В пункте 5.3.2 стандарта IPC-7711/21C прямо оговаривается, что допуск по объему паяльной пасты, используемой для восстановления BGA, составляет ±15 % от номинального значения, тогда как стандарт J-STD-020D.1 требует, чтобы пиковая температура пайки бессвинцового припоя составляла 235 ℃±5 ℃. Это значение нельзя повышать или понижать исходя из опыта, иначе это приведет к резким изменениям внутреннего напряжения в корпусе PBGA и распространению микротрещин в кремниевой подложке чипа. На автомобильном заводе в Шэньчжэне мы однажды установили пиковую температуру на уровне 242 ℃, что привело к проценту отказов 8,7% для трех последовательных партий модулей ЭБУ после высокотемпературного старения; Толщина печати паяльной пасты должна строго соответствовать диаметру шарика припоя BGA. Если размер шарика припоя составляет 0,3 мм, рекомендуемый размер отверстия трафарета составляет 0,28×0,28 мм при толщине 0,12 мм. Если использовать трафарет толщиной 0,15 мм без синхронного уменьшения размера отверстия, то объем паяльной пасты в одной точке превысит верхний предел на 22%, что легко приводит к слиянию шариков припоя и накоплению нижних пустот после оплавления.
Точность контроля температуры сопла горячего воздуха должна быть в пределах ±2 ℃, что является обязательным порогом приемки оборудования, указанным в приложении B стандарта GB/T 3131-2021. В оборудовании с точностью ниже этого порога во время фактической доработки часто наблюдается одновременное плохое смачивание шариков припоя по краям и холодные паяные соединения в центре. Основная причина – дисбаланс градиента температурного поля. Однажды мы проводили измерения с помощью инфракрасного тепловизора на OEM-заводе в Дунгуане и обнаружили, что когда дешевая станция горячего воздуха была настроена на температуру 235 ℃, фактическая температура в центре сопла составляла 237,6 ℃, в то время как в области края была всего 229,3 ℃, с разницей температур 8,3 ℃, что намного превышает технологическое окно ±3 ℃, разрешенное IPC-A-610G; выбранная паяльная паста должна соответствовать требованию активности ROL0 в J-STD-005B, а содержание металла в ней не должно быть ниже 88,5%. Значение ниже этого приведет к увеличению остатков флюса и чрезмерному ионному загрязнению, вызывая электрохимическую миграцию в средах с высокой влажностью. В прошлом году на заводе по производству силовых модулей в Хуэйчжоу из-за этой проблемы произошли сбои CAF партии, при этом все места сбоев были сконцентрированы возле третьего ряда паяных соединений в области BGA.
Скорость нагрева на этапе предварительного нагрева следует контролировать в пределах от 1,5 ℃/с до 2,0 ℃/с. Этот параметр выведен из ограничения по термическому удару для органических субстратов, указанного в пункте 6.4.1 стандарта IPC-7095B. Чрезмерно высокая скорость нагрева не только усугубляет коробление печатной платы, но и вызывает расширение внутренних микропор в подложке из смолы BT, тем самым снижая прочность паяного соединения на сдвиг. Наши тесты показывают, что когда скорость предварительного нагрева превышает 2,3 ℃/с, средняя сила нажатия паяных соединений на устройствах BGA с шагом 0,4 мм снижается на 19%; время выдержки должно гарантировать, что температура поверхности контактной площадки будет стабильной на уровне 150 ℃ ± 5 ℃ в течение как минимум 90 секунд для завершения активации флюса и удаления оксидной пленки, но оно не должно превышать 120 секунд, в противном случае канифольный компонент в паяльной пасте будет чрезмерно карбонизироваться, что приведет к почернению остатков после оплавления, которые трудно очистить. Клиент в Хэфэе однажды установил время удержания на 135 секунд, в результате чего уровень ложных срабатываний AOI вырос до 34%.
Временное окно оплавления должно быть сокращено до 45–65 секунд, при этом время выдержки при пиковой температуре строго ограничено от 4 до 8 секунд. Это ключ к предотвращению чрезмерной взаимной диффузии припоя и аномального утолщения слоя IMC. Фактические измерения показывают, что если выдержка при пиковой температуре превышает 10 секунд, толщина фазы Cu6Sn5 преодолевает критическое значение 3,2 мкм, что значительно снижает срок службы при термическом ударе. Во время переделки платы базовой станции связи в Нанкине мы обнаружили, что для той же ПЛИС Xilinx скорость растрескивания паяных соединений образцов с пиковой выдержкой 9 секунд была в 2,8 раза выше, чем у образцов с выдержкой 6 секунд после 1000 циклов -40 ℃/125 ℃; В процессе очистки необходимо использовать растворители с низким поверхностным натяжением, одобренные IPC-J-STD-033C, а температура очистки не должна быть выше 50 ℃, в противном случае остаточный флюс образует гигроскопичный гель в нижней части BGA, ускоряя процесс гальванической коррозии. Однажды клиент в Сучжоу столкнулся с концентрированной вспышкой отказов, вызванных электростатическим разрядом, в течение трех месяцев после поставки из-за этой проблемы.
Операторы должны использовать детектор XRF для выборочной проверки содержания металлов в паяльной пасте каждую смену и измерять изменение толщины трафарета с помощью микрометра. Трафарет необходимо вывести из эксплуатации, когда степень износа превышает 8% от первоначального значения, поскольку фактическая погрешность площади отверстия выйдет за пределы диапазона допуска ±15% после деформации трафарета; после каждой замены сопла горячего воздуха необходимо выполнять трехточечную калибровку температуры, то есть термопары типа К размещаются в центре сопла, левом и правом краях для синхронного считывания. Если отклонение в любом положении превышает ±2 ℃, требуется повторная калибровка, и квалификация не должна оцениваться исключительно по запросу самопроверки оборудования; перед доработкой необходимо убедиться в отсутствии защитного покрытия на обратной стороне печатной платы и отсутствия танталового конденсатора большой емкости, примыкающего к зоне BGA, в противном случае аномальное локальное тепловыделение вынудит операторов искусственно повышать заданную температуру, создавая тем самым скрытую опасность термического повреждения.
