Для пайки оплавлением устройств с бездонными выводами, таких как BGA/QFN, скорость нагрева является не опцией, а порогом срабатывания. Это связано с тем, что накладываются узкое окно испарения флюса в паяльной пасте, запаздывающая реакция плавления припоя и неравномерное распределение теплоемкости печатной платы. Незначительная ошибка приведет к появлению серийных соединений холодной пайки или надгробий. Наша производственная линия однажды отрегулировала скорость цепи на 0,3 м/мин, в результате чего крутизна нагрева во второй зоне печи оплавления подскочила с 2,1 ℃/с до 3,4 ℃/с. В результате рентгеновский контроль двух последовательных партий показал, что площадь пустот в угловых паяных соединениях BGA превышает 18%.
Чрезмерная скорость нагрева в секции предварительного нагрева приводит к прямому разрыву керамической подложки.
Медный каркас корпуса QFN и пластиковый корпус корпуса имеют большую разницу в коэффициенте теплового расширения. Когда температура поверхности печатной платы повышается с 30 ℃ до 150 ℃ менее чем за 90 секунд, из-за концентрации напряжений на краю рамы возникают микротрещины. Такие трещины не очевидны при тестировании ICT, но после 72 часов старения при высокой температуре и высокой влажности уровень разомкнутой цепи возрос до 11%. Цзя Цзиньюань подтвердил, что 2,3 ℃/с является порогом безопасности для устройств с выводами QFN-48. После превышения этого порога сила отслаивания колодки снизилась на 35%.
Недостаточное время пребывания в секции выдержки приводит к карбонизации остатков флюса.
Если секция замачивания не может поддерживать стабильность поверхности плиты в диапазоне 145℃~155℃ в течение более 100 секунд, флюс на основе канифоли не может полностью разложиться и выйти наружу. Полуотвержденный остаток, оставшийся в нижней полости QFN, снова карбонизуется на пике оплавления. Это не только перекрывает путь теплопроводности и вызывает локальный перегрев, но и препятствует растеканию припоя и образует несмачивающее кольцо. Для сравнения мы использовали испытания летающим зондом и обнаружили, что 20-секундное сокращение времени выдержки соответствует падению скорости прохождения усилия паяного соединения на 19 процентных пунктов.
Внезапное изменение наклона до достижения пиковой температуры приводит к смещению шарика припоя.
Устройства BGA входят в критическую зону разрушения припоя при температуре около 183 ℃. В это время, если скорость нагрева резко увеличивается с 1,8 ℃/с до 2,9 ℃/с, скорость дисбаланса поверхностного натяжения жидкого припоя намного превышает способность шариков припоя к самокалибровке, что приводит к боковому смещению шариков припоя на 12% для BGA с шагом 0,4 мм. Рентгеновские изображения показывают, что направление смещения полностью соответствует направлению воздушного потока в печи. Это явление исчезло после регулировки клапана баланса объема воздуха, что указывает на то, что колебания скорости нагрева более фатальны, чем абсолютное значение.
Неконтролируемая разница температур по всем компонентам увеличивает вероятность локальных дефектов.
Если разница температур между центром и краем BGA на одной и той же плате превышает 3 ℃, разница во времени на пике оплавления достигает 4,2 секунды. Это означает, что центральные паяные соединения начали остывать и кристаллизоваться, а края все еще находятся в расплавленном состоянии. Одновременно возникают крупные зерна припоя и неравномерная толщина слоя IMC. Цзя Цзиньюань использовал инфракрасный тепловизор для измерения шестислойной платы. При скорости нагрева 2,6 ℃/с разница температур достигла 2,8 ℃, а скорость ремонта была в 3,6 раза выше, чем при условии 2,1 ℃/с.
