Когда мы сталкиваемся с трещинами в паяном соединении на производственной линии, нашей первой реакцией является не замена оборудования, а проверка партии паяльной пасты и профиля оплавления, поскольку более 85% скрытых трещин возникают из-за несоответствия коэффициента теплового расширения самой паяльной пасты и подложки в сочетании с чрезмерно высокой скоростью охлаждения на этапе охлаждения, что создает напряжение сдвига внутри паяного соединения. Когда это напряжение накапливается до критического значения на кромке паяного соединения или на границе раздела IMC, образуются микротрещины. Такие трещины часто невидимы под рентгеновским излучением, но они появляются централизованно во время испытаний на старение, проводимых заказчиком при высокой температуре и высокой влажности.
Выбор паяльной пасты для паяных соединений должен строго соответствовать трем жестким показателям: температура Tg должна быть более чем на 20 ℃ выше максимальной рабочей температуры клиента, удлинение должно быть более 45% для поглощения тепловой деформации, а содержание серебра от 0,3% до 0,7% может не только обеспечить смачиваемость, но и избежать снижения усталостной прочности, вызванного чрезмерными хрупкими фазами Ag3Sn. Однажды мы использовали тот же резистор 0402 для сравнения после 500 циклов термического удара от -40 ℃ до 125 ℃ и обнаружили, что скорость растрескивания паяных соединений с использованием низкомодульной паяльной пасты составляла только 1/6 от скорости растрескивания высокомодульных моделей, а положение зарождения трещины сместилось от края площадки к середине тела припоя, что указывает на то, что путь снятия напряжения претерпел существенные изменения.
Размер отверстия трафарета в процессе печати должен строго соответствовать размеру частиц паяльной пасты. Если при использовании паяльной пасты типа 4 все еще используется отверстие трафарета типа 3, это приведет к недостаточному объему паяльной пасты и недостаточной высоте паяного соединения после оплавления. При охлаждении и усадке не хватает избыточного пространства пластической деформации, что весьма вероятно приведет к появлению поперечных трещин в основании паяного соединения. Хотя паста типа 5 подходит для устройств 01005, она более чувствительна к температуре и влажности окружающей среды. Когда относительная влажность в мастерской превышает 60 %, скорость снижения вязкости в 3 раза выше, чем у типа 4, что непосредственно приводит к ухудшению извлечения из формы и повышенному риску образования микротрещин, связанных с шариками припоя.
Пиковая температура оплавления не является чем выше, тем лучше. Когда остаток флюса в паяльной пасте сохраняется более 60 секунд при температуре выше 230 ℃, его карбонизированные продукты внедряются в слой IMC и ослабляют силу сцепления между Cu6Sn5 и матрицей припоя. В это время, даже если паяное соединение выглядит цельным, во время испытания на падение вдоль этой границы его легко отслоить. Мы отследили партию медицинских материнских плат и обнаружили, что после снижения пиковой температуры с 245℃ до 238℃ и сокращения времени выдержки до 45 секунд диапазон колебаний прочности на сдвиг паяного соединения сузился с ±12% до ±5%, а скорость затухания тяги после высокотемпературного хранения снизилась на 40%.
Надежность паяльной пасты не может зависеть только от удлинения и температуры плавления, указанных в паспорте, но также должна проверять ее фактические характеристики в реальной ламинированной структуре печатной платы. Например, комбинация FR4 толщиной 1,6 мм + меди толщиной 2 унции увеличит скорость охлаждения паяного соединения в 1,8 раза быстрее, чем у стандартной платы. В это время необходимо подобрать паяльную пасту для паяного соединения с более низкой температурой стеклования и более быстрой релаксацией напряжений, в противном случае, какими бы хорошими ни были параметры процесса, они не смогут подавить присущие дефекты на уровне материала.
