マイクロプロセッサ チップをそのパッケージに接続するには、閉じ込められた気泡を防ぐために真空下で微細なはんだボールのアレイを溶かす必要があります。このリフローを実行する加熱プレートは、粒子のない純粋な環境で、数百または数千のはんだ接合部のすべてを同一の溶融温度に保持する、優れた熱伝導性を備えたものでなければなりません。-
現代のエレクトロニクス製造では、加熱プレート真空リフローはんだ付け半導体このプロセスは、電気的信頼性、機械的強度、デバイスの長期安定性を直接決定する重要なステップです。{0}}
半導体パッケージングにおける真空リフローはんだ付け
真空リフローはんだ付けは、はんだボールまたはバンプの制御された溶融および固化を通じて半導体ダイを基板に取り付けるために使用されます。
通常、このプロセスには以下が含まれます。
チップ-と基板の正確な位置合わせ
加熱された平らなプラテン上に配置
はんだリフロー温度までの制御された温度上昇-
真空を適用して閉じ込められたガスを除去します
ジョイント形成の保持フェーズ
制御された冷却サイクル
真空環境は通常、およそ次のように維持されます。
10−3 mbar 以下10^{-3}\\ \\mathrm{mbar} \\ \\text{以下}10−3 mbar 以下
酸化を防ぎ、閉じ込められた空気や揮発性ガスによる空隙の形成を防ぎます。
加熱プレートの熱要件
加熱プレートは、真空リフロー チャンバー内の中心的な熱要素です。表面全体に極めて均一な熱を届ける必要があります。
SAC305 などの鉛フリーはんだは、狭い範囲で溶けます。{0}
Tmelt≈217–220∘CT_{melt} \\およそ 217\\text{–}220^\\circ\\mathrm{C}Tmelt ≈217–220∘C
この狭い溶融ウィンドウのため、プラテン全体の温度変動は極めて小さくなければなりません。
温度均一性の要求
一般的な要件には次のようなものがあります。
面内均一性±1度以内
ダイアレイ全体の熱勾配を最小限に抑える
安定した温度上昇プロファイル
繰り返し可能な加熱サイクル
わずかな偏差であっても、次のような問題が発生する可能性があります。
部分的なはんだリフロー
不完全な濡れ
ボイドの形成
接合部の信頼性の障害
半導体パッケージングでは、熱精度が歩留まり性能に直接影響します。
加熱プレートの設計と構造
真空リフロー システムで使用される加熱プレートは、熱安定性と超低汚染性の両方を考慮して設計されています。-
材料の選択
プレートは通常、次のものから製造されます。
真空-対応アルミニウム合金
ニッケル-メッキ表面
硬質アルマイト処理アルミニウムコーティング
これらの資料は以下を提供します。
高い熱伝導率
低アウトガス特性
熱サイクル下でも安定した寸法挙動
表面汚染に対する耐性
埋め込み型加熱システム
内部カートリッジ ヒーターはプラテン本体内に埋め込まれています。レイアウトは熱有限要素解析 (FEA) を使用して決定され、次のことを確認します。
均一な熱分布
エッジ損失の補償
バランスのとれた熱膨張
ホットスポットを最小限に抑える
ヒーターの配置は加工前に最適化され、熱勾配が厳密なプロセス制限内に維持されるようになります。
リフロー性能における真空の役割
真空条件は半導体のはんだ付けにおいて二重の役割を果たします。
酸化防止
酸素の除去により、溶融中のはんだ表面の酸化が防止され、以下が改善されます。
濡れ挙動
接合強度
電気伝導率
ボイドの除去
溶融はんだ内に閉じ込められたガスは真空下で除去され、ボイドの形成が減少し、以下が改善されます。
接合部の熱伝導率
機械的信頼性
長期にわたる疲労耐性-
ただし、真空操作では、加熱プレートからガスが放出されてはならないという二次的な要件も発生します。
低い-ガス放出要件
真空チャンバー内では、加熱プレートから放出される揮発性物質がはんだ接合部を汚染する可能性があります。
潜在的な汚染物質には次のようなものがあります。
有機残留物
湿気の脱着
コーティング破壊品
準備が不十分な表面からの潤滑剤の蒸気
このため、加熱プレートは厳格な清浄度基準に従って製造および維持される必要があります。
清潔に関するメモ
安定した真空リフロー性能を確保するには定期的なメンテナンスが必要です。
推奨される実践方法は次のとおりです。
定期的に溶剤でプラテン表面を拭き取ります-
クリーンな照明条件下での粒子検査
コーティングの劣化や変色の監視
表面の平坦性と清浄度の検証
残留フラックスまたはプロセス残留物の除去
微視的な汚染であっても、半導体アプリケーションでははんだの濡れ挙動を妨げる可能性があります。
熱制御とプロセスの安定性
最新の真空リフロー システムは、正確な閉ループ温度制御に依存しています。{0}
加熱プレートは以下をサポートする必要があります。
複数のゾーンにわたる正確な温度検知
オーバーシュートのない高速な熱応答
リフロー滞留中の安定した保持温度
再現可能な熱サイクルプロファイル
チップパッケージング工場では、プラテンは事実上、制御された熱条件下ですべて同時に形成される何百万もの微細な電気接続のための金床となります。
表面の均一性の重要性
不均一な加熱により、次のような問題が発生する可能性があります。-
はんだボールの凹凸崩壊
傾斜ダイアタッチメント
可変ジョイント厚さ
局所的な熱応力
デバイスの信頼性の低下
このため、プラテンの平坦性と熱均一性は、システム設計において同様に重要なパラメータとして扱われます。
産業用途
真空リフロー加熱プレートは以下の分野で広く使用されています。
フリップチップ半導体パッケージング-
BGA (ボール グリッド アレイ) アセンブリ
MEMSデバイスの作製
高密度相互接続システム-
高度なプロセッサーのパッケージング
パワーエレクトロニクスモジュールアセンブリ
各アプリケーションでは、一貫したマイクロスケールのはんだ接合形成を確実に行うために、正確な熱制御が必要です。{0}
結論
真空リフローはんだ付けシステムの加熱プレートは、精密エンジニアリング、材料純度、熱均一性が集約された高度に特殊化された熱機器です。半導体パッケージングプロセス内では、加熱プレート真空リフローはんだ付け半導体システムは、チップと基板の間に形成されるあらゆる微細な電気接続の品質を定義します。
SAC305 などのはんだ合金では、約 217 ～ 220 度の厳密に制御された溶融条件と 10-3 mbar 近くの真空レベルが必要であり、プラテン性能のわずかな偏差でも最終デバイスの信頼性に影響を与える可能性があります。
最終的に、現代の半導体デバイス内部の目に見えない電気的結合は、完全に制御され、均一に分散された熱を基礎にして作成されます。この熱は、クリーンな真空環境で動作する慎重に設計された精密加熱プレートを通じて供給されます。{0}}
