В прошлом году на нашей производственной линии три месяца подряд наблюдался чрезмерный уровень пустот в паяных соединениях BGA. Основная причина была связана с чрезмерно частыми циклами запуска и остановки компрессора в холодильнике для хранения паяльной пасты, что приводило к постоянным колебаниям внутренней температуры от 4°C до 9°C. Производитель этой бессвинцовой паяльной пасты прямо требует постоянной температуры 5±1°C. После того как колебания превысили предел, в паяльной пасте начала происходить локальная агломерация частиц сплава SnAgCu, при этом вязкость носителя флюса одновременно снизилась на 8–12%. Во время печати даже небольшие изменения давления ракеля приводили к образованию натяжек по краям отверстий трафарета и вытеканию паяльной пасты за пределы контактных площадок.
Замеры на месте показали, что максимальная разница температур между разными полками в одном холодильнике достигает 2,6°C. На поверхности ведер с паяльной пастой вблизи испарительной стороны были отчетливо видны капли конденсата, а с подветренной стороны стенки ведер были сухими и беловатыми. Этот неравномерный теплообмен привел к тому, что охлажденная паяльная паста фактически находилась в состоянии цикла полузамораживания-оттаивания. В процессе хранения кристаллизационный фазовый переход производных канифоли во флюсе неоднократно прерывался, что приводило к дисбалансу межфазного натяжения между масляной фазой и смоляной фазой. В результате после открытия крышки на поверхности паяльной пасты появилось серовато-белое плавающее масло, а содержание остаточных пузырьков после перемешивания было более чем в 3 раза выше, чем в условиях постоянной температуры.
Еще более неприятно то, что многие инженеры обращают внимание только на температуру, отображаемую на холодильнике, но игнорируют искажение показаний, вызванное отклонением в положении установки датчика. Мы разобрали и проверили три медицинских холодильника с номинальной точностью ±0,5°С. Когда измеряемый датчик находился на расстоянии более 15 см от центра ведра с паяльной пастой, отклонение между отображаемым значением и фактической температурой пасты внутри ведра достигало 1,8°C. Температурная чувствительность хранения паяльной пасты точно отражается в том факте, что на каждый 1°C скорость снижения ее вязкости увеличивается на 17%. Поэтому датчик PT100 необходимо вставить непосредственно в пасту в середине неоткрытого ведра с паяльной пастой для мониторинга в режиме реального времени.
Однажды клиент, чтобы сэкономить электроэнергию, перенес паяльную пасту из морозильной камеры с температурой -18°C в холодильный шкаф с температурой 5°C. В результате процесс оттаивания занял 4 часа, в течение которых сначала прогревался поверхностный слой паяльной пасты, а глубокий слой еще был замороженным, вызывая расслоение и выпадение флюса. Последующая печать постоянно демонстрировала недостаточность припоя и образование перемычек. Позже мы потребовали, чтобы вся охлажденная паяльная паста была перемещена в температурно-эквивалентную буферную зону за 24 часа для уравновешивания и должна быть немедленно запечатана после каждого использования с записью времени открытия крышки. Потому что при воздействии комнатной температуры 25°C в течение более 15 минут количество растворителя, улетученного с поверхности паяльной пасты, достаточно для увеличения силы отделения следующей партии печати на 23%.
Теперь мы оборудуем каждый холодильник двухканальным регулированием температуры: один путь управляет пуском и остановкой компрессора, а другой связывает вентилятор с принудительной внутренней циркуляцией воздуха, уменьшая разницу температур между слоями с точностью до 0,7°C. В то же время ведра с паяльной пастой равномерно заменяются вакуумной промежуточной упаковкой из алюминиевой фольги, чтобы снизить скорость потерь охлаждения при открытии дверцы. После того, как эти улучшения повысили стабильность паяльной пасты при хранении, коэффициент вариации объема паяльной пасты при проверке SPI снизился с 14,2% до 6,8%. Это тот тип улучшения, который действительно может быть амортизирован стоимостью одной печатной платы.
