Мы никогда не копируем рекомендуемые производителем значения при настройке параметров. Вместо этого мы сначала проверяем содержание металла и активность флюса, соответствующие модели паяльной пасты, а затем точно настраиваем параметры оплавления паяльной пасты на основе фактического отклонения от однородности температуры печи, диапазона колебаний скорости цепи и различий в толщине меди различных партий печатных плат на производственной линии. Например, если скорость нагрева низкотемпературной бессвинцовой паяльной пасты превышает 3 ℃/с на этапе разгона, легко вызвать микротрещины на концах резисторов 0201. Когда платы с высоким ТГ соединены с BGA большого размера, зона выдержки должна быть увеличена более чем до 90 секунд, чтобы полностью снять внутреннее напряжение.
Наиболее надежно контролировать скорость нарастания зоны предварительного нагрева в пределах от 1,0 до 1,5 ℃/с. Слишком быстрая скорость приведет к бурному испарению растворителя в паяльной пасте и образованию брызг, а слишком медленная приведет к преждевременному отключению флюса. Если паяльная паста на основе канифоли остается при температуре ниже 150 ℃ более 120 секунд, оксидная пленка утолщается, что напрямую ослабляет последующую смачивающую способность. Однажды у нас была партия устройств QFN, в которых галтели припоя плохо поднимались по контактным площадкам из-за резкого падения скорости цепи на 0,15 м/мин. Позже мы обнаружили, что фактическая температура в зоне выдержки была на 4,2 ℃ ниже заданного значения. Основная причина заключалась в том, что смещение калибровки термопары не было своевременно исправлено.
Температурное окно зоны выдержки должно строго контролироваться в диапазоне от 170 до 200 ℃, а продолжительность должна быть не менее 60 секунд. На этом этапе необходимо обеспечить полное разложение флюса, не допуская чрезмерного окисления поверхности порошка припоя. Если используется паяльная паста, содержащая висмут, верхний предел должен поддерживаться ниже 190 ℃; в противном случае элементы Bi будут сегрегироваться при высоких температурах, вызывая повышенную хрупкость паяных соединений. С другой стороны, никельсодержащая паяльная паста требует более длительного времени выдержки, чтобы активировать реакцию диффузии слоя никеля.
Пиковая температура оплавления не является чем выше, тем лучше. Для основной паяльной пасты SAC305 выдержка в диапазоне 235–245 ℃ в течение 45–65 секунд достаточна для завершения металлургического соединения. Однако при работе с двусторонними плитами смешанной сборки пиковая температура на верхней стороне должна быть ограничена до 238 ℃ и повышена до 242 ℃ на нижней стороне; в противном случае большие компоненты тепловой массы на нижней стороне будут ухудшать общий тепловой отклик. Однажды мы использовали один и тот же набор параметров оплавления паяльной пасты для тестирования трех печатных плат с различной структурой ламинирования. Только тот, который имел толщину меди 1,2 унции и смешанную ламинацию из высокочастотного материала FR4 +, имел чрезмерную долю пустых шариков припоя BGA. В конечном итоге проблема была решена за счет уменьшения наклона пиковой зоны с 0,8 ℃/с до 0,5 ℃/с.
Скорость охлаждения не менее важна. Идеальное значение должно поддерживаться в пределах от -3 до -4℃/с. Слишком быстрая скорость приведет к образованию микротрещин в паяных соединениях, а слишком медленная приведет к огрублению эвтектической структуры, особенно для паяльной пасты с содержанием серебра более 3,5%. Мы протестировали ту же печь и обнаружили, что после того, как температура окружающей среды выросла с 22 ℃ до 30 ℃, измеренная скорость зоны охлаждения упала на 0,9 ℃/с, и сразу же произошло перемыкание штыря QFP с шагом 0,4 мм. Решением проблемы стала установка модуля принудительного воздушного охлаждения на выходе вместо простого увеличения скорости вращения вентилятора.
