Хвост иглы не является изолированным дефектом печати на производственных линиях SMT, а является результатом совокупного взаимодействия между реологическими свойствами паяльной пасты, параметрами трафарета и действием ракеля. В ходе непрерывного отслеживания 17 партий дефектных плат на объекте клиента JiaJinYuan мы обнаружили, что 92% игольных хвостов приходится на концы контактных площадок устройств QFP-64 и SOIC-28, причем все они расположены в зоне капиллярного разрушения, образующейся в течение 0,15 секунды после того, как ракель покидает трафарет.
Несоответствие реологических параметров является основной причиной схождения иглы
Паяльная паста не является ньютоновской жидкостью; его предел текучести, индекс тиксотропности и пластическая вязкость совместно определяют его способность к восстановлению деформации в процессе печати. Когда предел текучести ниже 85 Па, паяльная паста не может сопротивляться поверхностному натяжению и вовремя втягиваться после извлечения ракеля. Если индекс тиксотропности также меньше 0,65, скорость структурного восстановления после утончения при сдвиге не успевает за ритмом отделения трафарета, что в конечном итоге приводит к вытягиванию тонких игл припоя длиной 80–120 мкм по краям площадки. Этот дефект хорошо виден под 30-кратной лупой и не может быть устранен увеличением времени выдержки.
Угол и скорость ракеля усугубляют реологическую нестабильность
После регулировки угла швабры с 45° до 55° скорость сползания иглы снизилась на 37%. Основная причина заключается в том, что больший угол больше концентрирует напряжение сдвига на массе паяльной пасты, а не на интерфейсном слое. Между тем, стабильная скорость печати 120 мм/с может снизить локальное удержание. Однако если сама паяльная паста имеет пластическую вязкость, превышающую 220 Па·с, даже оптимизация угла вряд ли сможет подавить «хвост» иглы. Это указывает на то, что параметры оборудования могут лишь смягчить, но не устранить коренным образом реологические дефекты.
Апертура трафарета и конструкция опоры влияют на морфологию перелома
При одинаковой паяльной пасте длина хвоста иглы в трафаретах с трапециевидными отверстиями примерно на 40% короче, чем в прямоугольных, поскольку трапециевидные боковины уменьшают площадь сцепления между паяльной пастой и стенкой отверстия, ослабляя вязкое натяжение при отрыве трафарета. Между тем, неподдерживаемые выступающие области вокруг площадок делают иглы припоя более склонными к боковому отклонению, что проявляется как смещение направления при проверке AOI. Эта ситуация особенно заметна в группах площадок резисторной матрицы 0402.
Метод быстрого решения проверен на месте JiaJinYuan
Риск паяльной пасты можно предварительно оценить без реометра. Оставив новую паяльную пасту при постоянной температуре 25°C в течение 2 часов, с помощью ракеля протолкните ее с постоянной скоростью по предметному стеклу под давлением 30 Н. Если остаточные полосы не сжимаются явно в течение 3 секунд после остановки, а края имеют зубчатую форму, а не закругленные дуги, можно в принципе подтвердить, что способность к тиксотропному восстановлению недостаточна. Этот метод был проверен на 12 заводах, обслуживаемых JiaJinYuan, с уровнем соответствия 89%.
Замена паяльной пасты должна сопровождаться синхронной калибровкой технологического окна.
Заказчик перешел на паяльную пасту с индексом тиксотропности 0,72 без регулировки давления ракеля, что привело к уменьшению толщины печати на 6,3 мкм, что, в свою очередь, привело к холодной пайке соединений. Поэтому при любой замене паяльной пасты необходимо повторно проверять совокупные границы давления ракеля (±2 Н), скорости (±15 мм/с) и расстояния отпуска (±0,1 мм); в противном случае, хотя игольчатый хвост может исчезнуть, может возникнуть новая цепочка дефектов.
