При устранении проблем, связанных с коррозией на производственных линиях SMT, нашим первым инстинктом является не проверка температурного профиля печи оплавления, а немедленное удаление печатной платы и использование ионного хроматографа для измерения уровня остатков хлоридных и бромидных ионов вокруг паяных соединений, поскольку типы и содержание активных компонентов во флюсе паяльной пасты напрямую определяют порог возникновения коррозии после пайки. Например, системы слабых органических кислот, содержащие адипиновую кислоту и себациновую кислоту, практически не имеют риска коррозии в условиях максимальной температуры 235°C и времени выдержки 60 секунд. Однако при переходе на состав с сильной активацией, содержащий гидрохлорид гидроксиламина или хлорид цинка, даже если пиковая температура снижается до 220°C и содержание кислорода в атмосфере азота контролируется ниже 100 частей на миллион, очевидные продукты белой коррозии все равно будут появляться после 48-часового испытания при высокой влажности и высокой температуре (85°C/85% относительной влажности).
На этапе подготовки необходимо проверить технические параметры флюса для паяльной пасты, уделив особое внимание тому, находится ли температура размягчения канифоли в диапазоне 135 ± 5 ° C, составляет ли содержание нелетучих веществ 8,5 ± 0,3 мас.% и находится ли общее содержание галогенов ниже 0,05 мас. % (стандарт IEC 61189-5). В то же время проверьте, превышает ли скорость потери веса при 200°C в отчете термогравиметрического анализа ТГА партии паяльной пасты более 12 %, поскольку слишком высокая скорость потери веса указывает на более низкокипящий остаток растворителя, который легко образует микропористые каналы после оплавления и ускоряет миграцию электролита. In В ходе одного массового производства мы обнаружили, что определенная марка паяльной пасты содержала чрезмерно высокую долю добавленного монобутилового эфира этиленгликоля, что приводило к образованию точечной коррозии вокруг паяных соединений. В конечном итоге это было улучшено за счет уменьшения площади отверстий трафарета с 75% до 68% и увеличения давления ракеля с 4,2 кг до 5,1 кг для повышения плотности печати, что снизило количество остаточного растворителя на 37%.
Во время работы точка росы атмосферы внутри печи оплавления должна контролироваться в режиме реального времени. При чистоте азота ≥99,995% точка росы должна быть стабильно ниже -40°C; в противном случае HCl в продуктах разложения флюса будет соединяться с остаточной влагой с образованием высококоррозионной соляной кислоты. Особенно в таких областях, как нижние площадки QFN, где тепло рассеивается быстро, а скорость охлаждения превышает 3°C/с, капиллярное действие после затвердевания паяного соединения будет притягивать конденсат, богатый хлором, в межфазный зазор. На этом этапе, если чистота поверхности печатной платы не соответствует уровню ионного загрязнения <0,78 мкг/см² в эквиваленте NaCl (метод IPC TM-650 2.3.25.1), электрохимическую миграцию можно наблюдать в течение 48 часов. Однажды мы воспроизвели эту проблему на автомобильной плате MCU. Продвигая процесс очистки до 15 минут после оплавления, используя углеводородный чистящий агент (значение KB 68, начальная температура кипения 162°C), контролируя температуру очистки до 52±2°C и давление распыления до 0,28 МПа, мы успешно снизили частоту коррозионных отказов со 127 на миллион единиц до 2,3 на миллион единиц.
Устранение неисправностей не может быть сосредоточено только на зеленой медной патине под микроскопом; одновременно необходимо измерить наклон затухания сопротивления изоляции диэлектрического слоя печатной платы вблизи паяных соединений. Когда значение сопротивления падает более чем на 40% в течение 10 минут при напряжении смещения 100 В, можно определить, что органические кислоты во флюсе паяльной пасты подверглись реакции комплексообразования с медью с образованием растворимых солей меди. На этом этапе текущую партию паяльной пасты необходимо немедленно прекратить производство и получить отчет о ее испытаниях ГХ-МС, чтобы проверить, не является ли соотношение азелаиновой кислоты и ундециленовой кислоты несбалансированным, поскольку хелатирующая способность этих двух кислот различается в 3,8 раза, а несбалансированное соотношение ускорит локальное растворение меди. In Кроме того, если коррозия сосредоточена на верхней части шариков припоя BGA, а не на основании, наиболее вероятно, что продукты окисления канифоли во флюсе (такие как дегидроабиетиновая кислота) кристаллизуются и выпадают в осадок во время фазы охлаждения, блокируя канал снятия напряжения в паяном соединении, вызывая микротрещины и становясь точками инициации коррозии. В это время скорость охлаждения зоны оплавления должна быть снижена с 6°C/с до 3,5°C/с, чтобы позволить канифоли полностью перегруппироваться и кристаллизоваться.
In Что касается практических советов, мы настаиваем на том, что все вновь представленные паяльные пасты должны пройти трехэтапную проверку. Первый — это испытание на скорость изменения вязкости после 7 дней хранения в среде с температурой 25°C и относительной влажностью 60%, требующее Δη≤8%; в противном случае это указывает на то, что система тиксотропных агентов нестабильна и существует высокий риск осадка после печати. Во-вторых, необходимо смоделировать процесс предварительного обжига перед пайкой волной (105°C × 30 мин), чтобы заранее наблюдать, не происходит ли чрезмерное улетучивание флюса, приводящее к плохому смачиванию во время пайки. Последний тест представляет собой испытание на коррозию медного зеркала через 72 часа после пайки (IPC J-STD-004B, Приложение A), не требующее образования тумана или точечной эрозии на поверхности зеркала. Только после прохождения всех трех пунктов разрешается мелкосерийное пробное производство. In В одном случае мы обнаружили, что определенная паяльная паста, заявленная как «безгалогенная», имела травление кромок в тесте с медным зеркалом. Расследование показало, что его ПАВ содержало следовые примеси хлорированных алканов, а площадь пика при времени удерживания 12,73 мин в спектре ГХ-ПИД, предоставленном поставщиком, превышала стандарт в 2,4 раза, что в конечном итоге побудило их модернизировать процесс очистки сырья.
