Não se apresse em ajustar a temperatura do forno de reFluxo ainda. Mais de 90% dos problemas de esfera de solda QFN estão fortemente correlacionados com o design da abertura do estêncil, especialmente na área central da almofada térmica. O tamanho padrão da almofada térmica QFN é geralmente 3,5 × 3,5 mm, mas muitas fábricas ainda usam aberturas de 100%, o que é um grande erro. Deve ser alterado para aberturas gravadas de 75±3% com chanfros arredondados de 0,15 mm nos quatro cantos; caso contrário, a pasta de solda é comprimida em direção às bordas durante o estágio inicial de refluxo e solidifica em bolas de solda esféricas de 0,2 ~ 0,4 mm.
A seleção da pasta de solda não depende da marca, mas da atividade do nível ROL0 conforme J-STD-004B. O ROL0 tem 30% menos resíduos de resina que o ROL1 e volatiliza mais completamente, evitando que explosões de fluxo na faixa de 150°C a 180°C ejetem solda derretida para fora da almofada. Testamos SN63/PB37+ROL1 e alcançamos uma taxa de esfera de solda de 1,2% a uma temperatura de pico de 235°C; mudar para ROL0 reduziu para 0,07%.
As medições do forno de refluxo devem usar termopares específicos do QFN conectados diretamente ao centro da almofada térmica inferior do dispositivo, não apenas à superfície. A temperatura máxima deve ser estritamente controlada em 238±2°C, e a zona de imersão (acima de 217°C) deve ser limitada a 65~75 segundos. Exceder 78 segundos acelera a oxidação da pasta de solda e dobra a probabilidade de bolas de solda. Um cliente estendeu a zona de absorção para 92 segundos, fazendo com que as taxas de esferas de solda aumentassem de 0,09% para 2,3%.
Entre os parâmetros de impressão, a velocidade de descascamento é um culpado oculto. In áreas densas da almofada QFN, velocidades de descascamento superiores a 25 mm/s fazem com que a pasta de solda seja captada pelo estêncil e forme pequenas esferas de solda que se agregam em bolas após o refluxo. Recomenda-se uma configuração de 18±2mm/s, confirmando a tensão do estêncil ≥35N/cm2. Abaixo de 32N/cm2, a flacidez do estêncil causa aumentos locais repentinos no volume de solda.
A espessura do estêncil deve ser 0,12 mm ou 0,15 mm? Depende do tom. Para passos abaixo de 0,4 mm, deve-se usar 0,12 mm para evitar alto risco de ponte de solda entre as pastilhas; para passo de 0,5 mm e superior, 0,15 mm pode ser usado, mas a proporção de abertura deve ser aumentada de 1,15 para 1,25 para compensar o aumento de volume causado pela maior espessura.
Existem truques para localizar bolas de solda. Se concentrado nos quatro cantos do QFN, primeiro verifique se os cantos arredondados da abertura do estêncil estão faltando ou estão superdimensionados; se distribuído ao longo do centro das bordas longas, é 80% provável que seja devido à pressão irregular do rodo – diferenças de pressão superiores a 5N entre esquerda, centro e direita causam desvio; se espalhado aleatoriamente, meça imediatamente a viscosidade da pasta de solda, que deve ser 750±50Pa·s a 25℃. Muito baixo causa flacidez, muito alto causa má liberação da casca.
Não acredite nas afirmações de que “a limpeza pode resolver o problema”. A limpeza à base de água não tem efeito sobre as esferas de solda já formadas e pode até causar fluxo residual para corroer as almofadas. Se a limpeza for realmente necessária, use nitrogênio para soprar o pó solto antes do refluxo, com velocidade do vento controlada a 12m/s; velocidades acima de 15 m/s perturbarão o formato da pasta de solda.
Existe um fenômeno contra-intuitivo: o refluxo de nitrogênio não reduz necessariamente as bolas de solda. Quando a concentração de oxigênio cai abaixo de 100 PPM, a velocidade de umedecimento da pasta de solda ROL0 é muito rápida e a solda derretida é bloqueada pela tensão superficial antes que possa se espalhar, aumentando a probabilidade de formar uma bola. A concentração ideal de oxigênio medida é de 300±50 PPM, o que produz a menor taxa de esfera de solda.
Após 2.000 impressões, as bordas da abertura do estêncil começam a desenvolver rebarbas, especialmente para aberturas de grandes áreas, como almofadas térmicas. As rebarbas prendem a pasta de solda e formam partículas. A digitalização SEM deve ser realizada a cada 1.500 impressões; qualquer rebarba unilateral superior a 0,012 mm requer descarte imediato. Um lote de mercadorias viu as taxas de esferas de solda saltarem de 0,05% para 0,8% devido ao atraso na substituição do estêncil.
Um detalhe final: após a abertura da embalagem a vácuo dos dispositivos QFN recebidos, eles devem ficar online em até 4 horas. Se o cartão indicador de umidade mostrar >10% UR, será necessário assar. O cozimento a 30°C/24h parece suave, mas causa uma leve reticulação do veículo orgânico na pasta de solda, levando à liberação desigual de gás durante o refluxo e induzindo bolas de solda. A condição real recomendada é 125℃/8h, com resfriamento antes de entrar online.
A inspeção visual pós-refluxo deve utilizar lupa de 15× com LED polarizado; Bolas de solda de 0,2 mm são basicamente invisíveis sob luz branca comum. Concentre-se nas áreas de digitalização onde a lacuna entre a almofada térmica e as almofadas GND adjacentes é <0,3 mm – 90% das bolas de solda perdidas estão escondidas aqui.
Certa vez, a linha de produção excedeu os limites da esfera de solda por três dias consecutivos. A causa raiz foi finalmente encontrada no desgaste dos rolamentos no misturador de pasta de solda, com flutuações de velocidade de ± 18 rpm fazendo com que a dispersão da viscosidade entre lotes excedesse os limites. Após a substituição dos rolamentos, os dados voltaram ao normal. Este tipo de questão não pode ser claramente escrito nos POPs; só pode ser monitorado por pessoas.
A pasta de solda deve ser refrigerada após a abertura, mas deve aquecer por 4 horas antes de ser colocada on-line e agitada manualmente com um rodo por pelo menos 90 segundos. Os misturadores automáticos que funcionam a velocidades superiores a 60 rpm introduzem bolhas, que se tornam terreno fértil para bolas de solda quando estas rebentam.
Não se concentre apenas nos parâmetros do equipamento – primeiro sinta a temperatura do dissipador de calor atrás do forno de refluxo. Se o dissipador de calor na terceira zona estiver quente demais para ser tocado, isso indica falha na circulação de ar quente e o superaquecimento local inevitavelmente gerará bolas de solda. Um termômetro infravermelho deve indicar ≤55℃.
A frequência de limpeza do estêncil deve ser aplicada a cada 500 placas. Após a limpeza com IPA, é necessária uma segunda limpeza com um pano sem fiapos embebido em acetona; o IPA residual reage com a pasta de solda para formar partículas brancas que se misturam nas bolas de solda após o refluxo e são difíceis de distinguir.
In caso de um aumento repentino nas bolas de solda, a primeira ação é pegar três PCBs recém-impressos, colocá-los imediatamente em um freezer a -10 ℃ por 15 minutos, em seguida, removê-los e pressionar suavemente a fita na área da almofada térmica. As partículas cinza prateadas aderidas pela fita são aglomerados de pasta de solda não refluída, indicando que o problema está no estágio de impressão e não no estágio de refluxo.
