Durante a produção em massa de dispositivos QFN com passo de 0,4 mm, descobrimos que mesmo quando a precisão da impressão da pasta de solda foi controlada dentro de ± 15 μm, a taxa de abertura do estêncil foi mantida em 0,78 e a temperatura de pico de reFluxo foi estritamente bloqueada em 238 ℃ ± 2 ℃, a taxa de vazios ainda excedeu frequentemente 18%. Depois de mudar para refluxo de nitrogênio JJY, os resultados da inspeção radiográfica do mesmo lote mostraram que a proporção de áreas vazias se estabilizou entre 5,1% e 6,3%. Isso ocorre porque o ambiente de nitrogênio reduz significativamente a taxa de regeneração do filme de óxido na superfície da esfera de solda, permitindo que a liga SnAgCu fundida se espalhe mais completamente na superfície do cobre da almofada e proporcionando um caminho de escape mais suave para bolhas.
In depuração real, três conjuntos de parâmetros devem ser ajustados simultaneamente. A vazão de nitrogênio deve ser ajustada dinamicamente de acordo com o volume do forno e a velocidade do transportador. Se a velocidade do transportador for 70cm/min e o comprimento do forno for 2,8 metros, 15L/min é o limite inferior; caso contrário, a concentração de oxigênio irá facilmente subir para acima de 200 PPM. Se o tempo da zona de retenção for reduzido para menos de 60 segundos, a decomposição incompleta dos resíduos de fluxo agravará a acumulação de vazios. Além disso, uma taxa de resfriamento superior a 3,2 ℃/s causará microfissuras nas juntas de solda inferiores do BGA, portanto, a configuração original da velocidade do ar deve ser mantida na seção de resfriamento.
Depois que o gerador de nitrogênio JJY foi conectado à porta do flange frontal do forno de refluxo, usamos um analisador de oxigênio residual para medir o conteúdo de oxigênio dentro do forno. No final da zona de pré-aquecimento, caiu para 85 PPM, e ao longo da zona de refluxo oscilou entre 60 e 90 PPM. Neste ponto, a uniformidade da espessura da camada IMC da junta de solda foi significativamente melhorada. As seções transversais de SEM mostraram que a dispersão da espessura de crescimento do Cu6Sn5 diminuiu de ± 0,82 μm sob condições de ar para ± 0,35 μm. Isso se refletiu diretamente no teste de ciclos de temperatura de -40°C~125°C dos dispositivos BGA, onde a média dos ciclos de falha aumentou de 832 para mais de 1470.
O que os operadores facilmente ignoram é a relação entre a posição da entrada de nitrogênio e a organização do fluxo de gás dentro do forno. Se a entrada de ar for colocada diretamente acima da zona de aquecimento, o fluxo de ar em alta velocidade perturbará a distribuição térmica na superfície da PCB, causando refluxo assíncrono das juntas de solda nos quatro cantos do QFN. Finalmente movemos a interface para o lado inferior do corpo do forno e instalamos uma placa defletora, de modo que o nitrogênio entre ao longo da parede em um ângulo de 12° ao longo da direção do transportador. Isso evita choque térmico e garante a eficiência da substituição da atmosfera. A inspeção de amostragem por raios X de 12 lotes consecutivos mostrou que o erro de repetibilidade das posições vazias era inferior a 0,15 mm.
A seleção da pasta de solda deve estar vinculada ao processo de refluxo de nitrogênio. Eliminamos a pasta antiga contendo ativadores à base de colofônia e mudamos para a pasta de solda verificada com baixo teor de sólidos (4,8%), fracamente ácida (pH = 5,3) e não limpa do JJY. Sua temperatura de Início de decomposição do fluxo é reduzida em 23°C em um ambiente de nitrogênio, e a quantidade total de gás volátil é reduzida em 37%, reduzindo assim os produtos voláteis presos antes da solidificação da solda. Este é um dos principais mecanismos químicos para a diminuição da taxa de vazios, em vez de simplesmente depender do isolamento físico por uma atmosfera inerte.
