При отладке профиля пайки оплавления BGA мы должны учитывать диапазон температур активации паяльной пасты, температуру плавления шариков припоя и распределение теплоемкости печатной платы в комплексе. Мы не можем регулировать определенную температурную зону изолированно; в противном случае слишком короткая зона выдержки приведет к недостаточному испарению остатков флюса, а слишком быстрое повышение температуры в зоне пика приведет к затвердеванию припоя до полного снятия поверхностного натяжения, тем самым задерживая газ и образуя пустоты.
Скорость нагрева зоны предварительного нагрева должна контролироваться в пределах от 1,2 ℃/с до 1,8 ℃/с. Этот диапазон может не только обеспечить медленный выход растворителей, но и предотвратить разрушение паяльной пасты. Если скорость превышает 2,0 ℃/с, на производственной линии JJY один раз последовательно наблюдались всплески на краях паяных соединений, сопровождающиеся коэффициентом площади пустот более 35% в трех партиях устройств BGA. Повторное тестирование показало, что это было вызвано преждевременной карбонизацией канифольной смолы в паяльной пасте, которая заблокировала выпускные каналы.
Температура зоны выдержки устанавливается в диапазоне от 150 ℃ до 170 ℃, продолжительность не менее 90 секунд. Это окно должно закрывать пик разложения всех органических носителей в паяльной пасте. С помощью термопар мы измерили, что фактическая температура в центральной точке дна BGA на 12 ℃ ниже, чем настройка печи. Поэтому, когда на дисплее температуры печи отображается 160 ℃, фактическое значение составляет всего 148 ℃. Если отображаемое время установлено на 60 секунд, фактическое эффективное время выдержки будет меньше 45 секунд, и скорость испарения неизбежно увеличится.
Пиковая температура оплавления не является чем выше, тем лучше. Теоретическая температура плавления шариков припоя Sn63Pb37 составляет 183 ℃, но для пайки BGA требуется, чтобы пик достигал 217 ℃ ± 3 ℃ и сохранялся в течение 45 ± 5 секунд. При температуре ниже 215 ℃ шарик припоя плавится недостаточно, и пустоты не могут быть выдавлены потоком расплавленного металла. При температуре выше 220 ℃ медная фольга контактной площадки печатной платы склонна к окислению, а паяльная маска вздувается. Рентгеновская проверка JJY подтвердила, что под платформой с температурой 217℃ пустоты концентрируются в области 4×4 в центре BGA, а при 219℃ пустоты в этой области вместо этого расширяются, что указывает на то, что перегрев вызывает сильное испарение флюса, образуя обратное возмущение давления воздуха.
Скорость охлаждения не менее важна и должна поддерживаться в диапазоне от -2,5℃/с до -4,0℃/с. Слишком быстрая скорость приведет к образованию микротрещин в паяном соединении и укрепит морфологию пустот, а слишком медленная приведет к укрупнению зерен и ослаблению прочности на сдвиг. Мы сравнили различия в наклоне зоны охлаждения в одной и той же партии печи. При температуре -3,2 ℃/с скорость прохождения паяного соединения BGA составила 99,6%, а при температуре -1,8 ℃/с скорость прохождения тяги упала до 87,3%. Рентгенография одновременно показала, что контуры пустот последней были более неровными и в основном связными.
Каждый раз, когда используется новая партия паяльной пасты или изменяется толщина печатной платы, необходимо повторно запускать плату для испытания на температуру в печи. Потому что индекс тиксотропности и температура кипения растворителя различных паяльных паст могут различаться до 15 ℃, а тепловая инерция платы FR4 толщиной 2,0 мм на 23% выше, чем у платы толщиной 1,6 мм. Если используется старый профиль, фактическая температура в зоне выдержки будет более чем на 8 ℃ ниже, что непосредственно приведет к увеличению уровня пустот до более чем 12%.
