Diagrama do aparelho de ensaio de imersão em solda
Curva de umectação da solda
Esta semana, um cliente da área dos semicondutores de potência colocou uma questão interessante sobre como testar a pasta de solda destinada a aplicações de fixação de chips de potência. O cliente pretendia utilizar uma balança de humedecimento para medir a soldabilidade do fluxo. À direita, é apresentado um esquema de uma balança de humedecimento de solda: uma amostra de dimensões conhecidas é mergulhada no fluxo e, em seguida, colocada num suporte que a segura pela parte superior. O suporte consegue medir a força no eixo y exercida sobre a amostra. Inicialmente, esta força deve-se apenas ao peso da amostra, acrescido do peso do fluxo. A força varia ao longo do tempo à medida que a amostra é imersa na solda líquida, sendo a flutuabilidade inicial seguida pela humedecimento da solda na amostra (ver segundo diagrama: curva de humedecimento da solda).
O teste de equilíbrio de humedecimento da solda foi originalmente concebido para medir a «atividade» (capacidade de humedecimento da solda) dos fluxos utilizados na soldadura por onda. Na prática, estes tipos de fluxo são pulverizados sobre uma placa de circuito impresso de grandes dimensões, mantida na horizontal, pelo que a espessura do fluxo é autolimitada, devido à mecânica de drenagem da película. A placa com fluxo é passada por cima de uma «fonte» de solda fundida. Como se pode facilmente verificar, o aparelho de teste de equilíbrio de humedecimento é uma simulação razoável deste cenário; no entanto, não consegue sequer aproximar-se da situação real de uma pasta de solda em refluxo.
Apesar de tudo isto, se tentar utilizar a balança de humedecimento para avaliar a pasta de solda na fixação de chips, esteja preparado para dar boas respostas a estas perguntas:
1/ Como se simula um perfil de refluxo?
2/ Como se simula a atmosfera de refluxo (normalmente gás de formação: ~5 % de H₂/N₂ com níveis ultrabaixos de oxigénio)?
3/ Como se fabrica uma amostra retangular de duas faces que simule a superfície «real» (matriz ou estrutura de ligação)?
4/ Quanto fluxo (espessura) utiliza?
5/ Como se aplica o fluxo?
6/ Como se contabiliza a quantidade de ativador consumida no processo de refluxo da pasta de solda?
7/ É possível estabelecer uma correlação entre os dados e os resultados da micção?
8/ Se utilizar um die como amostra de ensaio – como é que se tem em conta o silício nu não molhável nas bordas, que (se não for passivado) pode apresentar um baixo nível de soldabilidade?
9/ Como é que se explica a grande variabilidade entre lotes dos chips e das estruturas de ligação?
... e assim por diante.
Por fim (e aqui está o ponto crucial):
10/ Mesmo que obtenha um resultado de molhagem rápido/bom para a sua estrutura de ligação: será isso realmente desejável? Se toda a sua estrutura de ligação ficar coberta de solda, controlar a espessura da linha de ligação, bem como o desvio e a inclinação do chip, torna-se extremamente problemático.
A melhor forma de testar a pasta de solda para a aplicação de fixação de chips é no próprio processo. Não perca tempo com simulações em laboratório para, depois, tentar correlacionar esses conjuntos de dados com o desempenho na prática. Na próxima vez, falaremos mais sobre os testes à pasta de solda para fixação de chips.
Saúde! Andy
