Процесс вакуумного оплавления — это не просто помещение обычной паяльной пасты в вакуумную камеру для получения качественных паяных соединений. Вместо этого требуется, чтобы сама паяльная паста обеспечивала тройную синергию достаточной активации флюса, равномерного плавления частиц сплава и непрерывного выхода газа в условиях низкого давления. Если канифольный носитель в паяльной пасте составляет слишком большую долю или распределение температур кипения растворителя слишком широкое, вакуумная стадия приведет к разрушению паяльной пасты, разбрызгиванию припоя или неравномерному смачиванию контактной площадки из-за сильного кипения. Во время ввода в эксплуатацию на заводе автомобильной электроники в Дунгуане мы обнаружили, что процент пустот того же компонента 0201 вырос с 8% до 35% после использования специальной паяльной пасты, не предназначенной для вакуума. Основная причина заключалась в том, что его флюс преждевременно карбонизировался при вакууме ниже 10 кПа, теряя восстановительную способность и не удаляя оксидную пленку.
Содержание металла в вакуумной паяльной пасте обычно необходимо контролировать в пределах 89,5±0,3%. Это, казалось бы, небольшое значение на самом деле влияет на все окно перекомпоновки. Если содержание металла ниже 89,2%, температура ликвидуса сместится вверх, что приведет к замедленному плавлению на стадии вакуума и образованию холодных паяных соединений. Если оно превышает 89,8%, вязкость резко возрастет, что повлияет на качество печати и контроль осадки паяльной пасты. Однажды мы сравнили три паяльные пасты с разным содержанием металла при одном и том же профиле вакуума (50 кПа → 5 кПа → выдержка 60 с). Разница всего в 0,2% привела к отклонению толщины слоя IMC паяных соединений BGA на 1,8 мкм, что напрямую связано с уменьшением срока службы при термическом цикле.
Остаток флюса в процессе сварки паяльной пастой должен соответствовать требованиям IPC-J-STD-004B класса L0, то есть значение ионного загрязнения ≤ 0,5 мкг/см² в эквиваленте NaCl. В противном случае вакуумная среда ускорит миграцию остатков и приведет к выходу из строя CAF, что значительно ухудшит диэлектрические характеристики, особенно на высокочастотных печатных платах. В модуле базовой станции 5G однажды произошел дрейф импеданса партии после вакуумного оплавления из-за выбора паяльной пасты, содержащей аминные активаторы. Повторное тестирование показало, что остаток галогенов в нем превышает стандарт в 2,3 раза. Проблема полностью исчезла после перехода на безгалогенную вакуумную паяльную пасту с низким содержанием ионных остатков.
Пиковая температура оплавления должна строго соответствовать температуре ликвидуса паяльной пасты. Ликвидус обычной вакуумной паяльной пасты серии SAC305 сосредоточен при температуре 217℃～219℃. Если фактическое отклонение температурного режима температурной зоны оборудования превышает ±1,5℃, некоторые паяные соединения могут находиться в полурасплавленном состоянии, которое легко нарушается во время вакуумной откачки с образованием группы отверстий. Мы рекомендуем использовать проверочную плату KIC для измерения температурного профиля перед тем, как каждая печь будет включена, и зафиксировать время срабатывания вакуумного триггера в течение 3–5 секунд после полного расплавления паяльной пасты и стабилизации поверхностного натяжения. Срабатывание раньше этого окна может привести к попаданию паров флюса, а срабатывание позже этого окна означает, что расплавленный припой начал затвердевать, и газ не может быть эффективно удален.
Параметры печати и реологические свойства паяльной пасты должны калиброваться синхронно. Вакуумная паяльная паста обычно имеет реологическую конструкцию с более высокой псевдопластичностью, и давление ракеля необходимо снизить на 15–20% по сравнению с обычной паяльной пастой. В противном случае можно легко вызвать сползание края отверстия трафарета. Эти излишки паяльной пасты будут мигрировать за пределы площадки под действием разницы давлений на стадии вакуума, в конечном итоге образуя шарики припоя или мостики. Из-за этой проблемы на заводе по упаковке светодиодов в Шэньчжэне однажды из-за этой проблемы выход продукции QFN с шагом 0,3 мм упал ниже 92% в течение трех дней подряд. Оно пришло в норму после регулировки угла ракеля до 55° и синхронного снижения давления на 0,8 кгс.
