Проблема избытка припоя на нижних контактных площадках BGA — это не изолированное явление, а совокупный результат неконтролируемых параметров печати паяльной пасты, неправильной конструкции отверстия трафарета и колебаний давления ракеля. Во время непрерывного отслеживания 12 партий BGA-устройств с шагом 0,4 мм на производственной линии Jia Jinyuan мы обнаружили, что, когда измеренная толщина паяльной пасты достигла 0,15 мм, рентгеновский контроль показал пустоты, сконцентрированные в центральной области паяных соединений и имеющие неправильную агломерированную форму; когда толщина контролировалась в диапазоне 0,12–0,13 мм, распределение пустот было значительно более редким, а размер был более равномерным.
Апертуры трафарета сильно коррелируют с объемом паяльной пасты.
Когда толщина трафарета составляет 0,12 мм и используется соотношение отверстий 1:1 в сочетании с индексом тиксотропности 3,8 паяльной пасты Jia Jinyuan SN63-Pb, фактический наносимый объем уже приближается к критическому верхнему пределу. На этом этапе, если угол ракеля упадет с 60° до 55° или давление печати увеличится на 0,2 МПа, скорость переноса паяльной пасты увеличится более чем на 9%, что непосредственно приведет к локальному накоплению. На начальном этапе плавления оплавления это скопление блокирует вертикальный путь выхода газов разложения флюса, заставляя газы сжиматься горизонтально и задерживаться между поверхностью припоя и контактной площадки.
Расположение пустот тесно связано со степенью избытка паяльной пасты.
После выполнения послойного сканирования 128 паяных соединений одного и того же BGA с помощью микрофокусного компьютерного томографа мы подтвердили, что среди 24 паяных соединений с наибольшим избытком паяльной пасты 21 пустота располагалась на границе раздела припой/площадка, а не на границе раздела припой/шарик припоя. Это указывает на то, что газ выходит не из оксидного слоя самого шарика припоя, а задерживается внизу чрезмерно толстым слоем паяльной пасты. Более того, коэффициент формы пустот обычно превышает 3,5, демонстрируя характеристику вытянутого нитевидного растяжения. Эта морфология явно классифицируется как пустота высокого риска, вызванная процессом, в IPC-J-STD-005.
Профиль оплавления не может компенсировать излишки паяльной пасты.
Были предприняты некоторые попытки продлить время зоны выдержки до 90 секунд, чтобы способствовать выделению газа, но результаты измерений вместо этого увеличили уровень пустот на 4,1 процентного пункта. Причина в том, что избыток паяльной пасты замедляет скорость нагрева нижней площадки, вызывая преждевременное обугливание флюса на границе раздела и образование корки, что еще больше блокирует газовые каналы. После того, как Цзя Цзиньюань переключился на атмосферу азота на месте, улучшение пустот было ограниченным, подтверждая, что основной причиной проблемы является не содержание кислорода, а морфология физического накопления самой паяльной пасты.
Методы проверки должны включать количественные критерии.
Ежедневные проверки не могут полагаться исключительно на визуальную оценку наполненности паяльной пасты; Оборудование SPI должно использоваться для выполнения зональной статистики по каждой области BGA. Когда средний объем паяльной пасты в определенной области превышает 115 % от теоретического значения, а стандартное отклонение превышает 8,2 %, линию необходимо немедленно остановить для калибровки параллельности ракеля и натяжения трафарета. Однажды мы проигнорировали этот совокупный критерий, в результате чего уровень дефектов в процессе непрерывного производства вырос с 1,7% до 6,9%, а затраты на доработку намного превысили потери времени на устранение неисправностей.
