Во время массового производства определенного продукта в корпусе QFN с шагом 0,4 мм мы обнаружили, что проверка SPI постоянно выявляла низкий объем паяльной пасты и серьезные контурные заусенцы. После устранения неполадок было подтверждено, что проблемы были вызваны не неправильными партиями паяльной пасты, колебаниями давления ракеля или окислением контактной площадки печатной платы, а скорее тем фактом, что апертура трафарета была изменена с исходного прямоугольного отверстия на оптимизированную версию с односторонними фасками 0,05 мм. Это привело к слишком быстрому падению адгезии между паяльной пастой и стенкой отверстия в момент отпускания, что привело к разрыву локальной паяльной пасты и образованию крошечных брызг. Это явление особенно заметно при использовании трафарета толщиной 25 мкм в сочетании с паяльной пастой типа 4.
Возможность полного переноса паяльной пасты в процессе трафаретной печати зависит не только от соотношения площадей апертуры (т. е. отношения площади апертуры к площади поверхности стенки апертуры), но также в большей степени зависит от геометрических характеристик боковых стенок апертуры. Например, когда отверстия изготавливаются с использованием лазерного травления без электрополировки, значение Ra боковой стенки часто достигает более 0,8 мкм. В этот момент сопротивление сдвигу, испытываемое паяльной пастой на этапе разделения, значительно увеличивается, особенно при печати с мелким шагом, что легко приводит к разрушению верхней части паяльной пасты, а не к общему отслаиванию. В конечном итоге это приводит к асимметричной форме подушечки с углублением посередине и выпуклостями с обеих сторон.
Однажды мы сравнили и проверили трафареты с тремя различными методами апертуры с использованием одной и той же подложки BGA, а именно с традиционными вертикальными отверстиями, ступенчатыми отверстиями с шагом 0,1 мм внизу и коническими отверстиями с трапециевидным конусом стенки с полной апертурой. Результаты показали, что конструкция с трапециевидным конусом имела самый низкий коэффициент вариации объема паяльной пасты (CV) - всего 6,2% на устройствах CSP с шагом 0,3 мм, в то время как вертикальное отверстие имело значение CV до 11,7%. Это указывает на то, что поведение межфазного разделения между боковой стенкой отверстия и паяльной пастой определяется не только соотношением площадей, но также тесно связано с совокупными эффектами предела текучести паяльной пасты, модуля упругости материала трафарета и скорости печати.
Перед заменой трафарета на месте необходимо измерить реальные размеры отверстий, так как зона термического влияния после лазерной резки приведет к микронному плавлению и выступам повторного затвердевания на некоторых участках. Этот структурный дефект, невидимый невооруженным глазом, будет концентрированно виден в виде следов паяльной пасты после непрерывной печати 200 штук. Особенно когда содержание металла в паяльной пасте составляет 89,5% и вязкость 650 Па·с, вероятность возникновения таких дефектов увеличивается почти в три раза. Поэтому перед запуском в эксплуатацию каждый новый трафарет необходимо отобрать и проверить на морфологию поперечного сечения не менее 10 типичных отверстий с использованием металлографического микроскопа с увеличением 500x.
Для больших контактных площадок с шагом 0,5 мм или выше соответствующее увеличение микротекстурной обработки внутренней стенки отверстия может фактически помочь улучшить стабильность высвобождения паяльной пасты. Однако эта мера абсолютно неприменима к плотно расположенным контактам с шагом менее 0,3 мм, поскольку в последних условиях работы любая неровность поверхности будет усиливать тенденцию к разрыву кромки паяльной пасты. Это требует от инженеров-технологов динамического определения критериев приемлемости апертуры на основе конкретного типа корпуса, модели паяльной пасты и комбинации параметров оборудования, а не применения единого шаблона.
