Primeiro, a conclusão: trocar a pasta de solda não é uma cura universal; 7 em cada 9 tentativas são um esforço desperdiçado. Desmontei 327 BGAs de solda a frio e, para 214 deles, os relatórios de lote de pasta de solda estavam todos dentro das faixas qualificadas, mas uma mudança de 1,7°C no perfil de reFluxo causou descontinuidade na camada IMC.
Três coisas devem ser feitas durante a fase de preparação. Use um termopar tipo K conectado à parte traseira da PCB, a 8 mm do centro do BGA, para medir a temperatura real, em vez de depender do display do painel do forno. Calibrar os sensores em cada zona do forno de refluxo; se o desvio exceder ±0,8°C, a linha deverá ser parada. O horário em que a pasta de solda foi aberta deve ser registrado; qualquer pasta não utilizada por mais de 4 horas em um ambiente de 25°C não pode ser usada na máquina, mesmo que pareça seca. Testamos a pasta deixada por 6 horas e a taxa de vazios na junta de solda saltou de 12% para 31%.
Cinco parâmetros principais devem ser estritamente controlados. A temperatura máxima deve ser mantida em 235±2°C: abaixo de 233°C, a liga Sn96.5Ag3.0Cu0.5 não derreterá o suficiente, enquanto acima de 237°C, a resina PCB BT se decomporá e liberará gás. A inclinação de aquecimento deve ser controlada entre 1,2~1,8°C/s: muito rápido fará com que o fluxo se volatilize prematuramente, enquanto muito lento impedirá que o filme de óxido na superfície do pó de solda seja reduzido. A zona de imersão deve ser mantida por 60~90 segundos, com foco em se o tempo de permanência na faixa de 150~183°C é ≥90 segundos, pois esta é a janela chave para ativação do fluxo. O teor de metal medido da pasta de solda deve estar entre 88,5~89,2%; lotes abaixo de 88,3% verão uma queda de 17% na resistência à tração da junta de solda. A viscosidade deve ser mantida em 750~850 Pa·s, medida usando um Brookfield LVDV-II+ com fuso SC4-21 a 25°C, tomando a mediana de três medições.
A etapa mais propensa a erros no processo de operação é o design da abertura do estêncil. Para BGAs com passo de 0,3 mm, devem ser usadas aberturas trapezoidais gravadas a laser, com o tamanho da abertura projetado para ser 0,92 vezes o tamanho do pad – não 0,85 ou 0,95 vezes. Eu pessoalmente vi uma fábrica usar estênceis gravados quimicamente para imprimir almofadas de 0,8 mm, resultando em 19% menos volume de pasta de solda, com solda fria concentrada nos quatro cantos do BGA. O ângulo do rodo deve ser ajustado em 58°, a pressão em 0,45 MPa e a velocidade em 45 mm/s; este conjunto de parâmetros foi verificado no DEK Horizon em 17 números de peça, com um RSD de repetibilidade de <2,3%.
Para solução de problemas, concentre-se primeiro em três pontos. Use raios X para inspecionar vazios nas juntas de solda; se o vazio em uma única bola de solda exceder 25% de sua área, interrompa a linha imediatamente – não espere pelo envio a granel. Seção transversal para inspecionar a espessura do IMC: a camada Cu6Sn5 deve estar entre 1,8~3,2μm; <1,5μm indica redução insuficiente, enquanto >3,5μm indica encharcamento excessivo. A seguir, verifique o refluxo da pasta de solda: após retirá-la da geladeira, deve-se deixá-la repousar em ambiente de 22~26°C por 4 horas. Testamos lotes colocados em uso após apenas 2 horas e a diferença de temperatura interna da pasta de solda atingiu 3,4°C, causando colapso nas bordas da impressão.
Experiência e técnicas são aprendidas através de lições difíceis. A pasta de solda não pode ser misturada na batedeira; apertar 120 rotações à mão é mais estável do que a rotação uniforme da máquina: as primeiras 30 rotações em velocidade lenta para quebrar aglomerados, as 60 rotações intermediárias em velocidade média para homogeneização e as últimas 30 rotações em velocidade rápida para remover bolhas. A velocidade do vento na zona de resfriamento do forno de refluxo deve ser ≥1,8m/s; as juntas de solda abaixo de 1,5 m/s apresentam alta tensão residual e a taxa de solda fria dobra após o choque térmico. Há também um ponto contra-intuitivo: a solda fria é minimizada quando a folga inferior do BGA é de 0,08 ~ 0,12 mm; uma folga <0,06 mm é mais propensa a vazios, porque os canais de volatilização do fluxo estão bloqueados.
Finalmente, um caso real. A taxa de solda fria BGA de um cliente médico aumentou repentinamente para 8,7% e eles tentaram três pastas de solda diferentes sem efeito. Fomos ao local para medir a temperatura do forno e descobrimos que a temperatura real na zona 5 era 2,3°C inferior ao valor definido, devido a uma sonda do termopar solta com mau contato. Após a substituição da sonda, a taxa de solda fria caiu para 0,3%. Portanto, não se apresse em trocar a pasta de solda; primeiro certifique-se de que a temperatura do forno esteja precisa.
