На реальных производственных линиях In паяльная паста олово-висмут в основном используется для термочувствительных устройств, таких как чипы жидкокристаллических драйверов COG, гибкие светодиодные ленты, носимые модули с МЭМС-датчиками и многослойные керамические конденсаторы (X7R/X5R). Температура стеклования пластиковых корпусов этих устройств обычно ниже 150°C. Если используется обычная пайка оплавлением при температуре 217°C, это может легко привести к вздутию корпуса, окислению контактов или деформации подложки. Благодаря эвтектической температуре плавления 138°C и узкому диапазону плавления паяльная паста олово-висмут может обеспечить стабильное смачивание в атмосфере азота. Однако обязательным условием является то, что размер отверстия трафарета должен быть в 0,85 раза больше исходного размера площадки и использоваться с паяльной пастой, имеющей размер частиц менее 30 мкм; в противном случае уровень брака печатных изданий резко увеличится и превысит 12%.
Мы обнаружили, что проблема холодной пайки низкотемпературной паяльной пасты на корпусах QFN48 большого размера особенно заметна. Основная причина заключается в том, что медная фольга большой площади в нижней части устройства слишком быстро поглощает тепло, в результате чего локальная пиковая температура отстает от температуры окружающих небольших площадок более чем на 8°C. К этому моменту паяльная паста олово-висмут уже начала затвердевать и не может завершить вторичную компенсацию оплавления. Решение состоит не просто в повышении температуры печи, а в уменьшении скорости печной цепи, соответствующей этой зоне, на 15% и увеличении времени пребывания в зоне предварительного нагрева, чтобы общий тепловой баланс печатной платы был улучшен с точностью до ±2,5°C. В противном случае даже использование высокоактивного флюса RMA не сможет улучшить уровень пустот.
Недостатки надежности паяльной пасты сконцентрированы при испытаниях в температурном цикле от -40°C до 125°C. После 200 циклов в фазе сплава олово-висмут наблюдается явное скольжение по границам зерен, а прочность на сдвиг паяного соединения снижается на 37%. В тех же условиях SAC305 по-прежнему сохраняет 82% от своего первоначального значения. Еще более неприятно то, что паяльная паста олово-висмут чрезвычайно чувствительна к обработке поверхности печатной платы. Если толщина пленки OSP меньше 0,3 мкм или колебания толщины слоя никеля ENIG превышают ±0,05 мкм, это вызывает прерывистый рост межфазной IMC, вызывая иллюзию холодного паяного соединения. Этот тип дефекта практически не распознается при осмотре AOI и должен быть обнаружен с помощью рентгеновской томографии.
Проверка производственной линии показывает, что паяльная паста олово-висмут имеет серьезные риски совместимости с двусторонними смешанными монтажными платами. Когда на стороне A используется низкотемпературная паяльная паста для пайки разъемов FPC, а на стороне B используется SAC305 для пайки основного блока управления SOC, второй проход через печь приведет к тому, что паяные соединения на стороне A будут неоднократно подвергаться процессу плавления-затвердевания, усиливая сегрегацию элементов Bi и образуя хрупкую фазу, богатую висмутом. In В одном проекте медицинского монитора нам пришлось переработать 176 основных плат партиями из-за этой проблемы. Окончательное решение заключалось в том, чтобы перейти на сторону B к ступенчатому процессу оплавления и уменьшить толщину печати паяльной пасты со 120 мкм до 95 мкм, чтобы сократить время переплавки.
В настоящее время все поставщики трафаретов, заявляющие о своей совместимости с паяльной пастой, не раскрыли свои стандарты контроля за заусенцами на микронном уровне после лазерной резки. In при фактическом производстве заусенцы размером более 0,03 мм напрямую царапают интерметаллиды Bi-Sn в частицах паяльной пасты, вызывая неровные следы на кромке печати. Этот тип дефекта проявляется в недостаточном одностороннем смачивании после пайки резистора 0402, но все функциональные испытания проходят успешно. Только после того, как вся машина подвергнется HALT-тестированию, в ней обнаруживаются периодические разомкнутые цепи. Таким образом, нанесение паяльной пасты не должно быть отделено от замкнутой проверки фактических данных измерений конкретных производителей трафаретов.
