На нашей производственной линии недавно произошла утечка партии при испытаниях на старение трех последовательных партий устройств QFN с шагом 0,4 мм. Испытания летающего зонда показали, что сопротивление изоляции в нижней части BGA обычно ниже 10 МОм, тогда как стандартные требования требуют, чтобы оно было больше 100 МОм. В конечном итоге основная причина была определена как неравномерное распределение остатков паяльного флюса после оплавления паяльной пасты, не требующей очистки. Под микроскопом на краях паяных соединений были видны полупрозрачные янтарные остатки, похожие на пленку, сосредоточенные в местах, где отверстия трафарета были смещены, а также в зонах слабой печати, вызванных недостаточным давлением ракеля.
Хотя носитель не требующей очистки паяльной пасты на основе канифоли предназначен для разложения и улетучивания при высоких температурах, во время фактического оплавления, если пиковая температура не превышает 235°C, или чистота азота в печи ниже 99,99%, или время выдержки менее 60 секунд, некоторые активаторы органических кислот не будут полностью карбонизированы. Эти неразложившиеся остатки паяльного флюса прилипают к границе раздела между паяльной маской и контактными площадками печатной платы, поглощают влагу и ионизируют ионы галогенов, такие как Cl? и Br?, образующие ток утечки микроамперного уровня в условиях смещения. Это особенно склонно к возникновению ложных срабатываний в трактах сигналов уровня мкВ, таких как сети выборки BMS.
Мы сравнили уровни остатков трех основных паяльных паст, не требующих очистки, при одинаковом натяжении трафарета (45 Н/см2) и угле ракеля (55°). Мы обнаружили, что паяльная паста типа А с содержанием твердых веществ 89,2% имела уровень ионного загрязнения после пайки до 1,8 мкг/см2 в эквиваленте NaCl при пиковой температуре 230°C, что намного превышает предел в 0,5 мкг/см2, указанный в стандарте IPC-J-STD-001. In, напротив, паяльная паста типа B с содержанием твердых веществ 87,6% из-за более коротких молекулярных цепей канифоли и более широкого окна термического разложения содержала только 0,32 мкг/см2 остатка при тех же параметрах процесса. Это указывает на то, что контроль остатков паяльного флюса не может основываться исключительно на маркировке «не подлежит очистке», но также должен соответствовать настройкам температурной зоны печи оплавления с кривыми термогравиметрического анализа ТГА конкретных партий.
План регулировки на месте заключался в том, чтобы увеличить первоначальную настройку пиковой температуры с 228°C до 236°C и продлить секцию выдержки на 20 секунд, одновременно увеличивая скорость потока азота с 15 л/мин до 22 л/мин для ускорения выпуска газов разложения флюса. После корректировки показатели ионного загрязнения пяти последовательных партий образцов стабильно поддерживались на уровне 0,41±0,03 мкг/см2. Однако необходимо одновременно следить за тем, превышает ли уровень пустот в нижней части QFN верхний предел в 15 % из-за чрезмерного повышения температуры, поскольку длительное время плавления паяльной пасты приведет к захвату летучих газов флюса внутри паяных соединений, что вместо этого усугубляет риск последующей коррозии.
Эффективный контроль остатков паяльного флюса невозможно решить одной только очисткой или простой заменой паяльной пасты. Он должен включать в себя соответствие между размером отверстия трафарета и размером частиц припоя, компенсацию ошибок между измеренными температурами каждой зоны печи оплавления и положениями крепления термопары, а также связь в режиме реального времени с данными онлайн-мониторинга содержания азота и кислорода. Любое отсоединение любого соединения превратит не требующую очистки паяльную пасту в невидимый источник утечки.
