Пайка оплавлением азота – это не просто заполнение камеры печи азотом; это технологическая система с замкнутым контуром, в которой содержание кислорода в паяльной пасте используется в качестве эталона измерения, а точка росы — в качестве рычага управления. It is designed for high-end SMT production lines with stringent requirements for the metallurgical quality of solder joints, positioned to solve three major hard issues: intensified high-temperature oxidation of lead-free Solder Paste, narrowed activity window of Flux, and insufficient wetting of tiny pads, rather than replacing air Reflow Soldering for low-cost production of conventional consumer-grade boards.
Первым преимуществом сердечника является явное и воспроизводимое снижение количества пустот в паяных соединениях. When the measured dew point inside the furnace is tightened from -20°C to -40°C and the oxygen content is synchronously reduced from 500 PPM to 100 PPM, X-ray inspection of solder joints at the bottom of 0.4 mm pitch QFN shows that the average void area drops from 18.7% to 4.3%. This data comes from our three consecutive months of sampling comparisons across 6 production lines, with a sample size of ≥120 devices per batch, and all tests were completed under the same solder paste batch, same stencil aperture, and same printing parameters, eliminating interference from front-end variables.
Второе преимущество выражается в увеличенной продолжительности действия флюса в паяльной пасте. В атмосфере азота температура разложения канифольной смолы смещается в сторону более высокой температуры примерно на 15°C, что позволяет активным компонентам поддерживать эффективную концентрацию в течение 10 секунд до достижения пиковой температуры, тем самым позволяя расплавленному припою полностью растекаться в пределах критического окна смачивания. In В ходе наших сравнительных испытаний мы обнаружили, что при пайке резисторов 01005 одной и той же паяльной пастой, не требующей очистки, в атмосфере воздуха и азота степень перемыкания паяного соединения снизилась с 0,12% до 0,03%, а степень образования надгробий снизилась с 0,08% до необнаружимого уровня. Этот результат полностью соответствует кривым термогравиметрического анализа ТГА, предоставленным производителем паяльной пасты.
Третьим преимуществом является улучшение толщины и однородности слоя IMC паяного соединения. Азотная среда подавляет чрезмерно быстрое выделение и укрупнение Cu6Sn5 в расплавленном припое. Измеренная при пиковой температуре 245°C для определенного корпуса MCU BGA автомобильного класса, средняя толщина межфазного слоя IMC паяных соединений, полученного пайкой оплавлением азотом, составляет 2,1 мкм со стандартным отклонением 0,38 мкм, тогда как соответствующие значения для пайки оплавлением на воздухе составляют 3,4 мкм со стандартным отклонением 0,92 мкм. Это означает, что риск сбоя при термоциклировании значительно снижается, особенно для сертификации AEC-Q200, где процент прохождения 1000-циклового испытания при температуре от -40°C до 125°C увеличивается на 27 процентных пунктов.
Применимые сценарии очень специфичны; не все продукты должны использовать оплавление азотом. Для таких плат, как модули Wi-Fi, которые содержат большое количество RF QFN с шагом 0,3 мм и имеют термопрокладки большой площади внизу, необходимо использовать азот для контроля уровня пустот в пределах принятого заказчиком порога в 8%. Существуют также микросхемы TDDI автомобильного класса, диаметр шариков припоя которых составляет всего 0,25 мм; Пайка оплавлением на воздухе склонна к частичному нерасплавлению шариков припоя или углам смачивания >30°, тогда как в условиях азота выход при первом проходе увеличивается с 76% до 99,2%. Однако для таких плат, как обычные материнские платы с USB-концентратором, которые содержат компоненты для сквозного и поверхностного монтажа и имеют шаг контактов устройства обычно >0,65 мм, принудительное использование азота только увеличит затраты на потребление азота и риск колебаний точки росы, что не стоит потерь.
Первое, на что следует обратить внимание при выборе оборудования, это то, что датчик точки росы должен быть установлен на выходе из зоны охлаждения печи, а не на входе газа, поскольку только газ здесь действительно отражает фактическое состояние паяльной камеры. Однажды мы столкнулись с фабрикой, которая использовала показания на входе для фальсификации параметров процесса, что приводило к реальным колебаниям точки росы внутри печи на ±8°C, что неоднократно приводило к плохому смачиванию одной и той же партии паяльной пасты. Второй момент заключается в том, что время отклика анализатора кислорода должно составлять ≤1,5 секунды, иначе он не сможет уловить быстро меняющийся градиент концентрации кислорода во время нагрева. Многие недорогие приборы имеют номинальную точность, но запаздывают динамические характеристики, что приводит к неточной настройке ПИД-регулятора. Третий момент заключается в том, что чистота азота не может зависеть только от выходного индекса генератора азота; необходимо измерить многоточечное содержание кислорода внутри печи. Мы проверили, что для одного и того же оборудования содержание кислорода, измеренное в передней, средней и задней частях печи, может различаться до 60 частей на миллион, и измеренные значения в средней и задней частях должны использоваться в качестве основы для установки порогов сигнализации.
