{0}}lahustiga
Tahkete osakeste kontroll puhta valgustuse tingimustes
Katte lagunemise või värvimuutuse jälgimine
Pinna tasasuse ja puhtuse kontrollimine
Mis tahes jääkräbusti või protsessi jääkide eemaldamine
Isegi mikroskoopiline saastumine võib pooljuhtide rakendustes häirida joodise märgumist.
Termiline juhtimine ja protsessi stabiilsus
Kaasaegsed vaakum-taasvoolusüsteemid põhinevad täpsel suletud{0}}ahela temperatuuri reguleerimisel.
Kütteplaat peab toetama:
Täpne temperatuuriandur mitmes tsoonis
Kiire termiline reaktsioon ilma ületamiseta
Stabiilsed hoidmistemperatuurid tagasivoolu ajal
Korratavad termotsükliprofiilid
Kiibipakendis on plaat tõhusalt alasi miljonite mikroskoopiliste elektriühenduste jaoks, mis kõik moodustuvad kontrollitud termilistes tingimustes üheaegselt.
Pinna ühtluse tähtsus
Ebaühtlane{0}}kuumutamine võib põhjustada:
Ebaühtlane jootekuuli kokkuvarisemine
Kallutatud matriitsi kinnitus
Muutuva vuugi paksusega
Lokaliseeritud termiline stress
Seadme töökindlus väheneb
Sel põhjusel käsitletakse plaadi tasasust ja termilist ühtlust süsteemi projekteerimisel võrdselt kriitiliste parameetritena.
Tööstuslikud rakendused
Vaakum-taasvoolukütteplaate kasutatakse laialdaselt:
Flip{0}}kiibi pooljuhtpakend
BGA (Ball Grid Array) koost
MEMS-seadmete valmistamine
Suure{0}}tihedusega ühendussüsteemid
Täiustatud protsessori pakend
Jõuelektroonika mooduli kokkupanek
Iga rakendus sõltub täpsest termoregulatsioonist, et tagada ühtlane mikro{0}}mõõtkavas jooteühenduste moodustumine.
Järeldus
Vaakum-taasjootmissüsteemi kuumutusplaat on kõrgelt spetsialiseerunud termoinstrument, mille täppistehnoloogia, materjali puhtus ja termiline ühtlus ühtlustuvad. Pooljuhtide pakendamise protsessides onkuumutusplaat vaakum-taasjootmise pooljuhtsüsteem määrab iga kiibi ja substraadi vahel moodustatud mikroskoopilise elektriühenduse kvaliteedi.
Jootesulamitega, nagu SAC305, mis nõuavad rangelt kontrollitud sulamistingimusi umbes 217–220 kraadi ja vaakumitaset 10⁻³ mbar lähedal, võivad isegi väikesed kõrvalekalded plaadi jõudluses mõjutada lõppseadme töökindlust.
Lõppkokkuvõttes luuakse tänapäevastes pooljuhtseadmetes olevad nähtamatud elektrilised sidemed täiuslikult kontrollitud ühtlaselt jaotatud soojuse alusel,{0}}mis edastatakse hoolikalt konstrueeritud täppiskütteplaadi kaudu, mis töötab puhtas vaakumkeskkonnas.
