Во время массового производства устройств QFN с шагом 0,4 мм мы обнаружили, что даже когда точность печати паяльной пасты контролировалась в пределах ±15 мкм, коэффициент апертуры трафарета поддерживался на уровне 0,78, а пиковая температура оплавления строго фиксировалась на уровне 238 ℃ ± 2 ℃, уровень пустот все равно часто превышал 18%. После перехода на оплавание азотом JJY результаты рентгеновского контроля той же партии показали, что соотношение площадей пустот стабилизировалось между 5,1% и 6,3%. Это связано с тем, что среда азота значительно снижает скорость регенерации оксидной пленки на поверхности шариков припоя, позволяя расплавленному сплаву SnAgCu более полно растекаться по поверхности медной площадки и обеспечивая более плавный путь выхода пузырьков.
In фактическая отладка, три набора параметров должны быть настроены одновременно. Скорость потока азота должна динамически согласовываться в зависимости от объема печи и скорости конвейера. Если скорость конвейера составляет 70 см/мин, а длина печи — 2,8 метра, нижний предел — 15 л/мин; в противном случае концентрация кислорода легко поднимется до уровня выше 200 PPM. Если время зоны выдержки сократиться до уровня менее 60 секунд, неполное разложение остатков флюса вместо этого усугубит накопление пустот. In Кроме того, скорость охлаждения, превышающая 3,2 ℃/с, приведет к образованию микротрещин в нижних паяных соединениях BGA, поэтому в секции охлаждения необходимо сохранить первоначальную настройку скорости воздуха.
После того, как генератор азота JJY был подключен к переднему фланцевому отверстию печи оплавления, мы использовали анализатор остаточного кислорода для измерения содержания кислорода внутри печи. В конце зоны предварительного нагрева оно упало до 85 PPM, а по всей зоне оплавления колебалось между 60 и 90 PPM. На этом этапе однородность толщины слоя IMC паяного соединения значительно улучшилась. Поперечные срезы СЭМ показали, что дисперсия толщины роста Cu6Sn5 сузилась с ±0,82 мкм в условиях воздуха до ±0,35 мкм. Это непосредственно отразилось на циклических испытаниях устройств BGA при температуре -40℃~125℃, где среднее количество циклов отказов увеличилось с 832 до более чем 1470.
Что операторы легко упускают из виду, так это взаимосвязь между положением входа азота и организацией потока газа внутри печи. Если воздухозаборник расположен непосредственно над зоной нагрева, высокоскоростной воздушный поток нарушит распределение тепла на поверхности печатной платы, вызывая асинхронное оплавление паяных соединений в четырех углах QFN. Наконец, мы переместили интерфейс в нижнюю часть корпуса печи и установили перегородку, чтобы азот поступал вдоль стенки под углом 12° в направлении конвейера. Это позволяет избежать теплового удара, обеспечивая при этом эффективность замены атмосферы. Рентгеновская проверка 12 последовательных партий показала, что погрешность повторяемости положений пустот составляла менее 0,15 мм.
Выбор паяльной пасты должен быть привязан к процессу оплавления азотом. Мы отказались от старой пасты, содержащей активаторы на основе канифоли, и перешли на проверенную не требующую очистки паяльную пасту JJY с низким содержанием твердых веществ (4,8%), слабокислотную (pH=5,3). Температура начала разложения флюса снижается на 23 ℃ в среде азота, а общее количество летучих газов снижается на 37%, тем самым уменьшая количество летучих продуктов, задерживаемых до затвердевания припоя. Это один из основных химических механизмов уменьшения скорости образования пустот, а не просто физическая изоляция инертной атмосферой.
