As principais placas de controle das estações base de comunicação 5G e as principais placas de alimentação dos sistemas de armazenamento de energia industriais e comerciais impõem requisitos rigorosos à confiabilidade a longo prazo da soldagem BGA. Essas placas-mãe geralmente usam chips FPGA e SoC de grande porte e alta densidade de E/S, cujas esferas de solda BGA estão disponíveis principalmente em duas especificações de 0,3 mm e 0,4 mm de diâmetro, e os substratos são feitos principalmente de materiais de alto TG com mais de 6 camadas. O problema de incompatibilidade do coeficiente de expansão térmica é mais proeminente do que o das placas-mãe de consumo. Se o desvio de temperatura de pico da soldagem por reFluxo exceder ± 3 ℃ ou a flutuação de tempo acima do liquidus exceder 15 segundos, isso levará facilmente a microfissuras nas juntas de solda ou ao crescimento desigual da camada IMC da interface.

A abertura do estêncil deve corresponder ao tamanho da bola de solda e à tendência de empenamento do substrato

Para o estêncil cortado a laser de 0,12 mm de espessura que personalizamos para JiaJinYuan, uma abertura de proporção de área de 92% é adotada para bolas de solda de 0,3 mm, enquanto uma proporção de área de 88% é usada para bolas de solda de 0,4 mm. A forma da abertura é uniformemente arredondada para evitar desenhos em cantos afiados. Durante a impressão, o empenamento do PCB antes do carregamento deve ser monitorado de forma síncrona. Quando o empenamento unilateral da área BGA for >0,15mm, a linha deve ser interrompida imediatamente para substituição do material; caso contrário, a taxa de transferência da pasta de solda diminuirá em mais de 12%, resultando em defeitos inaceitáveis ​​com uma taxa de vazios >25% formada por juntas de solda insuficientes após o refluxo.

O perfil de solda por refluxo deve ser ajustado dinamicamente de acordo com a espessura do pacote de cavacos

Para dispositivos BGA de controle principal de armazenamento de energia com espessura> 2,0 mm, estendemos obrigatoriamente a zona de imersão para 110 segundos para ativar totalmente o fluxo e descarregar a umidade interna. Enquanto isso, a temperatura máxima é definida em 238°C±2°C, e o tempo acima do liquidus é controlado em 65±5 segundos. Esta combinação de parâmetros foi verificada continuamente na linha de produção JiaJinYuan para 37 lotes de placas, e a taxa de vazios de juntas de solda na inspeção de amostragem de raios X é <8%, o que é muito inferior ao limite superior de 25% especificado no padrão IPC-A-610G Classe 3.

A inspeção pós-soldagem não pode depender apenas do AOI, mas deve ser complementada com raios X e verificação da seção transversal

AOI é completamente ineficaz para juntas de solda inferiores BGA. Estipulamos que as primeiras cinco placas de cada lote devem ser 100% inspecionadas por máquina de raio X, com foco na ponte e na distribuição de vazios nas juntas de solda dos cantos. Se a área vazia de uma única junta de solda for >15%, os registros de limpeza do estêncil e os dados de pressão do rodo das 3 horas anteriores deverão ser rastreados. Ao mesmo tempo, 2 placas produzidas em massa são amostradas aleatoriamente todos os meses para seção transversal metalográfica para confirmar se a espessura do IMC é estável na faixa de 3,2 ~ 4,1 μm. Quando exceder esta faixa, o valor de compensação do termopar do forno de refluxo deverá ser calibrado imediatamente.

A verificação do envelhecimento a longo prazo não é uma mera formalidade, mas para fixar o limite da falha

Colocamos diretamente a máquina inteira sem qualquer reparo após a soldagem em uma câmara ambiental de 85 ℃ / 85% UR, alimentamos-a continuamente por 1000 horas e, em seguida, desmontamos os dispositivos BGA. A interface da junta de solda foi observada por MEV. Nenhuma transformação de fase anormal de Cu6Sn5 para Cu3Sn foi encontrada em todas as amostras, e nenhum sinal de descascamento entre as esferas de solda e as almofadas foi observado. Isso indica que a seleção atual da pasta de solda (SN100C+0,5%Ni), a estratégia de abertura do estêncil e o perfil de refluxo do JiaJinYuan formaram uma correspondência de circuito fechado, que realmente suporta a vida útil de 10 anos necessária para cenários 5G e de armazenamento de energia.