Тяжелые медные платы (≥3 унций) и многослойные платы высокой плотности с 12 и более слоями демонстрируют чрезвычайно сильную тепловую инерцию во время пайки BGA. Их эквивалентная теплоемкость более чем в 2,3 раза выше, чем у обычных двухслойных плат весом 1 унция. Если используется стандартный профиль оплавления, температура поверхности печатной платы отстает от фактической мощности горячего воздуха более чем на 42 секунды. На этом этапе шарики припоя в нижней части BGA не полностью расплавлены, а верхняя часть уже перегрелась и окислилась, что непосредственно приводит к чрезмерному образованию пустот и прерывистым слоям IMC. Однажды мы использовали профилировщик температуры KIC для измерения одной 16-слойной медной платы весом 3 унции. При той же скорости конвейера время достижения центральной точки поверхности доски 200 ℃ было на 17,6 секунды позже, чем края. Это заставило нас увеличить общую продолжительность зоны предварительного нагрева с 85 секунд до 132 секунд и снизить скорость нагрева в сегменте 150℃～180℃ с точностью до 0,5℃/с. В противном случае MLCC небольшого размера вокруг BGA будут подвержены скрытому растрескиванию из-за внезапных изменений температурного напряжения.
Температура зоны выдержки не может быть просто установлена на уровне 150±5℃ согласно учебникам, ее необходимо динамически регулировать в соответствии с распределением медной фольги внутри платы. Если под областью BGA имеется большая площадь медной заливки или полностью внутренняя плоскость заземления, температуру выдержки необходимо повысить до 162 ℃ и поддерживать в течение не менее 110 секунд. Только таким образом тепло сможет полностью проникнуть через медный слой и достичь поверхности контакта шарика припоя. В противном случае активные компоненты флюса в паяльной пасте попадают в оплавление, не будучи полностью активированными, что приводит к плохому смачиванию и сферическому остатку. JJY Паяльная паста серии S-6300 требует, чтобы температура нижней части печатной платы в конце зоны выдержки составляла не менее 148 ℃ в таких рабочих условиях. В противном случае вероятность асинхронного плавления шариков припоя на этапе оплавления возрастает в 3,8 раза.
Скорость нагрева в пиковой зоне должна контролироваться в пределах 0,8 ℃ в секунду, а окно пиковой температуры строго ограничено диапазоном от 235 ℃ до 238 ℃. Когда температура превышает 239 ℃, подложка из смолы BT начинает значительно разлагаться и выделять ионы хлорида, которые, в свою очередь, разъедают границы зерен сплава SnAgCu. При пакетной переработке одной главной платы управления связью мы обнаружили, что только за счет снижения пиковой скорости нагрева с 1,1 ℃/с до 0,7 ℃/с количество микропустот (<50 мкм), обнаруженных с помощью рентгеновских лучей в паяных соединениях BGA, уменьшилось на 64 %, а коробление чипа сократилось со 127 мкм до 83 мкм. Стоит отметить, что после снижения скорости конвейера скорость ветра в зоне охлаждения необходимо синхронно увеличить до 1,8 м/с. В противном случае толщина IMC паяных соединений превысит предел, что повлияет на надежность термостойкости.
Все настройки параметров должны основываться исключительно на измеренном многоточечном профиле температуры поверхности платы. Применение шаблонов строго запрещено. Однажды мы использовали один и тот же набор параметров на двух платах с похожей структурой, но с разницей в толщине меди внутреннего слоя в 0,5 унции в одной и той же модели печи оплавления. В результате процент холодной пайки BGA на толстой медной плате достиг 12,7%, а на тонкой медной плате — всего 0,3%. Основная причина разницы заключается в том, что длина пути теплопроводности отличается на 11,4 мм, что определяет, что время теплового отклика не может быть линейно экстраполировано. Перед каждым изменением модели необходимо провести как минимум 3 термопарных измерения с использованием одной и той же партии печатных плат и взять среднее значение для корректировки параметров, а не полагаться на эмпирическую оценку.
