При вводе в эксплуатацию новых партий паяльной пасты на производственной линии мы обнаружили частую офсетную печать и недостаточное количество дефектов припоя. Отслеживание первопричин часто указывает на несоответствие между выбором размера частиц припоя и технологическим окном. Например, когда паяльная паста, номинально обозначенная как порошок Типа 4, используется в устройствах QFN с шагом 0,3 мм, хотя это теоретически возможно, слишком мелкий размер частиц фактически увеличивает процент дефектов отделения на 12%. В тех же условиях переход на порошок типа 3 увеличил процент прохождения первого изделия с 76% до 94%. Это показывает, что размер частиц порошка припоя не является изолированным параметром, а переменной, которую необходимо оценивать как часть всей технологической цепочки.
Реологические свойства паяльной пасты сильно зависят от гранулометрического состава частиц припоя. Три характеристических значения D10, D50 и D90 совместно определяют его раскатываемость и тиксотропию. Среди них средний диаметр D50 лучше всего отражает основной размер частиц. Порошок типа 3 имеет D50 25 ± 5 мкм, а порошок типа 4 — 20 ± 4 мкм. Хотя они различаются всего примерно на 5 мкм, их удельная площадь поверхности различается почти на 30%, что напрямую увеличивает количество адсорбированного флюса, тем самым влияя на время восстановления вязкости и тенденцию к резкому спаду. In При печати устройств с шагом менее 0,4 мм порошок типа 4 более склонен к подъему и образованию перемычек по краям, особенно когда толщина трафарета составляет 0,12 мм, а светосила ниже 0,65.
Однажды мы отслеживали данные о потерях налипания одной и той же модели машины для укладки в течение трех недель подряд и обнаружили, что после перехода на порошок типа 4 уровень потерь на налипании компонентов 0201 вырос с 0,87% до 1,35%. Обзор показал, что под давлением ракеля перегруппировка частиц в паяльной пасте усиливается, что приводит к снижению постоянства объема после печати. Поскольку порошок типа 3 имеет более крупные частицы и более низкое сопротивление качению, при тех же условиях скорости ракеля 60 мм/с и давлении 4,5 кг коэффициент вариации объема печати CV остается стабильным в пределах 4,2%, в то время как порошок типа 4 колеблется между 5,8% и 7,1%. Эта разница экспоненциально усиливается при высокой скорости такта размещения.
Определение на месте пригодности размера частиц припоя не может основываться исключительно на отчетах поставщиков; его необходимо сочетать с реальными микроскопическими измерениями и испытаниями на печатное натяжение. Наш обычный метод — взять небольшое количество паяльной пасты, нанести ее на предметное стекло и использовать металлографический микроскоп с увеличением 500× для наблюдения за четкостью контура частиц и состоянием агломерации. Если порошок типа 4 демонстрирует явные хлопьевидные агрегации или заусенцы по краям, это указывает на то, что окисление поверхности превысило стандарт. In В этом случае, даже если D50 соответствует спецификации, его нельзя использовать для шарового монтажа BGA высокой плотности. Порошок типа 3 даже после трех месяцев хранения все еще может сохранять дисперсность частиц, что является основной причиной, по которой он остается основным на производственных линиях с малыми и средними партиями и большим количеством смесей.
Клиенты часто ошибочно полагают, что более мелкий порошок припоя больше подходит для точной пайки, но они упускают из виду баланс между стабильностью паяльной пасты при хранении и сроком службы трафарета. Скорость изнашивания порошка типа 4 на стенках отверстий трафарета примерно в 1,8 раза выше, чем у порошка типа 3. Один клиент заменил лазерный трафарет после 250 000 последовательных плат с использованием порошка типа 4, тогда как при тех же условиях порошок типа 3 мог выдержать 420 000 плат. За этим стоит не только проблема затрат, но и совокупный эффект потери производительности из-за простоя при смене трафарета и риска подтверждения первого изделия.
