Когда персонал производственной линии, занимающийся ремонтом, сталкивается с проблемами холодной пайки на чипах QFN16, они часто впадают в заблуждение, что «использование паяльника более высокой мощности решит проблему», игнорируя при этом динамическую взаимосвязь между диаметром паяльной проволоки и теплоемкостью жала паяльника. При использовании того же паяльника мощностью 50 Вт с паяной проволокой диаметром 0,3 мм измеренная температура паяного соединения достигает только 265 °C, тогда как при переключении на припой диаметром 0,5 мм температура паяного соединения подскакивает до 312 °C. Этот нелинейный рост температуры происходит не из-за увеличения мощности, а из-за того, что более толстая припойная проволока постоянно поглощает больше тепла во время плавления, продлевая время теплового равновесия жала паяльника.

Мы одновременно протестировали технологические окна двух часто используемых припоев, 0,3 мм и 0,5 мм, в трех типичных сценариях доработки. Для микросхем QFN16 с шагом выводов 0,4 мм, для которых требуются паяные соединения без перемычек и угол смачивания менее 30°, припой диаметром 0,3 мм в сочетании с паяльником мощностью 35 Вт, настроенным на 280°C, позволяет достичь времени пайки в одной точке 2,1 секунды при достаточном смачивании и отсутствии вытягивания припоя. In напротив, даже если температура припоя проволоки диаметром 0,5 мм увеличивается до 310°C, чрезмерная скорость подачи проволоки все равно приводит к увеличению остатков флюса между соседними выводами, повышая вероятность перемычки до 37%. Это указывает на то, что фактическая эффективность температуры припоя проволоки зависит не только от заданного значения, но, что более важно, от интенсивности термического воздействия и точности покрытия расплавленным металлом площадки в единицу времени.

Мы обнаружили, что для пассивных компонентов небольшого размера, таких как корпусные резисторы 0402, площадь контактных площадок которых составляет менее 0,15 мм², а теплоемкость чрезвычайно низкая, мы обнаружили, что припой диаметром 0,3 мм может обеспечить надежное смачивание при 260°C. Однако даже если мощность паяльника для припоя 0,5 мм снизить до 25 Вт, его расплавленный сегмент все равно будет вызывать локальный перегрев площадки и подъем медной фольги из-за тепловой инерции, что особенно заметно на печатных платах с толщиной подложки FR-4 0,8 мм. Это связано с тем, что тепло, необходимое для плавления припоя проволоки диаметром 0,5 мм, в 2,78 раза больше, чем для припоя проволоки диаметром 0,3 мм, а маленькие площадки не могут вовремя рассеивать избыточное тепло, что в конечном итоге приводит к почернению паяных соединений и ненормальному утолщению слоя IMC.

In high-heat-capacity structures such as three-point grounding rework for shielding covers, the situation is completely reversed. The copper foil area of shielding cover solder joints generally exceeds 3mm² and is directly connected to a large-area copper ground plane. Даже если температура паяльника для припоя 0,3 мм установлена ​​на 330°C и мощность увеличена до 45 Вт, все равно остаются проблемы неполного смачивания и сферической усадки паяного соединения, при этом измеренная температура в центре паяного соединения постоянно ниже 220°C. После перехода на припой диаметром 0,5 мм температура в центре паяного соединения при тех же параметрах оборудования быстро возрастает до 258°C, а площадь распространения смачивания увеличивается в 2,3 раза. Это доказывает, что паяные соединения с высокой теплоемкостью требуют более высокой плотности тепловой нагрузки, чтобы преодолеть эффект экранирования теплопроводности меди, а истинное значение температуры паяльной проволоки заключается в том, может ли она впрыскивать достаточное количество расплавленного металла и тепла в контактную площадку в течение ограниченного времени контакта.

Резюме In: при доработке устройств с малым шагом, таких как QFN, приоритет должен отдаваться паяльной проволоке диаметром 0,3 мм в сочетании с паяльником мощностью 35 Вт, настроенным на 280 ° C. Эта комбинация обеспечивает оптимальный баланс между скоростью термического реагирования, контролем смачивания и риском термического повреждения. Для больших конструкций площадок, таких как экранирующие крышки и корпуса разъемов, необходимо перейти на припой диаметром 0,5 мм и одновременно увеличить мощность паяльника до 50 Вт с температурным режимом 320°С; в противном случае эффект теплоотвода преодолеть невозможно. Что касается сверхмалых компонентов, таких как 0402/0201, то использование припоя диаметром 0,5 мм строго запрещено, так как даже снижение мощности не может избежать проблемы чрезмерного теплового воздействия, поскольку сам диаметр припоя превышает порог теплоемкости площадки.

Однажды мы постоянно отслеживали процент доработки 120 партий на одной и той же паяльной станции и обнаружили, что при равномерном использовании припоя диаметром 0,3 мм процент брака QFN оставался стабильным ниже 0,8%. Однако если использовать припой диаметром 0,5 мм, количество дефектов подскочило до 4,6%, из которых 72% приходилось на перемычки и надгробия. In В процессе переделки защитного покрытия команда, которая постоянно использовала припой 0,5 мм, достигла показателя выхода с первого прохода 99,2%, который упал до 83,5% после перехода на 0,3 мм. Основной причиной была недостаточная сила нажима паяного соединения, приводящая к преждевременному отказу при испытаниях на вибрацию. Эти результаты получены не в идеальных лабораторных условиях, а на основе реальных записей производственной линии с чередованием дневных и ночных смен и ротацией операторов.