IPC-7711/21C의 조항 5.3.2는 BGA 재작업에 사용되는 솔더 페이스트의 부피 공차가 공칭 값의 ±15%임을 명시적으로 규정하고 있는 반면, J-STD-020D.1은 무연 솔더의 피크 리플로우 온도가 235℃±5℃가 되도록 요구합니다. 이 값은 경험에 따라 높이거나 낮춰서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 PBGA 패키지의 급격한 내부 응력 변화와 칩 실리콘 기판의 미세 균열 전파가 발생할 수 있습니다. 선전에 있는 자동차 등급 공장에서 우리는 한때 최고 온도를 242℃로 설정했는데, 이로 인해 고온 노화 후 ECU 모듈의 연속 3개 배치에 대해 8.7%의 실패율이 발생했습니다. 솔더 페이스트 인쇄 두께는 BGA 솔더 볼 직경과 엄격하게 일치해야 합니다. 솔더 볼이 0.3mm일 때 권장되는 스텐실 구멍 크기는 0.28mm×0.28mm이고 두께는 0.12mm입니다. 애퍼처 크기를 동시에 줄이지 않고 0.15mm 두께의 스텐실을 사용하면 단일 포인트 솔더 페이스트 볼륨이 상한을 22% 초과하게 되어 리플로우 후 솔더 볼 병합 및 하단 보이드 축적으로 쉽게 이어집니다.
열풍 노즐의 온도 제어 정확도는 GB/T 3131-2021의 부록 B에 지정된 필수 장비 허용 임계값인 ±2℃ 이내여야 합니다. 이 임계값 미만의 정확도를 가진 장비는 실제 재작업 중에 가장자리 솔더 볼 습윤 불량과 중앙의 콜드 솔더 접합이 공존하는 경우가 자주 발생합니다. 근본 원인은 온도 장 구배의 불균형입니다. 우리는 동관에 있는 OEM 공장에서 적외선 열화상 장비로 측정을 실시한 적이 있으며 저렴한 열풍 스테이션을 235℃로 설정했을 때 노즐 중심의 실제 온도는 237.6℃인 반면 가장자리 영역은 229.3℃에 불과했고 온도 차이는 8.3℃로 IPC-A-610G에서 허용하는 ±3℃ 공정 범위를 훨씬 초과했습니다. 선택한 솔더 페이스트는 J-STD-005B의 ROL0 활동 요구 사항을 충족해야 하며 금속 함량은 88.5%보다 낮아서는 안 됩니다. 이보다 낮은 값은 플럭스 잔류물 증가와 과도한 이온 오염으로 이어져 습도가 높은 환경에서 전기화학적 이동을 유발합니다. 작년에 후이저우에 있는 전원 모듈 공장에서는 이 문제로 인해 일괄 CAF 오류가 발생했으며 모든 오류 위치는 BGA 영역의 솔더 조인트 세 번째 행 근처에 집중되었습니다.
예열 단계의 가열 속도는 1.5℃/s에서 2.0℃/s 사이로 조절되어야 합니다. 이 매개변수는 IPC-7095B 조항 6.4.1의 유기 기판에 대한 열충격 제한에서 파생됩니다. 가열 속도가 지나치게 빠르면 PCB 변형이 악화될 뿐만 아니라 BT 수지 기판의 내부 미세 기공 확장이 발생하여 솔더 접합 전단 강도가 감소합니다. 우리의 추적 테스트에 따르면 예열 가열 속도가 2.3℃/s를 초과하면 0.4mm 피치 BGA 장치에서 솔더 조인트의 평균 미는 힘이 19% 감소하는 것으로 나타났습니다. 유지 시간은 플럭스 활성화 및 산화막 제거를 완료하기 위해 패드 표면 온도가 최소 90초 동안 150℃±5℃에서 안정적이어야 하지만 120초를 초과해서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 솔더 페이스트의 로진 성분이 과도하게 탄화되어 리플로우 후 청소하기 어려운 검게 변한 잔류물이 생성됩니다. 허페이의 한 고객은 유지 시간을 135초로 설정하여 AOI 오탐률이 34%까지 치솟았습니다.
리플로우 시간 창은 45초에서 65초 사이로 압축되어야 하며 최고 온도 유지 시간은 4초에서 8초로 엄격하게 제한됩니다. 이는 과도한 솔더 상호 확산과 비정상적인 IMC 층 두꺼워짐을 방지하는 열쇠입니다. 실제 측정에 따르면 피크 온도 유지 시간이 10초를 초과하면 Cu6Sn5 상의 두께가 임계값인 3.2μm를 돌파하여 열충격 수명이 크게 단축되는 것으로 나타났습니다. 난징에서 통신 기지국 보드를 재작업하는 동안 동일한 Xilinx FPGA의 경우 -40℃/125℃에서 1000사이클 후 9초 피크 드웰을 갖는 샘플의 솔더 조인트 균열 속도가 6초 드웰을 갖는 샘플보다 2.8배 더 높다는 사실을 발견했습니다. 세척 공정은 IPC-J-STD-033C에서 승인한 표면 장력이 낮은 용매를 사용해야 하며 세척 온도는 50℃를 초과해서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 잔류 플럭스가 BGA 바닥에 흡습성 젤을 형성하여 갈바닉 부식 과정을 가속화합니다. 쑤저우의 한 고객은 이 문제로 인해 배송 후 3개월 이내에 ESD 손상 실패가 집중적으로 발생한 적이 있습니다.
작업자는 XRF 감지기를 사용하여 매 교대마다 솔더 페이스트의 금속 함량을 확인하고 마이크로미터로 스텐실 두께 변화를 측정해야 합니다. 마모량이 초기 값의 8%를 초과하면 스텐실 서비스를 중단해야 합니다. 왜냐하면 실제 애퍼처 영역 오류는 스텐실 변형 후 ±15% 공차 대역을 돌파하기 때문입니다. 각 뜨거운 공기 노즐을 교체한 후에는 3점 온도 교정을 수행해야 합니다. 즉, 동기 판독을 위해 K형 열전대가 노즐 중앙, 왼쪽 가장자리 및 오른쪽 가장자리에 배치됩니다. 어떤 위치에서의 편차가 ±2℃를 초과하는 경우 재보정이 필요하며 장비 자체 테스트 프롬프트만으로 적격성을 판단해서는 안 됩니다. 재작업하기 전에 PCB 뒷면에 차폐 커버가 없고 BGA 영역 근처에 대용량 탄탈륨 커패시터가 없는지 확인해야 합니다. 그렇지 않으면 비정상적인 국지적 열 방출로 인해 작업자가 인위적으로 설정 온도를 높여 열 손상에 대한 숨겨진 위험이 생길 수 있습니다.
