Самая большая проблема при монтаже шариков BGA — это смещение пасты после печати, перемычки или отсутствие шариков после оплавления. Эти проблемы часто вызваны не точностью оборудования, а неправильным соответствием реологических свойств паяльной пасты, отверстий трафарета и параметров ракеля. Мы неоднократно проверяли паяльную пасту JJY SN63Pb37-205 на BGA с шагом 0,3 мм и обнаружили, что ее кривая спада вязкости не показывает явного спада в течение 45 минут при комнатной температуре 25 ℃. В сочетании с углом ракеля 30° и скоростью печати 80 мм/с можно достичь скорости формирования одиночного шарика 98,7%.
Соотношение объема апертуры трафарета и объема паяльной пасты должно быть строго зафиксировано в диапазоне 0,62～0,68.
Чрезмерно большое отверстие приведет к чрезмерному оседанию паяльной пасты после оплавления, что приведет к образованию перемычек, тогда как слишком маленькое отверстие приведет к недостаточному диаметру шарика и его легкому смещению из-за нарушения воздушного потока. Мы протестировали тот же лазерный трафарет толщиной 0,18 мм с размером апертуры 0,26×0,26 мм, а объем одноточечного нанесения паяльной пасты JJY составил 12,3 нл. После оплавления средний диаметр шариков припоя составил 0,298 мм со стандартным отклонением всего ±0,006 мм. При переходе на апертуру 0,24 мм диаметр шарика упал до 0,272 мм, а степень отклонения за пределы допуска достигла 11,3%. Это показывает, что регулятор объема необходимо калибровать синхронно с размером частиц паяльной пасты (25±3 мкм) и скоростью испарения флюса.
Давление и угол ракеля требуют динамической регулировки.
Когда давление ракеля установлено в пределах 0,8～1,2 кгс и угол зафиксирован на уровне 30°, распределение напряжения сдвига паяльной пасты внутри отверстий трафарета становится равномерным. Однако если угол упадет до 25° и давление увеличится до 1,3 кгс, паяльная паста будет стекать по краям BGA, вызывая эксцентриситет шарика. Однажды нам не удалось синхронно отрегулировать угол и давление, и мы столкнулись с систематическим смещением направления на 12 часов в трех последовательных партиях доработок BGA рядом с корпусами QFN. Повторное измерение показало, что расстояние между опорными ребрами трафарета в этом положении увеличилось на 0,03 мм, что привело к недостаточному локальному давлению вниз. После армирования клеем проблема вернулась в норму.
Время выдержки перед оплавлением влияет на восстановление поверхностного натяжения паяльной пасты
Время выдержки от завершения печати до входа в печь оплавления наиболее надежно контролируется на уровне 4～7 минут. Если время меньше 3 минут, флюс не полностью смачивает поверхность медной площадки, что позволяет шарику легко отодвинуться от центра потоком воздуха во время оплавления. Если более 9 минут, растворитель на поверхности паяльной пасты улетучивается слишком быстро, образуя твердую пленку, препятствующую самовыравнивающемуся движению шарика на ранней стадии плавления. In мы увеличили время выдержки до 11 минут, а рентгеновский контроль показал, что 23% шариков припоя имели смещение ≥25 мкм, а уровень пропущенного обнаружения AOI достиг 41%. После перехода на поддерживающую печь азотного оплавления JJY окно стояния сократилось до 5～8 минут, сохраняя при этом смещение ≤18 мкм.
Колебания температуры и влажности окружающей среды усиливают нелинейное поведение паяльной пасты.
Когда температура в цеху повышается с 23℃ до 26℃, а относительная влажность падает с 50% относительной влажности до 42% относительной влажности, начальная липкость той же партии паяльной пасты JJY снижается на 17%, а вероятность самопроизвольного смещения кромочных шариков в течение 3 минут после печати увеличивается в 2,8 раза. Поэтому мы требуем, чтобы паяльные станции были оборудованы камерами с постоянной температурой и влажностью с двойным контролем, стабилизирующими рабочую зону на уровне 24±0,5℃ и относительной влажности 48±2%. После реализации данного мероприятия производительность монтажа шаров за один проход в сутки увеличилась с 91,6% до 97,3%.
