AN-5082 Power56 ウェーブソルダリング基板アセンブリガイドライン

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うのすけちとく
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ON Semiconductor owns the rights to a number of patents, trademarks, copyrights, trade secrets, and other intellectual property.

ON Semiconductor makes no warranty, representation or guarantee regarding the suitability of its products for any particular purpose, nor does ON Semiconductor assume any liability arising out of the

1 Is Now Part of To learn more about ON Semiconductor, please visit our website at ON Semiconductor and the ON Semiconductor logo are trademarks of Semiconductor Components Industries, LLC dba ON Semiconductor or its subsidiaries in the United States and/or other countries. ON Semiconductor owns the rights to a number of patents, trademarks, copyrights, trade secrets, and other intellectual property. A listing of ON Semiconductor s product/patent coverage may be accessed at ON Semiconductor reserves the right to make changes without further notice to any products herein. ON Semiconductor makes no warranty, representation or guarantee regarding the suitability of its products for any particular purpose, nor does ON Semiconductor assume any liability arising out of the application or use of any product or circuit, and specifically disclaims any and all liability, including without limitation special, consequential or incidental damages. Buyer is responsible for its products and applications using ON Semiconductor products, including compliance with all laws, regulations and safety requirements or standards, regardless of any support or applications information provided by ON Semiconductor. Typical parameters which may be provided in ON Semiconductor data sheets and/or specifications can and do vary in different applications and actual performance may vary over time. All operating parameters, including Typicals must be validated for each customer application by customer s technical experts. ON Semiconductor does not convey any license under its patent rights nor the rights of others. ON Semiconductor products are not designed, intended, or authorized for use as a critical component in life support systems or any FDA Class 3 medical devices or medical devices with a same or similar classification in a foreign jurisdiction or any devices intended for implantation in the human body. Should Buyer purchase or use ON Semiconductor products for any such unintended or unauthorized application, Buyer shall indemnify and hold ON Semiconductor and its officers, employees, subsidiaries, affiliates, and distributors harmless against all claims, costs, damages, and expenses, and reasonable attorney fees arising out of, directly or indirectly, any claim of personal injury or death associated with such unintended or unauthorized use, even if such claim alleges that ON Semiconductor was negligent regarding the design or manufacture of the part. ON Semiconductor is an Equal Opportunity/Affirmative Action Employer. This literature is subject to all applicable copyright laws and is not for resale in any manner.

ウェーブソルダリングもまた大規模なはんだ付け工程として普及しつつありますこのは Power56 パッケージのウェーブソルダリング実装に関するガイドラインですランドパッドと接着剤プリント用ステンシルのデザインに関する推奨事項もあわせて取り上げますウェーブソルダリング工程以下の図 1 に標準的なウェーブソルダリング工程を示します接着剤を基板に塗布し部品を搭載しますこの基板を高温下に置き

2 AN-5082 Power56 ウェーブソルダリング基板アセンブリガイドライン概要 PQFN パッケージではリフロープロセスによる基板実装が一般的ですフェアチャイルドの Power56 パッケージのリフロープロセスによる基板実装ガイドラインは別の AN-9036 で提供されています今日基板への部品実装においてウェーブソルダリングもまた大規模なはんだ付け工程として普及しつつありますこのは Power56 パッケージのウェーブソルダリング実装に関するガイドラインですランドパッドと接着剤プリント用ステンシルのデザインに関する推奨事項もあわせて取り上げますウェーブソルダリング工程以下の図 1 に標準的なウェーブソルダリング工程を示します接着剤を基板に塗布し部品を搭載しますこの基板を高温下に置き接着剤を硬化させます基板を反転させてウェーブソルダリング工程を通過する際に部品が基板の底面側にくるようにしますこの工程は通常はんだフラックス塗布ゾーン予熱ゾーンはんだウェーブ冷却ゾーンで構成されます基板がコンベアー工程に入るとはんだフラックスを部品に噴射塗布または発泡塗布します次に予熱ゾーンに進み通常は熱風対流加熱方式でフラックスを活性化させます基板は次にウェーブソルダリングに進みますその後基板は徐々に冷却されますウェーブソルダリング工程における温度設定はフラックスのベンダーによる推奨事項はんだ合金の種類昇温時の部品温感性に依存します PC Board Adhesive Printing / Dispensing Component Placement Adhesive Curing Pre-heating stage (Solder Flux Activation) 2 nd Wave (Laminar 1 st Wave (Turbulent Flow) Flow) Flux Application (Spray or Foaming) Board turn 図 1. 標準的なウェーブソルダリング工程フロー Rev /15/15

3 アセンブリに関する検討事項 3.91 Power56 パッケージの良好なウェーブソルダリング工程を実現するために以下の要素を考慮する必要があります PCB マスク構造 PCB 表面処理 PCB ランドパッドデザイン接着剤および接着剤レイアウトはんだフラックスウェーブソルダリングこれらの要素の推奨事項を以下に詳しく述べます基板マスク構造基板のパッド構造には Solder Mask Defined (SMD) と Non-Solder Mask Defined (NSMD) がありますウェーブソルダリングにはどちらの PCB マスク構造も使用できますただし SMD パッドの方が NSMD パッドよりも利点が多いことがわかっていますランドの上のマスクが基板パッドと部品との間に追加されるスペーサーとして機能するためフラックスが流れる余地が増えて部品の底面電極と基板の間にはんだが充填されやすくなります基板表面処理今日基板表面処理法として一般的なのはホットエアーレベリング (HASL) と水溶性プリフラックス (OSP: Organic Solderability Preservative) の 2 つです図 2 に示す推奨ランドパターンを用いて両方の表面処理法をテストしたところどちらの方法も Power56 のウェーブソルダリングに対する適合性を示しました多様なランドパターンで評価した場合 OSP で表面処理を行った場合のはんだぬれ性は HASL と異なることが認められていますはんだ充填の容易性では OSP よりも HASL が優れていますこれは溶融はんだの凝集力と HASL における溶融メタライゼーションによって説明できますしかし HASL でははんだコーティング厚さが不均一になることも珍しくなくこの種のパッケージでは基板実装のヒュージングに影響します逆に OSP はぬれ性では HASL に劣りますが均一なめっき膜を形成することが知られています OSP で適正な金属ぬれ性を確保するには適切なはんだフラックスを選んではんだを流すべき場所に塗布する必要があります無洗浄フラックスを用いた試験により推奨ランドパッドデザインは両方の表面処理法に適合していることが既にわかっています基板ランドパッドデザイン以下に Power56 のウェーブソルダリングに推奨されるランドパッドデザインを示します図 2. 図 Power56 ウェーブソルダリングのランドパターンデザイン ( 寸法 :mm) ウェーブソルダリングのコンベアー流れ方向プリント接着剤ランドパッドパターン Power56 基板ランドパッドとプリント接着剤の上に重ね合わされた Power56( 寸法 :mm) ウェーブソルダリングではランドパッドの寸法がパッケージフットプリントの呼び寸法よりも大きくなりますこれによりはんだウェーブの溶融はんだがパッケージ底面部のランドパッドを通って流れる経路ができますコンベアーの流れ方向に対する部品配置方向は良好なはんだ付け性を達成する上で極めて重要です上の図 3 に示すようにリードパッドはコンベアーの運動方向に揃えて配置されていますコンベアーの動きに対してこ.61 Ø.50 Adhesive Rev /15/15 2

4 のような部品配置方向をとることではんだブリッジやスキップシャドーイングの形成を防げます接着剤 Power56 のウェーブソルダリングではウェーブソルダリング工程フロー全体を通して部品が所定位置に維持されるよう接着剤を正しく選ぶ必要があります部品の搭載から硬化に至る搬送中に部品が動いたり落下したりしないようにプリント ( パターン複写 ) 後も接着剤は十分な粘着性を備え十分な量が確保されなければなりませんフラックス噴射から予熱を経てウェーブソルダリングに至るウェーブソルダリング工程の途上で剥がれることのないよう硬化後に良好な接着強度を備えている必要がありますまた湿潤接着剤はプリント工程または塗布工程において一貫した粘稠度を維持する必要があります図 3 に Power56 の接着剤プリントを示します平坦度を向上させ塗布ムラをなくすため接着剤は塗布するよりもプリントすることを推奨しますプリントする接着剤は十分な量が必要です接着剤が少なすぎると搭載やウェーブソルダリングの工程で部品を保持できなくなります一方接着剤が多すぎると搭載時にランドパッドまで広がりリードや基板パッドの部品のはんだ不ぬれを引き起こす場合があります接着剤は供給業者の推奨する硬化条件に従って硬化させウェーブソルダリング前には十分に硬化させる必要があります接着剤プリントの推奨ステンシル厚は 6 ミルですはんだフラックスウェーブソルダリングにおいてフラックスの選択は重要です固形分含有量の少ないフラックスを推奨します粘度が低いため部品下のはんだパッドを容易にウィックアップさせ毛細管現象により部品と基板との間の狭空間下に流れ込むことでウェーブソルダリング時のはんだぬれ性を促進しますこのタイプのフラックスは噴射塗布または発泡塗布が可能です一方固形分含有量が多いフラックスにもそれなりの利点があります含有活性成分を長く保持できることからはんだぬれ性が高まりさまざまなウェーブソルダリング条件にも柔軟に対応できます不洗浄タイプのはんだフラックスを推奨しますまた PQFN パッケージではスタンドオフがなく部品と基板間の空間が狭いためこのような空間に入り込んだはんだの残留フラックスを基板洗浄処理で除去するのは困難ですそのため腐食性成分含有量の少ないフラックス材が推奨されますウェーブソルダリング標準的なウェーブソルダリングマシンはフラックス塗布ゾーン予熱ソーンはんだ付けゾーン洗浄ゾーン ( 洗浄処理については使用するフラックスの種類による ) で構成されるのが普通です予熱温度と予熱時間はフラックス仕様に従って設定する必要があります温度が高すぎかつ予熱時間が長すぎるとフラックスの活性化メカニズムが機能しなくなりショートやつららの原因となる恐れがあります逆に予熱温度が低すぎるとスキップが発生したり PCB 上に不要な残留フラックスが残る原因となる恐れがあります現在主流となりつつあるのはデュアルウェーブソルダリングです図 4 に標準的なデュアルウェーブソルダリングのプロファイルを示します第一のはんだウェーブは乱流ウェーブを含みすべてのランドパッドを浸潤させ溶融したはんだが PCB 上のすべての接合部に入り込むようにします層流ウェーブを含む第二のはんだウェーブは第一のウェーブを通過した後の余分なはんだを洗い流すことではんだブリッジを除去しますはんだ槽温度はパッケージの温度上限 (260 C) を考慮して設定する必要がありますウェーブソルダリング温度プロファイル ( 予熱ランプレート速度ピーク温度 ) は使用するウェーブソルダリング装置と材料に依存します Rev /15/15 3 図 4. 標準的なデュアルウェーブソルダリングのプロファイルウェーブソルダリング後の Power56 の検査実装済み部品は 10~20 倍の倍率のスコープと透過 X 線または断層 X 線による検査が必要ですリフローの良好なはんだ接合部のぬれ性と接着性ははんだのはんだ面に対する接触角が 90 を成すことで立証されますはんだ接合部の表面は常に滑らかである必要がありますはんだ接合部に艶がないあるいはくすみやざらつきが観察される場合ははんだ合金部品端子基板パッドの表面処理適用したはんだ付け法などに原因があることが考えられますこのパッケージの検査方法と許容基準は IPC-A-610 に規定されていますウェーブソルダリング工程では基板にはんだブリッジスキップつららなどのはんだ接合不良が発生しやすくなっています特に PQFN の場合はリードとドレインが露出していないかどうかはんだ接合部を検査する際に照査工程を設けるのが賢明です照査は目視と X 線検査で可能です図 5 に基板にウェーブソルダリングで接合された Power56 の上面図と端子側面図を示しますはんだ付けされたユニットのドレインとフラット端子領域のはんだカバレージは露出していないために目視検査できませんこのような場合は部品底面のランドパッドとはんだ面との間におけるはんだカバレッジを X 線検査で照査するのが妥当です図 6 はウェーブソルダリング実装による Power56 の標準的な X 線画像です X 線検査ははんだブリッジやはんだスキップの検出方法としても信頼できます

5 (a) (b) 図 5. ウェーブソルダリング実装による Power56 のゲートリードとソースリードの (a) 上面図および (b) 側面図図 6. ウェーブソルダリング実装による Power56 の X 線画像開発段階のサンプルモニタリングとして断面切り出しなどの破壊検査を実施しても構いませんこのような検査により実装済みパッケージに接着剤プリントやウェーブソルダリング工程に起因する著しい傾きがあるかどうかを検証できますはんだ接合部 Power56 PCB はんだ接合部図 7. ウェーブソルダリング実装による Power56 の断面図 Rev /15/15 4

6 参考文献 [1] FSC-QAR-0024 基板レベル特性化の方法に関するガイドライン [2] IPC2221 IPC 規格プリント基板設計に関する共通規格 [3] Board-Level Evaluation of Power Qual Flat No-Lead (PQFN) Packages フェアチャイルドセミコンダクターパワーセミナーホワイトペーパー [4] IPC-TM-650 IPC 試験法マニュアルはんだ付け性ウェーブソルダリング法 [5] IPC/EIA J-STD-001 および EIA 統一規格はんだ接合電気電子アセンブリの要求事項 [6] IPC-A-610 IPC 規格電子アセンブリの許容基準 [7] IPC7351 IPC 規格表面実装設計の共通要求事項とランドパターン規格 [8] IPC9701 IPC 規格表面実装はんだ取り付けの性能試験法と適格要件 [9] IPC/JEDEC J-STD-033 IPC および JEDEC の統一規格吸湿 / リフロー耐性表面実装デバイスの取扱い梱包出荷および使用について [10] AN-9036 フェアチャイルドのフェアチャイルドの Power56 使用ガイドライン免責事項フェアチャイルドセミコンダクターは信頼性機能設計を向上させるために更なる通告なしにここに記載したあらゆる製品に変更を加える権利を留保しますフェアチャイルドはここに記載した製品または回路の適用や使用から生じるいかなる責任も負わず特許権に基づくライセンスや他者の権利を譲渡することもありません生命維持の方針フェアチャイルドの製品はフェアチャイルドセミコンダクターコーポレーション社長の書面による明示的な承諾がない限り生命維持装置または生命維持システム内の重要な部品に使用することは認められていません本規約内の定義 : 1. 生命維持装置または生命維持システムとは (a) 外科的に体内に埋め込まれて使用されることを意図したもの (b) 生命を維持あるいは支持するもの (c) ラベルに表示された使用法に従って適切に使用された場合にその不具合が使用者に重大な傷害をもたらすことが合理的に予想されるものを言います 2. 重要な部品とは生命維持装置または生命維持システム内のあらゆる部品を指しこれらの不具合が生命維持装置または生命維持システムの不具合の原因にまたはその安全性および効果に影響を及ぼす原因になるものと合理的に予想されるものを言います Rev /15/15 5

7 ON Semiconductor and are trademarks of Semiconductor Components Industries, LLC dba ON Semiconductor or its subsidiaries in the United States and/or other countries. ON Semiconductor owns the rights to a number of patents, trademarks, copyrights, trade secrets, and other intellectual property. A listing of ON Semiconductor s product/patent coverage may be accessed at Marking.pdf. ON Semiconductor reserves the right to make changes without further notice to any products herein. ON Semiconductor makes no warranty, representation or guarantee regarding the suitability of its products for any particular purpose, nor does ON Semiconductor assume any liability arising out of the application or use of any product or circuit, and specifically disclaims any and all liability, including without limitation special, consequential or incidental damages. Buyer is responsible for its products and applications using ON Semiconductor products, including compliance with all laws, regulations and safety requirements or standards, regardless of any support or applications information provided by ON Semiconductor. Typical parameters which may be provided in ON Semiconductor data sheets and/or specifications can and do vary in different applications and actual performance may vary over time. All operating parameters, including Typicals must be validated for each customer application by customer s technical experts. ON Semiconductor does not convey any license under its patent rights nor the rights of others. ON Semiconductor products are not designed, intended, or authorized for use as a critical component in life support systems or any FDA Class 3 medical devices or medical devices with a same or similar classification in a foreign jurisdiction or any devices intended for implantation in the human body. Should Buyer purchase or use ON Semiconductor products for any such unintended or unauthorized application, Buyer shall indemnify and hold ON Semiconductor and its officers, employees, subsidiaries, affiliates, and distributors harmless against all claims, costs, damages, and expenses, and reasonable attorney fees arising out of, directly or indirectly, any claim of personal injury or death associated with such unintended or unauthorized use, even if such claim alleges that ON Semiconductor was negligent regarding the design or manufacture of the part. ON Semiconductor is an Equal Opportunity/Affirmative Action Employer. This literature is subject to all applicable copyright laws and is not for resale in any manner. PUBLICATION ORDERING INFORMATION LITERATURE FULFILLMENT: Literature Distribution Center for ON Semiconductor E. 32nd Pkwy, Aurora, Colorado USA Phone: or Toll Free USA/Canada Fax: or Toll Free USA/Canada orderlit@onsemi.com Semiconductor Components Industries, LLC N. American Technical Support: Toll Free USA/Canada Europe, Middle East and Africa Technical Support: Phone: Japan Customer Focus Center Phone: ON Semiconductor Website: Order Literature: For additional information, please contact your local Sales Representative

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