Сначала посмотрите на пустое место. Если пустоты в центре нижней части BGA превышают 15%, а пустоты на термопрокладке QFN превышают 25%, вы можете в принципе исключить проблемы с окислением площадки печатной платы или проблемами с апертурой трафарета и сразу заняться паяльной пастой и параметрами печи оплавления. Не спешите менять паяльную пасту; сначала используйте инфракрасный термометр, прикрепленный к плате, чтобы измерить профиль температуры трех плат в реальном времени. Вы должны использовать термопару типа К, закрепленную термостойким клеем, и не можете полагаться на показания встроенной в духовку термопары, которые находятся на расстоянии 1,2 мм от поверхности конвейера, при этом фактические отклонения часто достигают ± 5,3 ° C.
Выбор паяльной пасты основан не на заявленной производителем маркировке «низкая пустотность», а на трех жестких параметрах: содержание металла должно составлять 88,5±0,3% по весу, температура размягчения флюса должна находиться в пределах от 87°C до 92°C, а вязкость при 25°C должна составлять 720±50Па·с. На прошлой неделе производственная линия перешла на партию японской паяльной пасты с номинальным содержанием металла 89,2%, однако фактическое измерение составило всего 87,6%. В результате процент пустот BGA вырос с 6,3% до 13,7%, а удаленные во время доработки паяные соединения стали серыми, что указывает на очевидное недостаточное восстановление.
Самое вводящее в заблуждение в параметрах печи оплавления — это установленное значение. Поместите профилировщик температуры духовки под плату и запустите его, чтобы записать измеренную пиковую температуру в каждой зоне. Наклон нагрева в зонах предварительного нагрева 1 и 2 должен регулироваться в пределах от 1,5°C/с до 2,0°C/с. Если наклон превышает 2,2°C/с, флюс бурно закипает и выделяет газ, но если наклон меньше 1,3°C/с, растворитель не испаряется полностью. В десятизонной печи, используемой на нашем заводе, температура в зоне 3 часто оказывается на 4,1°C выше заданного значения, а в зоне 7 — на 3,8°C ниже. Если это отклонение не откалибровано, корректировка параметров подобна ловле воробьев с завязанными глазами.
Время выше ликвидуса (TAL) должно строго контролироваться и составлять от 65 до 85 секунд. При использовании сплава Sn96,5Ag3,0Cu0,5 измеренная температура плавления составляет 217,2°С. Индикация температуры 217°C в духовке ненадежна; вам необходимо использовать термопару для измерения фактической температуры паяного соединения на поверхности платы. Однажды мы обнаружили, что TAL составлял всего 52 секунды, и выяснилось, что скорость цепи увеличивалась с 70 см/мин до 85 см/мин без повторного прогона температурного профиля. Пиковая температура все еще была достаточной при 238°C, но время выдержки было недостаточным, интерметаллид медь-олово (ИМС) не рос достаточно, и в интерфейсном слое накапливались пустоты.
Пиковая температура не может относиться только к широкому диапазону от 235°C до 245°C. Для BGA с шагом 0,4 мм он должен быть стабильным при температуре 239°C±1°C; для термопрокладок большой площади на толстых медных платах ее необходимо поднять до 242,5°C и поддерживать в течение ≥12 секунд, иначе остатки флюса не смогут открыть азотный защитный слой. В прошлом месяце мы попробовали температуру 243,8°C, но вместо этого количество пустот увеличилось, потому что канифоль в паяльной пасте растрескалась слишком быстро, а обугленные частицы заблокировали выпускные каналы.
Не верьте слепо в концентрацию азота 99,99%. Когда измеренное содержание кислорода превышает 100 PPM, скорость образования пустот начинает линейно возрастать. После превышения 350 PPM на каждые 50 PPM площадь пустот увеличивается примерно на 2,1%. Мы переключились на онлайн-анализатор кислорода для мониторинга и обнаружили, что уплотнительное кольцо внутри редукционного клапана резервуара для хранения газа старело, в результате чего воздух смешивался с поступающим азотом. Измеренное содержание кислорода достигло 620 PPM. После остановки машины и замены уплотнительного кольца уровень пустот в тот же день снова упал до 5,4%.
Толщина трафарета и размер отверстия будут влиять на количество высвобождения паяльной пасты, но основная причина образования пустот не в этом. Для трафаретной печати толщиной 0,12 мм на площадке толщиной 0,3 мм, если объем паяльной пасты после извлечения из формы составляет менее 0,012 мм³, независимо от того, насколько хороша паяльная паста, она не может сохранить пустоты. Однако такая ситуация очень редка. In По нашим данным за последние шесть месяцев, было только 2 случая, оба из которых были вызваны ошибочной регулировкой давления ракеля с 4,5 кг до 6,8 кг, что привело к сплющиванию паяльной пасты.
Наконец, проверьте место для хранения паяльной пасты. После того, как вынули его из холодильника, его необходимо прогреть более 4 часов. Если невскрытую паяльную пасту поместить в среду при температуре 25°C более чем на 12 часов, активность флюса снизится примерно на 17%. Партия паяльной пасты была запущена в производство уже после 2 часов прогрева, а на паяных соединениях компонентов Чипа 0402 концентрировались пустоты. Под микроскопом остаток флюса хлопьевидный, оксидная пленка растворяется не полностью.
Прежде чем менять паяльную пасту, сначала проведите небольшую проверку партии. Возьмите 20 плат, сохраните температурный профиль печи неизменным, замените только паяльную пасту и измерьте уровень пустот 5 типичных устройств. Критерием приемки является не среднее значение менее 8%, а максимальная доля пустот ≤11% на одной доске и отсутствие аномальных точек, превышающих 9% в 10 последовательных досках. В прошлый раз мы отсеяли трех поставщиков по этому методу, и последний выбранный имел измеренное содержание металла 88,47% по массе, а колебание TAL контролировалось в пределах ±3,2 секунды.
