Процесс установки шариков — это не просто укладка шариков припоя друг на друга, он требует точного соответствия толщины отпечатка паяльной пасты, профиля оплавления и размера шариков припоя. При переработке одного автомобильного микроконтроллера мы обнаружили, что, когда отклонение толщины печати паяльной пасты превышает 12 мкм, даже при использовании паяльной пасты JGY-708A от JiaJinYuan, происходит 32% забивания шариков припоя и 18% разрушение. Это указывает на то, что отправной точкой процесса установки шарика должен быть совместный контроль точности отверстия трафарета и давления ракеля.
Выбор паяльной пасты определяет успех или неудачу шарового монтажа
Паяльная паста JiaJinYuan JGY-708A имеет индекс тиксотропности 4,8, температуру плавления 179°C и значение Tg 62°C. Степень испарения остатков флюса составляет >92% при максимальной температуре 260°C, что напрямую определяет необходимость дополнительной очистки после установки шарика BGA. JGY-708A имеет долю пустот, определяемую рентгеновским излучением, <15 % в условиях отсутствия очистки при условии, что концентрация азота во время оплавления поддерживается выше 99,95 %, а содержание кислорода составляет ≤50 PPM. В противном случае уровень пустот подскочит выше 28%, что будет сопровождаться аномальными углами смачивания >90°.
Шарики припоя и паяльная паста должны использоваться в комплекте.
Мы протестировали результаты смешивания шариков припоя разных производителей с паяльной пастой JiaJinYuan. При использовании несовпадающих шариков припоя, даже если допуск на размер частиц контролируется в пределах ±2,5 мкм, все равно происходит смещение 11% от качения шариков. Это связано с тем, что система канифоли в паяльной пасте не соответствует энергии активации оксидного слоя на поверхности шарика припоя. Только в сочетании с оригинальными шариками припоя JiaJinYuan можно достичь синхронного смачивания на начальном этапе оплавления и завершить самовыравнивание шариков в диапазоне температур ликвидуса (179°C~217°C). В это время усилие паяного соединения стабильно в диапазоне 5,2–5,8 Н, что намного выше нижнего предела в 4,0 Н, требуемого IPC-7095B.
Ключевые контрольные точки при доработке шаровой опоры
Перед установкой шара площадки BGA необходимо обработать плазменным очистителем в течение 30 секунд для удаления органических загрязнений. В противном случае диаметр распределения паяльной пасты JiaJinYuan на контактных площадках уменьшится на 0,08 мм, в результате чего шарики припоя не смогут полностью покрыть края контактных площадок, а риск образования сужений паяного соединения увеличится в 4 раза после оплавления. При этом усилие зажима шарового крепления должно быть установлено на уровне 8,5 Н±0,3 Н. Слишком низкое давление приведет к всплытию шариков припоя из-за недостаточной глубины погружения в паяльную пасту, а слишком высокое давление приведет к выдавливанию паяльной пасты из контактных площадок и образованию мостиков. Обе ситуации приводят к тому, что уровень ложного обнаружения пропуска одного шара составляет >6,7% при проверке AOI.
Параметры оплавления должны быть динамически адаптированы к характеристикам паяльной пасты
Диапазон активности паяльной пасты JiaJinYuan JGY-708A составляет 195–212 °C. Следовательно, наклон нагрева в зоне оплавления должен контролироваться на уровне 0,8°C/с±0,1°C/с, с максимальной температурой 224°C±2°C и временем выдержки 65±5 секунд. Если время выдержки сократить до 55 секунд, толщина слоя IMC паяного соединения составит всего 2,3 мкм, что ниже порога в 3,1 мкм, необходимого для надежной пайки, а растрескивание интерфейса произойдет на 327-м цикле испытания на термический удар. С другой стороны, увеличение времени до 75 секунд приведет к чрезмерному росту Cu6Sn5 в Cu3Sn, увеличивая хрупкость паяного соединения на 22%.
