Проблемы холодной пайки никогда не были изолированным явлением на производственных линиях JiaJinYuan; они являются неизбежным результатом совокупного давления несоответствующих температурных профилей оплавления и чрезмерной теплоемкости печатной платы. Когда односторонние платы имеют толщину меди 2 унции, размеры панели превышают 200×250 мм и включают медные заливки большой площади, фактическая температура поверхности платы, измеренная в печи оплавления, на 8 ~ 12 ℃ ниже, чем в положении крепления термопары. Если дополнительно присутствует занижение размера отверстия трафарета, ухудшение активности паяльной пасты или колебание чистоты азота ниже 99,85%, частота холодной пайки возрастет более чем в 3 раза.
Однажды мы обнаружили паяные соединения со значениями испытания на осевое усилие ниже 4 Н на компонентах корпуса DIP-8 в течение трех дней подряд. Рентгеновское сканирование выявило долю внутренних пустот 35%, а поперечное сечение подтвердило неполное оплавление припоя. Дальнейшее расследование показало, что в партии печатных плат использовалась подложка FR-4+High TG170 с степенью покрытия медью тыльной стороны до 68%, в то время как в настройках температуры оплавления по-прежнему использовались устаревшие параметры. Пиковая температура зоны оплавления составила всего 212℃ при продолжительности менее 45 секунд, что было принципиально недостаточно для преодоления ее тепловой инерции. Что еще более важно, термопара была ошибочно прикреплена к зоне, свободной от меди, в результате чего система контроля температуры сделала неверную оценку и активно снизила мощность нагрева.
Решение должно включать одновременную настройку оборудования и параметров процесса. Сначала вручную увеличьте мощность нагрева зон 5–7 печи оплавления JiaJinYuan на 12% и уменьшите скорость конвейера с 75 см/мин до 62 см/мин. Затем используйте двухточечные термопары для измерения разницы температур между центром и краями печатной платы, обеспечивая ΔT≤5℃. В то же время увеличьте толщину печати паяльной пастой со 120 мкм до 135 мкм, чтобы компенсировать потери на поглощение тепла, но никогда не превышайте 140 мкм, в противном случае может произойти образование мостов. Наконец, необходимо, чтобы все печатные платы с высокой теплоемкостью подвергались предварительному обжигу при 60 ℃ в течение 2 часов перед оплавлением, чтобы устранить эффект поглощения влаги и расширения, вызванный внутренним напряжением ламинирования.
На этапе проверки одна и та же печатная плата должна быть повторно оплавлена три раза, и каждый раз необходимо измерять толщину паяных соединений IMC. Если среднее значение трех измерений составляет <1,8 мкм, риск холодной пайки считается неустраненным. В этот момент немедленно остановите линию, чтобы проверить, не заблокирован ли расходомер азота загрязнением масла, поскольку, когда скорость потока оборудования JiaJinYuan ниже 15 л/мин, содержание кислорода поднимется выше 800 частей на миллион, что напрямую препятствует смачиванию поверхности сплавов олова и свинца, и это подавление особенно задерживается и скрыто на платах с большой теплоемкостью.
Соединения холодной пайки почти невидимы под АОИ и могут быть обнаружены только при испытании на усилие сдвига или окрашивании поперечного сечения паяного соединения. Поэтому производственная линия никогда не должна полагаться на повторный визуальный контроль. Коэффициент теплоемкости должен быть включен в контрольный список проверки DFM для каждой новой печатной платы. Для всех типов плат с толщиной меди ≥1,5 унции, степенью покрытия медью >60% и толщиной платы >1,6 мм отчет об измеренном профиле температуры оплавления должен быть заверен собственноручной подписью инженера-технолога; в противном случае подача шихты не допускается. Это железное правило, которое позволило компании JiaJinYuan добиться нулевого уровня жалоб на холодную пайку партий за последние три года.
