지난 수요일 야간 근무 중에 고객을 위해 대량 생산된 차량용 T-BOX 제어 보드의 연속 3개 배치에서 BGA 콜드 솔더 조인트가 개발되었습니다. AOI 감지 실패율은 12%에 달했고, X선 재테스트 결과 BGA 솔더 볼의 64%가 사양을 초과하는 보이드가 있는 것으로 나타났습니다. 현장 단면 분석을 통해 보이드가 솔더 조인트 상단에 집중되어 있음을 확인했으며 리플로우 오븐의 측정된 최고 온도는 238°C였으며 프로파일에 따르면 흡수 영역 시간은 65초에 불과했습니다. 솔더 페이스트 MSDS에 따르면 이 배치는 고온 솔더 페이스트(Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5, 융점 217~220°C)를 사용했지만 BGA 패키지의 정격 온도 상한은 225°C에 불과했습니다. 이는 최고 온도 구간 동안 성형 화합물의 일부가 이미 부드러워지고 변형되었으며 습윤 중에 솔더가 압착되어 상단 보이드가 형성되었음을 의미합니다. 이러한 현상은 얇은 BGA 패키지와 함께 고온 솔더 페이스트를 사용할 때 특히 일반적입니다. 근본 원인은 부정확한 오븐 온도가 아니라 솔더 페이스트 유형과 장치의 열 허용 오차 사이의 심각한 불일치입니다.
당시 생산라인은 급히 리플로우 피크를 232°C로 낮추고 소크 존을 90초로 늘렸다. 해당 교대의 수율은 99.2%로 회복됐지만, 다음날 오전 회의에서는 MLCC 툼스톤 처리율이 0.3‰에서 2.1‰로 급등한 것으로 나타났다. 중온 솔더 페이스트(Sn42/Bi58, 녹는점 138°C)는 원래의 고온 솔더 페이스트 라인에 혼합할 경우 활성 범위가 좁고 점도 감소가 빠르기 때문에 인쇄 후 30분 이내에 슬럼핑이 발생했습니다. 스텐실 개구 설계는 저융점 시스템에 대해 보상되지 않았으며, 이로 인해 미세 피치 QFP 핀 사이에 솔더 페이스트 브리징이 발생했습니다. 리플로우 중에 표면 장력 불균형으로 인해 부품이 직접적으로 들어올려졌습니다. 이러한 혼합 라인 위험은 라인 전환 중에 스텐실, 스퀴지 및 SPI 교정 매개변수가 철저하게 청소되지 않은 경우 거의 불가피합니다.
근본적인 해결책은 원천에서의 자재 관리에서부터 시작되어야 합니다. 우리는 솔더 페이스트 분배 영역에 RFID 스캐닝 잠금 장치를 설치하여 각 솔더 페이스트 캔을 해당 모델, 녹는점, 적용 가능한 장치 목록 및 해당 오븐 프로파일 번호에 바인딩했습니다. 작업자는 일치하는 프로필을 스캔하지 않고는 납땜 페이스트 냉장 캐비닛을 열 수 없습니다. 동시에, 스텐실 수명 관리가"사용 횟수별 계산"에서"솔더 페이스트 유형별 계산"으로 변경되었습니다. 20,000개 이상의 보드에 대한 고온 솔더 페이스트의 연속 프린팅에 동일한 스텐실이 사용된 후, 산성 세척을 위해 강제로 오프라인 상태가 됩니다. 중온 솔더 페이스트를 중간으로 전환하면 즉시 폐기됩니다. Bi 잔류물이 후속 고온 솔더 조인트의 결정립 경계를 오염시켜 열 순환 후 미세 균열의 전파 속도를 3.7배 증가시키기 때문입니다. 이 데이터는 이론적인 계산이 아닌 지난해 12개 공급업체를 대상으로 가속노화 비교 테스트를 통해 나온 것입니다.
예방 조치는 일일 생산 리듬에 포함되어야 합니다. In 매일 첫 번째 제품에 대한 일상적인 SPI 검사 외에도 10x 현미경으로 솔더 페이스트 입자 형태를 관찰합니다. 고온 솔더 페이스트는 균일한 금속 광택과 날카로운 모서리를 가져야 합니다. 흐릿한 확산 반사가 나타나면 플럭스가 가수분해되어 실패했음을 나타냅니다. 중온 솔더 페이스트의 경우 Bi 위스커가 침전되었는지 확인합니다. 그렇다면 즉시 전체 배치 사용을 중지하십시오. 매주 금요일 오후에는 추적 보드를 사용하여 고정된 오븐 프로파일 측정을 수행하지만 실제 PCB 두께와 구리 두께가 있는 복합 보드를 사용해야 합니다. 표준 알루미늄 기판은 금지됩니다. 0.8mm FR4와 2oz 구리 두께 사이의 열용량 차이로 인해 ±4.3°C의 측정된 피크 온도 편차가 발생할 수 있으므로 이 오류는 SnBi 솔더 조인트를 반용융 상태로 만들고 기계적 강도를 상실하기에 충분합니다. 모든 솔더 페이스트에는 개봉 시간과 개봉 후 온도/습도 기록을 표시해야 합니다. 25°C에서 12시간을 초과하는 고온 솔더 페이스트와 8시간을 초과하는 중온 솔더 페이스트는 만료된 것으로 간주됩니다. 외관에 이상이 없더라도 자동차급 제품에는 사용이 금지됩니다. 이는 지난해 독일 Tier1 공급업체의 감사 중에 발행된 NC 항목입니다. 수정 후에도 유사한 부적합 보고서는 접수되지 않았습니다.
지난달 생산 라인은 새로운 브랜드의 중온 솔더 페이스트로 전환되었습니다. 공급업체는 활동이 30% 증가했다고 주장했지만, 이틀 연속 QFN 칩 솔더볼 오프셋 비율이 5%를 초과했습니다. 우리는 믹서를 분해한 결과 스퀴지 간격이 이 솔더 페이스트에 필요한 0.08~0.10mm를 훨씬 초과하는 0.15mm로 조정되었음을 발견했습니다. 과도한 전단력으로 인해 Bi 상이 나노 크기의 입자로 부서졌고, 이는 리플로우 중에 솔더 조인트 가장자리에 비정상적으로 응집되어 부서지기 쉬운 Bi-rich 층을 형성했습니다. X선 에너지 스펙트럼 분석을 통해 오프셋 솔더 조인트 가장자리의 Bi 함량이 82.6%에 도달한 반면 정상 값은 65% 미만이어야 함을 확인했습니다. 따라서 모든 솔더 페이스트 혼합 매개변수는 이제 MES 시스템에서 굳어지며 운영자는 이를 수동으로 수정할 수 없습니다. 각 전환은 프로세스 엔지니어가 원격으로 잠금을 해제해야 하며 새 매개변수는 동시에 업로드되어야 합니다. 이 엄격한 제약은 훈련보다 10배 더 효과적입니다.
