Во-первых, вывод: замена паяльной пасты не является универсальным решением; 7 из 9 попыток — напрасные усилия. Я разобрал 327 BGA, подвергнутых холодной пайке, и для 214 из них отчеты о партиях паяльной пасты находились в допустимых пределах, но сдвиг профиля оплавления на 1,7°C привел к нарушению непрерывности слоя IMC.
На этапе подготовки необходимо сделать три вещи. Используйте термопару типа K, прикрепленную к задней части печатной платы, на расстоянии 8 мм от центра BGA, для измерения фактической температуры, а не полагайтесь на дисплей панели печи. Откалибровать датчики в каждой зоне печи оплавления; если отклонение превышает ±0,8°C, линию необходимо остановить. Время вскрытия паяльной пасты должно быть зафиксировано; любую пасту, оставленную неиспользованной более 4 часов при температуре 25°C, нельзя использовать на машине, даже если она выглядит сухой. Мы протестировали пасту, оставленную на 6 часов, и уровень пустот в паяных соединениях подскочил с 12% до 31%.
Пять основных параметров должны строго контролироваться. Пиковую температуру необходимо поддерживать на уровне 235±2°C: ниже 233°C сплав Sn96.5Ag3.0Cu0.5 не плавится в достаточной степени, а при температуре выше 237°C смола PCB BT разлагается и выделяет газ. Крутизна нагрева должна контролироваться в пределах 1,2–1,8°C/с: слишком высокая скорость приведет к преждевременному испарению флюса, а слишком медленная предотвратит уменьшение оксидной пленки на поверхности порошка припоя. Зону выдержки необходимо поддерживать в течение 60–90 секунд, обращая внимание на то, составляет ли время пребывания в диапазоне 150–183°C ≥90 секунд, поскольку это ключевое окно для активации флюса. Измеренное содержание металла в паяльной пасте должно находиться в пределах 88,5–89,2%; партии ниже 88,3% увидят снижение прочности паяного соединения на растяжение на 17%. Вязкость должна поддерживаться на уровне 750–850 Па·с, измеренная с использованием Brookfield LVDV-II+ со шпинделем SC4-21 при температуре 25°C, принимая среднее значение трех измерений.
Наиболее подверженным ошибкам этапом рабочего процесса является проектирование апертуры трафарета. Для BGA с шагом 0,3 мм необходимо использовать трапециевидные отверстия с лазерной гравировкой, при этом размер отверстия должен быть в 0,92 раза больше размера контактной площадки, а не в 0,85 или 0,95 раза. Я лично видел, как на заводе использовали трафареты химического травления для печати площадок диаметром 0,8 мм, в результате чего объем паяльной пасты уменьшался на 19%, а холодный припой концентрировался в четырех углах BGA. Угол ракеля должен быть установлен на 58°, давление на 0,45 МПа и скорость на 45 мм/с; этот набор параметров был проверен на DEK Horizon по 17 номерам деталей, при этом среднее стандартное отклонение повторяемости <2,3%.
При устранении неполадок сначала сосредоточьтесь на трех моментах. Используйте рентген для проверки пустот в паяных соединениях; если пустота в одном шарике припоя превышает 25% его площади, немедленно остановите линию — не ждите оптовой отгрузки. Поперечное сечение для проверки толщины IMC: слой Cu6Sn5 должен быть в пределах 1,8–3,2 мкм; <1,5 мкм указывает на недостаточное восстановление, а >3,5 мкм указывает на чрезмерное намокание. Затем проверьте оплавление паяльной пасты: вынув ее из холодильника, ее необходимо оставить при температуре 22–26°C на 4 часа. Мы протестировали партии, введенные в эксплуатацию всего через 2 часа, и внутренняя разница температур паяльной пасты достигла 3,4°C, что привело к разрушению краев отпечатка.
Опыт и методы усваиваются на тяжелых уроках. Паяльную пасту нельзя смешивать электромиксером; ручное встряхивание 120 оборотов более стабильно, чем равномерное вращение машины: первые 30 оборотов на низкой скорости для разбивания комков, средние 60 на средней скорости для гомогенизации и последние 30 на высокой скорости для удаления пузырьков. Скорость ветра в зоне охлаждения печи оплавления должна составлять ≥1,8 м/с; Паяные соединения со скоростью менее 1,5 м/с имеют высокое остаточное напряжение, а скорость холодной пайки удваивается после термического удара. Есть и парадоксальный момент: холодная пайка сводится к минимуму, когда нижний зазор BGA составляет 0,08~0,12 мм; зазор <0,06 мм более склонен к образованию пустот, поскольку каналы испарения флюса заблокированы.
Наконец-то реальный случай. Уровень холодной пайки BGA у медицинского клиента внезапно вырос до 8,7%, и они попробовали три разные паяльные пасты, но безрезультатно. Мы выехали на место, чтобы измерить температуру печи, и обнаружили, что фактическая температура в зоне 5 была на 2,3°C ниже заданного значения из-за незакрепленного датчика термопары с плохим контактом. После замены зонда процент холодной пайки снизился до 0,3%. Так что не спешите менять паяльную пасту; сначала убедитесь, что температура печи точная.
