В прошлую среду в 2 часа ночи линия А меняла модель производства плат для медицинских клиентов, срочно переходя от бессвинцового процесса OSP к процессу пост-пайки с использованием свинца HASL. Сразу после завершения первого оплавления мы обнаружили массивные перемычки припоя на устройствах QFP208, скорость разрушения шариков припоя BGA превысила 17%, в то время как серовато-черный вязкий остаток появился в нижней части трафарета, а сопротивление ракеля значительно возросло. Основная причина заключалась в том, что активатор на основе галогенов, содержащийся в предыдущей бессвинцовой паяльной пасте, и PbCl? Образовавшийся после плавления последующего свинцового припоя подвергся реакции комплексообразования при эвтектической температуре 183°C, осаждая нерастворимые соли металлов и прилипая к боковым стенкам отверстий трафарета. Оператор не смог выполнить тщательную пассивационную очистку резервуара для паяльной пасты, подающего насоса и направляющих цепи печи оплавления, что привело к постоянному ухудшению перекрестного загрязнения.
После немедленной остановки линии на месте мы предварительно пропитали трафарет изопропанолом при температуре 60°C на 3 минуты, затем использовали ультразвуковую чистящую машину с частотой 25 кГц с 3% водным раствором лимонной кислоты в течение 12 минут колебаний. Одновременно мы разобрали внутреннюю полость подающего насоса, использовали иглу из нержавеющей стали диаметром 1,2 мм, чтобы проколоть и очистить каждое отверстие одно за другим, и, наконец, продули все трубопроводы азотом и ввели 0,5% водный раствор дигидрофосфата натрия для циркуляционной промывки в течение 15 минут, снизив остаточную концентрацию ионов галогена до уровня ниже 0,8 частей на миллион. Рельсы цепи печи оплавления были вручную отполированы наждачной бумагой из глинозема с размером ячеек 400 меш до появления металлического основного цвета, а затем на них напылено фторуглеродное покрытие толщиной 0,3 мкм, чтобы гарантировать, что последующий огарок припоя со свинцом не сможет прилипать при температуре ниже 350°C.
Долгосрочное устранение первопричин должно сломать стереотипное мышление, согласно которому «изменение линии означает изменение материала». Мы добавили двойные изолирующие шкафы с регулируемой температурой в зону хранения паяльной пасты: левая сторона установлена на 25±1°C для хранения бессвинцовой паяльной пасты, а правая сторона установлена на 22±0,5°C для специального хранения этилированной паяльной пасты. Между двумя зонами установлена воздушная завеса отрицательного давления для предотвращения диффузии частиц. Прежде чем использовать каждую банку паяльной пасты, необходимо отсканировать QR-код, чтобы связать номер заказа на работу MES и идентификатор профиля оплавления. Система автоматически сравнивает исторические записи использования. Если он обнаружит, что данная партия паяльной пасты подверглась воздействию хлорсодержащего флюса в течение 72 часов, всплывающее окно заблокирует разрешение на распространение. При обращении с припоями каждая партия входящих материалов должна сопровождаться отчетом об испытаниях ICP-MS, при этом содержание свинца должно составлять ≥99,985%, а элемент хлора – ≤3ppm. После складирования их размещают на стеллажах в отдельных отсеках по номеру плавильной печи. Каждый раз при их снятии необходимо регистрировать номер печи и отпечаток пальца получателя, обеспечивая прослеживаемость диапазона колебаний кривой температуры плавления одного стержня припоя.
Ключом к механизму предотвращения является создание трехуровневой системы раннего предупреждения о переключении паяльной пасты и паяльных стержней. Условием срабатывания предупреждения первого уровня является то, что одна и та же печатная машина непрерывно использует бессвинцовую продукцию в течение более 8 часов, и система автоматически напоминает о необходимости заменить резиновую полоску ракеля и начать вакуумное удаление пыли с трафарета. Предупреждение второго уровня устанавливается на стороне подачи азота печи оплавления. Когда показания анализатора содержания кислорода превышают 150 PPM 3 раза подряд, ПЛК принудительно снижает скорость конвейерной ленты до 0,3 м/мин и загорается красная сигнальная лампа. Предупреждение третьего уровня связано с данными термопары печи для плавки припоя. Если отклонение между измеренной температурой и заданным значением превышает ±2,3°C в течение более 5 секунд, подача тепла немедленно отключается и на мобильный телефон технолога подается сигнал тревоги. В это время поверхностное натяжение расплавленного припоя в печи аномально увеличилось с 228 мН/м до 241 мН/м, что чрезвычайно подвержено разбрызгиванию и рассыпанию шариков припоя.
Особое внимание следует обратить на то, чтобы время перемешивания паяльной пасты должно строго соответствовать кривой изменения вязкости. Бессвинцовая паяльная паста имеет стабильную вязкость 780 Па·с после 5 минут перемешивания при температуре 25°C, в то время как содержащая свинец паяльная паста должна быть продлена до 8 минут при тех же условиях, чтобы достичь технологического окна 620 Па·с. Если время принудительно сократить, количество дефектов при извлечении из формы увеличится в 3,7 раза. Мы наклеили флуоресцентные наклейки на все панели смесителя, откалибровав 0–3 минуты в качестве зоны предварительного смешивания, 3–6 минут в качестве зоны активации и 6–8 минут в качестве зоны гомогенизации. Оператор должен увидеть, как указатель вошел в конец зоны гомогенизации, прежде чем его можно будет использовать на машине, в противном случае значение CPK толщины печати упадет ниже 0,86.
