5G 통신 기지국의 메인 제어 보드와 산업 및 상업용 에너지 저장 시스템의 메인 전원 보드는 BGA 솔더링의 장기적인 신뢰성에 대해 엄격한 요구 사항을 부과합니다. 이러한 메인보드는 일반적으로 대형, 고I/O 밀도의 FPGA 및 SoC 칩을 사용하는데, 이 칩의 BGA 솔더볼은 대부분 직경 0.3mm와 0.4mm의 두 가지 사양으로 제공되며, 기판은 대부분 6겹 이상의 고TG 재료로 만들어집니다. 열팽창 계수 불일치 문제는 소비자 메인보드의 문제보다 더 두드러집니다. 리플로우 솔더링의 최고 온도 편차가 ±3℃를 초과하거나 액상선 이상의 시간 변동이 15초를 초과하면 솔더 조인트의 미세 균열이나 인터페이스 IMC 층의 불균일한 성장이 쉽게 발생합니다.

스텐실 개구부는 솔더 볼 크기 및 기판 변형 추세와 일치해야 합니다.

우리가 JiaJinYuan을 위해 맞춤 제작한 0.12mm 두께의 레이저 컷 스텐실의 경우 0.3mm 솔더 볼에는 92% 면적 비율의 개구부가 채택되었고, 0.4mm 솔더 볼에는 88% 면적 비율이 사용되었습니다. 개구부 모양은 날카로운 모서리 그리기를 방지하기 위해 균일하게 둥글게 처리되었습니다. 인쇄하는 동안 로딩 전 PCB의 변형을 동시에 모니터링해야 합니다. BGA 영역의 일방적인 뒤틀림이 0.15mm를 초과하는 경우 재료 교체를 위해 라인을 즉시 중단해야 합니다. 그렇지 않으면 솔더 페이스트 전달 속도가 12% 이상 감소하여 리플로우 후 솔더 조인트가 불충분하여 보이드율이 25%를 초과하는 허용할 수 없는 결함이 발생하게 됩니다.

리플로우 솔더링 프로파일은 칩 패키지 두께에 따라 동적으로 조정되어야 합니다.

두께가 2.0mm를 초과하는 에너지 저장 주 제어 BGA 장치의 경우 플럭스를 완전히 활성화하고 내부 수분을 배출하기 위해 침지 영역을 110초로 의무적으로 확장해야 합니다. 한편, 최고온도는 238℃±2℃로 설정하고, 액상선 이상 시간은 65±5초로 제어한다. 이 매개변수 조합은 JiaJinYuan 생산 라인에서 37개 보드 배치에 대해 지속적으로 검증되었으며, X선 샘플링 검사에서 솔더 조인트 보이드율은 모두 8% 미만으로 IPC-A-610G 클래스 3 표준에 지정된 상한치 25%보다 훨씬 낮습니다.

납땜 후 검사는 AOI에만 의존할 수 없으며 X-ray 및 단면 검증으로 보완되어야 합니다.

AOI는 BGA 하단 솔더 조인트에 전혀 효과적이지 않습니다. 우리는 코너 솔더 조인트의 브리징 및 보이드 분포에 중점을 두고 각 배치의 처음 5개 보드를 X선 기계로 100% 검사해야 한다고 규정합니다. 단일 솔더 조인트의 보이드 면적이 15%를 초과하는 것으로 확인되면 이전 3시간 동안의 스텐실 청소 기록과 스퀴지 압력 데이터를 추적해야 합니다. 동시에 대량 생산된 보드 2개를 매월 무작위로 금속 조직 단면적으로 샘플링하여 IMC 두께가 3.2~4.1μm 범위에서 안정적인지 확인합니다. 이 범위를 초과하면 리플로우 오븐의 열전대 보상 값을 즉시 교정해야 합니다.

장기 에이징 검증은 단순한 형식이 아닌 장애 경계를 잠그는 것입니다.

전체 기계를 수리 없이 직접 85℃/85%RH 환경 챔버에 납땜한 후 1000시간 동안 전원을 공급한 후 BGA 장치를 분해했습니다. 솔더 조인트 인터페이스는 SEM으로 관찰되었습니다. 모든 샘플에서 Cu6Sn5에서 Cu3Sn으로의 비정상적인 상변태는 발견되지 않았으며, 솔더볼과 패드 사이의 박리 징후도 관찰되지 않았습니다. 이는 JiaJinYuan의 현재 솔더 페이스트 선택(SN100C+0.5%Ni), 스텐실 개방 전략 및 리플로우 프로파일이 폐쇄 루프 매칭을 형성하여 5G 및 에너지 저장 시나리오에 필요한 10년 서비스 수명을 실제로 지원한다는 것을 나타냅니다.