Sơ đồ thiết bị thử nghiệm nhúng hàn
Đường cong thấm hàn
Tuần này, một khách hàng trong lĩnh vực bán dẫn công suất đã đặt ra một câu hỏi thú vị về cách kiểm tra bột hàn dùng trong các ứng dụng gắn chip công suất. Khách hàng muốn sử dụng cân ướt để đo khả năng hàn của chất trợ hàn. Sơ đồ nguyên lý của cân ướt bột hàn được trình bày ở bên phải: một mẫu thử có kích thước đã biết được nhúng vào chất trợ hàn, sau đó được đặt vào giá đỡ kẹp chặt mẫu thử ở phần trên cùng. Giá đỡ này có thể đo lực theo trục y tác động lên mẫu thử. Ban đầu, lực này chỉ do trọng lượng của mẫu thử cộng với trọng lượng của chất trợ hàn. Lực này thay đổi theo thời gian khi mẫu thử được ngâm trong chất hàn lỏng, ban đầu là lực nổi, sau đó là lực thấm ướt của chất hàn lên mẫu thử (xem sơ đồ thứ hai: đường cong thấm ướt của chất hàn).
Thử nghiệm cân bằng ướt của chất hàn ban đầu được thiết kế để đo lường “hoạt tính” (khả năng làm ướt của chất hàn) của các loại chất trợ hàn dùng trong hàn sóng. Trong thực tế, các loại chất trợ hàn này được phun lên một bảng mạch lớn được đặt nằm ngang, do đó độ dày của lớp chất trợ hàn sẽ tự giới hạn nhờ cơ chế thoát nước của màng chất trợ hàn. Bảng mạch đã được phủ chất trợ hàn sẽ được đưa qua một “vòi phun” chứa hàn nóng chảy. Như bạn có thể dễ dàng nhận thấy, máy thử cân bằng ướt là một mô phỏng khá chính xác của tình huống này; tuy nhiên, nó không thể nào mô phỏng được tình huống thực tế của hỗn hợp hàn đang được nung chảy lại.
Dù vậy, nếu bạn định sử dụng cân đo độ ẩm để đánh giá chất hàn dán chip, hãy chuẩn bị sẵn những câu trả lời thỏa đáng cho các câu hỏi sau:
1/ Làm thế nào để mô phỏng đường cong nhiệt độ hàn lại?
2/ Làm thế nào để mô phỏng môi trường tái chảy (thường là khí tạo hình: ~5% H₂/N₂ với nồng độ oxy cực thấp)?
3/ Làm thế nào để chế tạo một mẫu thử hình chữ nhật hai mặt mô phỏng bề mặt “thực tế” (khuôn hoặc khung dẫn)?
4/ Bạn sử dụng lượng chất hàn (độ dày) là bao nhiêu?
5/ Làm thế nào để bôi chất trợ hàn?
6/ Làm thế nào để tính toán lượng chất kích hoạt đã tiêu hao trong quá trình nung lại bột hàn?
7/ Bạn có thể xác định mối liên hệ giữa dữ liệu và kết quả đi tiểu không?
8/ Nếu bạn sử dụng một con chip làm mẫu thử – làm thế nào để giải thích hiện tượng silicon trần không thấm ướt ở các mép, vốn (nếu không được thụ động hóa) có thể có khả năng hàn ở mức độ thấp?
9/ Làm thế nào để giải thích sự biến động rất lớn về kích thước của các con chip và khung dẫn thực tế?
...và cứ thế, cứ thế.
Cuối cùng (và đây mới là điều đáng chú ý):
10/ Ngay cả khi bạn đạt được kết quả thấm hàn nhanh và tốt cho khung dẫn: liệu điều đó có thực sự là điều mong muốn? Nếu toàn bộ khung dẫn bị thấm đầy chất hàn, thì việc kiểm soát độ dày đường hàn cũng như độ lệch ngang và độ nghiêng của chip sẽ trở nên vô cùng khó khăn.
Cách tốt nhất để kiểm tra chất hàn dạng bột trong ứng dụng gắn chip là ngay trong chính quy trình đó. Đừng lãng phí thời gian vào các mô phỏng trong phòng thí nghiệm, rồi sau đó cố gắng so sánh các bộ dữ liệu đó với hiệu suất thực tế. Chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về việc kiểm tra chất hàn dạng bột dùng cho ứng dụng gắn chip trong bài viết tới.
Chúc mừng! Andy
