Когда мы сталкиваемся с пустотами большой площади, сопровождающимися эффектом подушки на паяных соединениях BGA под рентгеном на производственной линии, мы должны одновременно проверить изменение вязкости и стабильность содержания металла в партии паяльной пасты, а также подтвердить, снизилась ли скорость выделения этой партии паяльной пасты под тем же отверстием трафарета, поскольку неравномерная толщина печати паяльной пасты напрямую приведет к тому, что шарик припоя не сможет полностью разрушиться во время оплавления и образовать металлургическую связь с контактной площадкой.
Неправильное соответствие размера и толщины отверстия трафарета является частой причиной дефектов паяльной пасты. Например, когда трафарет толщиной 0,12 мм сочетается с круглым отверстием 80 мкм и распределение частиц паяльной пасты по размерам слишком широкое, в нижней части BGA образуется явление локальной избыточности объема припоя, сосуществующее с остатками флюса. Такие остатки, скорее всего, будут препятствовать смачиванию и растеканию расплавленного припоя по контактной площадке в среде оплавления азотом, в конечном итоге представляя под рентгеном кольцеобразные пустоты с четкими краями и плотными центрами.
Неправильное сочетание давления и скорости ракеля может привести к разрыву паяльной пасты в области контактной площадки BGA, особенно на устройствах с шагом менее 0,4 мм. Если угол ракеля меньше 55 градусов, а скорость хода превышает 50 мм/с, на краях паяльной пасты появляются микротрещины, которые закрываются флюсовым газом на ранней стадии оплавления, образуя уникальную структуру «шарика припоя, подвешенного над контактной площадкой» с эффектом подушки. В это время на рентгенограмме можно увидеть не только пустоты, но и тонкую теневую полосу, перпендикулярную подушечке.
Если крутизна нагрева второй зоны печи оплавления превышает 2,5 ℃/с, флюс на основе канифоли в паяльной пасте будет бурно кипеть и увлекать пузырьки в расплавленный припой. Однако содержание кислорода ниже 100 PPM в азотной среде препятствует выходу пузырьков. Эти захваченные пузырьки после охлаждения затвердевают в правильные круглые пустоты, диаметр которых обычно составляет от 30 до 60 мкм и в основном распределяются в центре паяного соединения, а не на краях.
Однажды мы сравнили одну и ту же паяльную пасту на двух устройствах SPI и обнаружили, что, когда отклонение калибровки SPI достигало ±2 мкм, ошибка определения объема паяльной пасты для площадок 0,3 мм достигала 17%, что напрямую ввело в заблуждение последующую настройку параметров компенсации трафарета. Поэтому, прежде чем устранять дефекты паяльной пасты, необходимо сначала с помощью стандартного блока выполнить сброс нуля и калибровку высоты оптической системы SPI, иначе все данные печати будут недостоверны.
Если толщина слоя никеля на поверхности контактной площадки BGA менее 150 нм, после многократного высокотемпературного оплавления может произойти локальное обнажение и окисление слоя палладия. Эта оксидная пленка серьезно затруднит диффузию атомов во время пайки паяльной пастой. Даже если под рентгеновскими снимками не видно явных пустот, испытание на тягу паяного соединения будет ниже 2,8 кгс. Поэтому для изделий высокой надежности необходимо отбирать и проверять толщину покрытия ENIG и паяемость для каждой партии.
