Пока не спешите регулировать температуру печи оплавления. Более 90% проблем с шариками припоя QFN тесно связаны с конструкцией отверстия трафарета, особенно в центральной части термопрокладки. Стандартный размер термопрокладки QFN обычно составляет 3,5×3,5 мм, но многие фабрики по-прежнему используют 100% апертурные отверстия, что является серьезной ошибкой. Его необходимо заменить на 75±3% протравленных отверстий с закругленными угловыми фасками 0,15 мм в четырех углах; в противном случае паяльная паста сжимается к краям на ранней стадии оплавления и затвердевает в сферические шарики припоя размером 0,2～0,4 мм.
Выбор паяльной пасты зависит не от марки, а от активности уровня ROL0 по J-STD-004B. ROL0 имеет на 30% меньше остатков канифоли, чем ROL1, и улетучивается более полно, предотвращая взрывы флюса в диапазоне 150℃～180℃, вызывающие выброс расплавленного припоя из контактной площадки. Мы протестировали SN63/PB37+ROL1 и достигли содержания шариков припоя 1,2% при пиковой температуре 235℃; переход на ROL0 снизил его до 0,07%.
Для измерений в печи оплавления необходимо использовать специальные термопары QFN, прикрепленные непосредственно к центру нижней термопрокладки устройства, а не только к поверхности. Пиковая температура должна строго контролироваться на уровне 238±2℃, а время выдержки (выше 217℃) должно быть ограничено 65～75 секундами. Превышение 78 секунд ускоряет окисление паяльной пасты и удваивает вероятность образования шариков припоя. Один клиент увеличил зону выдержки до 92 секунд, в результате чего скорость шариков припоя выросла с 0,09% до 2,3%.
Среди параметров печати скрытым виновником является скорость отделения. In плотные области площадок QFN, скорость отслаивания, превышающая 25 мм/с, приводят к захвату паяльной пасты трафаретом и образованию крошечных сфер припоя, которые после оплавления собираются в шарики. Рекомендуется установить значение 18±2 мм/с при условии, что натяжение трафарета будет ≥35 Н/см2. При давлении ниже 32 Н/см2 провисание трафарета вызывает внезапное локальное увеличение объема припоя.
Должна ли толщина трафарета быть 0,12 мм или 0,15 мм? Это зависит от шага. Для шага менее 0,4 мм необходимо использовать шаг 0,12 мм, чтобы избежать высокого риска образования перемычек между контактными площадками; для шага 0,5 мм и выше можно использовать 0,15 мм, но соотношение сторон апертуры необходимо увеличить с 1,15 до 1,25, чтобы компенсировать увеличение объема, вызванное большей толщиной.
Есть хитрости, как найти шарики припоя. Если сосредоточено на четырех углах QFN, сначала проверьте, отсутствуют ли закругленные углы отверстия трафарета или они слишком велики; если он распределен по центру длинных краев, это с вероятностью 80% связано с неравномерным давлением швабры - разница давления, превышающая 5 Н между левым, центральным и правым краями, вызывает отклонение; в случае случайного разброса немедленно измерьте вязкость паяльной пасты, которая должна составлять 750±50Па·с при 25℃. Слишком низкий уровень вызывает провисание, слишком высокий – плохое отделение кожуры.
Не верьте утверждениям, что «чистка может решить эту проблему». Очистка на водной основе не оказывает никакого влияния на уже сформированные шарики припоя и может даже вызвать коррозию площадок остаточного флюса. Если очистка действительно необходима, используйте азот, чтобы сдуть отслаивающийся порошок перед оплавлением, при скорости ветра, контролируемой на уровне 12 м/с; Скорость выше 15 м/с нарушит форму паяльной пасты.
Существует противоречивое явление: оплавление азотом не обязательно приводит к уменьшению количества шариков припоя. Когда концентрация кислорода падает ниже 100 PPM, скорость смачивания паяльной пасты ROL0 становится слишком высокой, и расплавленный припой блокируется поверхностным натяжением, прежде чем он сможет растечься, что повышает вероятность его комкования. Измеренная оптимальная концентрация кислорода составляет 300±50 PPM, что обеспечивает наименьшую скорость шариков припоя.
После 2000 отпечатков на краях отверстий трафарета начинают образовываться заусенцы, особенно в случае отверстий большой площади, таких как термопрокладки. Заусенцы улавливают паяльную пасту и образуют частицы. СЭМ-сканирование необходимо выполнять каждые 1500 отпечатков; любой односторонний заусенец, превышающий 0,012 мм, требует немедленного удаления. На одну партию товаров цены на шарики припоя подскочили с 0,05% до 0,8% из-за задержки замены трафарета.
И последняя деталь: после вскрытия вакуумной упаковки входящих QFN-устройств они должны подключиться к сети в течение 4 часов. Если карта индикатора влажности показывает >10% относительной влажности, требуется выпечка. Запекание при 30 ℃ в течение 24 часов кажется умеренным, но оно вызывает небольшое сшивание органического носителя в паяльной пасте, что приводит к неравномерному выделению газа во время оплавления и образованию шариков припоя. Фактические рекомендуемые условия составляют 125 ℃/8 часов с охлаждением перед подключением к сети.
Для визуального осмотра после оплавления необходимо использовать 15-кратную лупу с поляризованным светодиодом; Шарики припоя диаметром 0,2 мм практически невидимы при обычном белом свете. Сосредоточьтесь на областях сканирования, где зазор между термоплощадкой и окружающими площадками GND составляет <0,3 мм — здесь скрыто 90% пропущенных шариков припоя.
Однажды производственная линия превысила лимит шариков припоя в течение трех дней подряд. В конечном итоге основная причина заключалась в износе подшипников смесителя паяльной пасты, при этом колебания скорости ±18 об/мин приводили к превышению допустимых пределов разброса вязкости от партии к партии. После замены подшипников данные вернулись в норму. Проблемы такого рода невозможно четко описать в СОП; его могут контролировать только люди.
Паяльную пасту необходимо хранить в холодильнике после открытия, но перед подключением к сети ей необходимо дать нагреться в течение 4 часов и перемешивать вручную ракелем в течение не менее 90 секунд. Автоматические миксеры, работающие со скоростью более 60 об/мин, создают пузырьки, которые, когда они лопаются, становятся питательной средой для шариков припоя.
Не сосредотачивайтесь только на параметрах оборудования — сначала почувствуйте температуру радиатора за печью оплавления. Если радиатор в третьей зоне слишком горячий, чтобы к нему можно было прикасаться, это указывает на нарушение циркуляции горячего воздуха, а локальный перегрев неизбежно приведет к образованию шариков припоя. Инфракрасный термометр должен показывать ≤55℃.
Частота очистки трафарета должна соблюдаться каждые 500 досок. После протирания ИПА требуется повторная протирка безворсовой тканью, смоченной в ацетоне; Остатки IPA вступают в реакцию с паяльной пастой, образуя белые частицы, которые после оплавления смешиваются в шарики припоя и их трудно различить.
In В случае внезапного всплеска шариков припоя первое действие — взять три только что напечатанные печатные платы, немедленно поместить их в морозильную камеру с температурой -10℃ на 15 минут, затем вынуть их и аккуратно прижать ленту к области термопрокладки. Серебристо-серые частицы, прилипшие к ленте, представляют собой агломераты не оплавленной паяльной пасты, что указывает на то, что проблема заключается на этапе печати, а не на этапе оплавления.
