A contradição essencial na soldagem SMT de PCBs de cobre espesso reside no fato de que a capacidade térmica do substrato de cobre é muito maior do que a das placas FR-4 convencionais. A capacidade de calor de 2 onças de espessura de cobre (70 μm) é aproximadamente 1,9 vezes maior que a de 1 onça de espessura de cobre (35 μm), resultando em um atraso de resposta à temperatura da superfície da placa de 8 a 12 segundos sob a mesma potência de aquecimento. Se o perfil de temperatura de reFluxo FR-4 padrão for aplicado, é altamente provável que o fluxo da pasta de solda entre na zona de refluxo sem ativação suficiente ou que a diferença excessiva de temperatura local durante a fusão da solda faça com que a taxa de vazios da junta de solda exceda o padrão. Nossa medição no local em uma linha de produção de módulo de potência descobriu que quando a temperatura real da almofada da placa de cobre espessa era 14°C inferior à temperatura da cavidade do forno medida pelo termopar, a proporção de áreas vazias das juntas de solda inferiores dos dispositivos QFN atingiu até 32%, excedendo em muito o limite superior de 25% permitido pela IPC-A-610H Classe 2.

O IPC-J-STD-020D exige explicitamente controle estrito de temperatura de pico para dispositivos de grau MSL3 e superior, onde o limite superior de temperatura de pico para dispositivos MSL3 é 260°C e a duração não deve exceder 30 segundos. No entanto, devido à grande Inércia de absorção de calor das placas espessas de cobre, o fenômeno de"superaquecimento na superfície e subaquecimento na camada inferior" ocorre frequentemente em fornos de refluxo tradicionais. Certa vez, usamos um termovisor infravermelho para monitorar continuamente o gradiente de temperatura de uma placa de cobre dupla-face com 2 mm de espessura e descobrimos que no final da zona de pico, a temperatura da camada superior atingiu 263 ° C, enquanto a almofada da camada inferior correspondente era de apenas 241 ° C. Esta diferença de temperatura leva diretamente a um mau umedecimento das juntas de solda inferiores do BGA, e este desvio não pode ser compensado ajustando a velocidade do forno. Deve ser melhorado estendendo o tempo da zona de imersão e aumentando a taxa de rampa de pré-aquecimento para melhorar a uniformidade térmica.

A seleção da pasta de solda deve ser projetada em conjunto com as características de resposta térmica das placas espessas de cobre. Embora as pastas de solda não limpas, como a série NC-550, tenham poucos resíduos, seu sistema de colofônia tem uma temperatura de ativação relativamente alta (ponto de ativação inicial em torno de 150°C), que é propenso à carbonização prematura durante o lento processo de aquecimento de placas de cobre espessas e, em vez disso, dificulta a propagação da solda. Comparamos e testamos as mudanças no ângulo de molhamento de três pastas de solda em placas OSP com espessura de cobre de 2 onças e descobrimos que o Kester NXG-45 começou a reduzir significativamente o ângulo de molhamento a 145°C, enquanto o NC-550 não apresentou uma diminuição significativa até 158°C. Portanto, para placas de cobre espessas, é mais recomendado o uso de pastas de solda com baixa temperatura de ativação, alto teor de metal (90,5%) e índice tixotrópico >1,8. Ao mesmo tempo, os parâmetros de impressão precisam ser ajustados de forma síncrona: a proporção da área de abertura do estêncil não deve ser inferior a 0,66 e a pressão do rodo deve ser mantida em 4,2kgf±0,3kgf. Caso contrário, a taxa de transferência da pasta de solda diminuirá em mais de 12% devido ao efeito de adsorção em baixa temperatura da placa de cobre.

A otimização do perfil de temperatura de refluxo não pode ser realizada isoladamente e deve ser avaliada de forma abrangente em combinação com a capacidade da zona do forno e a uniformidade da circulação de ar quente. Embora um forno de refluxo doméstico de oito zonas tenha uma precisão de controle de temperatura nominal de ±1°C, a flutuação de temperatura medida nas zonas 3 a 5 atinge ±3,7°C quando totalmente carregado com placas de cobre espessas, resultando em um desvio real do tempo da zona de imersão de mais de 23 segundos. Finalmente adotamos um método de ajuste de rampa segmentado: definimos as zonas de pré-aquecimento de 1 a 3 para 0,8°C/s e reduzimos as zonas de 4 a 5 para 0,4°C/s para suprimir respingos de pasta de solda. A Zona 6 (zona de imersão) é estritamente mantida a 150°C±2°C durante 95 segundos para garantir a evaporação do solvente. A seção de refluxo adota uma estratégia de pico duplo: o primeiro pico é mantido a 217°C por 12 segundos para ativar a solda, e o segundo pico impacta 260°C a partir de 238°C com um tempo de fase líquida de ≥4 segundos. Essa configuração aumentou o rendimento de uma determinada placa de cobre espessa de MCU automotivo de 89,7% para 99,2%, e a taxa de vazios na junta de solda na inspeção de amostragem de raios X foi controlada de forma estável em ≤18,3%.

A verificação no local deve usar termopares reais montados em PCB, e é estritamente proibido confiar nas leituras dos sensores embutidos no forno, porque estes refletem a temperatura do duto de ar e não a temperatura da superfície da placa. Certa vez, descobrimos que após a substituição do mesmo equipamento por placas de cobre de diferentes espessuras, o desvio máximo entre a temperatura do display do forno e a temperatura medida da almofada atingiu 22°C, e a direção do desvio era imprevisível. Recomenda-se organizar 5 termopares tipo K nos quatro cantos e no centro de cada lote de placas de primeiro artigo e fixá-los com fita de alta temperatura + graxa de silicone resistente ao calor. A frequência de amostragem não deve ser inferior a 2 Hz. Depois de importar os dados para o software CurveTracer, concentre-se em verificar se o tempo de liquidação acima de 183°C está dentro da faixa de 45 a 90 segundos. Menos de 45 segundos são propensos à soldagem a frio, enquanto mais de 90 segundos agravarão o risco de migração de cobre. Este requisito de faixa é derivado da restrição de envelhecimento acelerado na taxa de crescimento de compostos intermetálicos de juntas de solda em JEDEC JESD22-A108F.