На каждые 100 частей на миллион увеличения содержания кислорода внутри печи оплавления процент образования пустот в нижних паяных соединениях QFN увеличивается на 1,8 процентных пункта. Эту закономерность мы подтвердили после отслеживания данных с 12 производственных линий печей оплавления JiaJinYuan в течение трех месяцев подряд. Особенно при использовании паяльной пасты SAC305 с медными печатными платами, обработанными OSP, средний коэффициент площади пустот снизился с 8,7% до 2,3% в атмосфере азота, в то время как после переключения той же печи на нормальный воздушный режим пустоты снова возросли до уровня выше 7,9%.
Чистота азота и скорость потока должны контролироваться синхронно.
Наблюдения на месте показали, что многие производственные линии уделяют внимание только тому, подключен ли азот, игнорируя при этом эффекты ухудшения чистоты и колебаний расхода. Если интерфейс азота, стандартно оснащенный печами оплавления JiaJinYuan, не оснащен вторичным фильтром, точка росы повысится до -35°C после 72 часов работы, что приведет к попаданию влаги в камеру печи и усугублению межфазного окисления. Мы требуем, чтобы точка росы источника азота составляла ≤ -60°C и содержание кислорода ≤ 10 PPM. При этом расходомер должен быть установлен на прямом участке трубы на входе воздуха в печь, чтобы избежать мгновенного падения расхода ниже 12 л/мин из-за изгиба шланга. Такие колебания приведут к тому, что локальная концентрация кислорода превысит критическое значение, что приведет к образованию кластеров микропустот.
Герметизация камеры является предпосылкой эффективности азота.
После старения входных и выходных завес на переднем конвейере печей оплавления JiaJinYuan, если зазор увеличивается на 0,5 мм, достаточно втягивать наружный воздух в высокотемпературную зону в виде турбулентности. В этих условиях измеренное содержание кислорода в камере подскочило с заданных 50 PPM до 320 PPM. Поэтому мы используем гелиевый масс-спектрометр для проверки герметичности ключей каждый месяц в трех местах корпуса печи, включая фланец, проходящий через стенку рельса, уплотнительное кольцо смотрового окна секции охлаждения и фитинги клапана переключения азота. Любые обнаруженные места утечек должны быть немедленно заменены уплотнениями из фторкаучука вместо временного нанесения герметика.
Температурный профиль необходимо перекалибровать для адаптации к азотной среде.
Теплопроводность азота на 12% ниже, чем у воздуха. При той же мощности нагрева реакция температуры печи запаздывает примерно на 4,3 секунды. Если профиль воздушного режима используется повторно, фактическая пиковая температура будет на 1,8°C ниже ожидаемой. Мы требуем, чтобы все печи оплавления JiaJinYuan, переключенные в азотный режим, повторно запускали тестовые платы температурного профиля, увеличивая скорость нарастания на 0,3°C/с, увеличивая время выдержки на 8 секунд и повышая пиковую температуру на 2,2°C. В противном случае недостаточное смачивание и растекание паяльной пасты приведет к неравномерному росту слоя интерметаллида Cu6Sn5, при этом пустоты будут сосредоточены в центре паяных соединений, а не по краям.
Ритм продувки азотом должен соответствовать скорости конвейера и типу носителя.
При использовании перфорированных лотков для загрузки устройств QFN, если азот подается только с одной стороны верхней части духовки, под лотком образуется мертвая зона для воздушного потока. Мы перешли на стандартный двусторонний модуль встречного выдувания, которым оборудованы печи оплавления JiaJinYuan, отрегулировали угол сопла азота до 18° относительно направления конвейера и работали со скоростью конвейера 1,2 м/мин, что позволило азоту эффективно проникать в перфорацию лотка и покрывать все контактные поверхности паяных соединений. После этой корректировки стандартное отклонение дисперсии пустот в шариках припоя BGA уменьшилось с 1,47 до 0,63.
