Большинство крошечных шариков припоя, появляющихся после печати паяльной пасты, происходят не из свободного порошка припоя, изначально содержащегося в паяльной пасте, а являются совместным результатом наплыва флюса, разрыва агломерата металлического порошка, разбрызгивания припоя и выделения газа из-за локального разрыва оксидной пленки во время процесса оплавления паяльной пасты. Когда доля ультрамелкого порошка размером менее 25 мкм в паяльной пасте превышает 8%, чрезмерно высокая поверхностная энергия на ранней стадии оплавления может легко вызвать неравномерное плавление, в результате чего образуется большое количество остатков паяльной пасты с шариками припоя диаметром менее 0,2 мм.
Мы обнаружили, что для одной и той же паяльной пасты количество шариков припоя может различаться более чем в 3 раза при разных размерах апертуры трафарета. Основная причина заключается в том, что, когда паяльная паста подвергается истончению при сдвиге под давлением ракеля, если флюсовая система слишком быстро реагирует на скорость сдвига, в момент извлечения из формы произойдет разрушение кромок, увлекая воздух в зазоры контактных площадок. Эти захваченные микропузырьки расширяются и резко разрываются после того, как температура оплавления паяльной пасты поднимается до 150°C, распыляя не полностью смоченные частицы припоя непосредственно на паяльную маску с образованием изолированных шариков припоя.
Чтобы справиться с этим явлением, мы сосредоточили внимание на оптимизации паяльной пасты на согласовании температуры размягчения флюсовой смолы и диапазона кипения растворителя. Когда температура размягчения производной канифоли контролируется на уровне 68–72 ° C, а начальная температура кипения смешанного растворителя этанола и пропиленгликоля находится в диапазоне 112–116 ° C, паяльная паста может сохранять достаточную адгезию перед размещением, чтобы предотвратить разрушение кромок, и обеспечить плавный отвод воздуха на этапе предварительного нагрева оплавления, чтобы избежать внезапных выбросов газа. Эта синергетическая конструкция снизила частоту появления шариков припоя в среднем с 4,7 шариков на квадратный сантиметр до менее 0,9 шариков.
In Кроме того, содержание серебра в паяльной пасте не выше, тем лучше. Когда содержание Ag увеличивается с 0,3 вес.% до 0,7 вес.%, хотя способность к предотвращению схлопывания увеличивается, усиление тенденции к сегрегации фазы серебра вместо этого способствует обогащению паяльной пасты на краях площадок, что особенно очевидно для устройств в корпусе 0402 и меньшего размера. Поэтому, сохраняя неизменным базовое соотношение Sn96,5Ag3,0Cu0,5, мы ввели в носитель флюса часть серебра в виде наноразмерных частиц, покрытых оксидом алюминия, что не только улучшает высокотемпературную вязкость, но и не нарушает баланс смачивания.
Проверка на месте показывает, что после перехода на оптимизированную паяльную пасту нет необходимости корректировать существующие настройки температурной зоны печи оплавления; требуется только точная настройка скорости цепи на ±0,15 м/мин для адаптации к изменениям окна плавления новой паяльной пасты. Все производственные линии достигли CPK > 1,33 в первый день переключения, и не было увеличения количества ложных срабатываний AOI, связанных с шариками припоя, в течение 72 часов подряд, что указывает на то, что поведение паяльной пасты при оплавании сформировало устойчивую связь с тепловой инерцией оборудования.
