Температурный профиль пайки оплавлением — это не просто набор параметров, а динамический контроль всего процесса активации паяльной пасты, испарения растворителя и образования интерметаллических соединений. Если скорость нагрева в зоне предварительного нагрева превышает 3 ℃/с, компоненты флюса с низкой температурой кипения не успеют плавно испариться, а вместо этого внезапно взорвутся на краю площадки печатной платы, непосредственно выталкивая расплавленный припой от соединения с образованием шариков припоя. Это явление особенно заметно в густонаселенных местах резисторов и конденсаторов 0201 и 0402.
Ключевые контрольные точки зоны предварительного нагрева
Обычно мы устанавливаем зону предварительного нагрева в диапазоне 120℃～160℃, при этом наклон нагрева строго контролируется в пределах от 1,0 до 2,5℃/с. Этот диапазон гарантирует, что канифольные носители в паяльной пасте полностью размягчаются, одновременно предотвращая локальное разрушение частиц паяльной пасты из-за чрезмерной разницы температур внутри и снаружи. На производственной линии JiaJinYuan из-за неисправности вентилятора в зоне оплавления фактическая скорость нагрева достигла 3,8 ℃/с, а доля плат с чрезмерным количеством валиков припоя выросла с 2% до 11% за один день. Нормальная работа была восстановлена сразу после остановки машины для калибровки скорости ветра.
Ключевая роль зоны замачивания
Температура зоны выдержки поддерживается на уровне 170℃～190℃ в течение 60–90 секунд. Его основная задача — обеспечить полное удаление остаточной влаги и этанола из флюса, одновременно обеспечивая полное уменьшение оксидной пленки на поверхности порошка припоя. Если время выдержки составляет менее 60 секунд или температура ниже 170 ℃, микровоздушные карманы уже будут существовать в нижних паяных соединениях BGA еще до входа в зону оплавления. Если их не удастся изгнать позже, они затвердеют в пустоты. Проблема чрезмерного количества пустот в устройствах QFN для одного клиента JiaJinYuan в конечном итоге была связана с колебаниями потока азота, из-за которых фактическая температура в зоне выдержки отклонялась на ±5 ℃.
Координация пиковой температуры и времени оплавления
Пиковая температура должна быть как минимум на 20 ℃ выше линии ликвидуса припоя и поддерживаться не менее 60 секунд, но не должна превышать 245 ℃, чтобы избежать ускорения диффузии медного слоя или повреждения корпуса корпуса микросхемы. Мы обнаружили, что когда время оплавления было сокращено до 45 секунд, неравномерность толщины IMC в паяных соединениях SAC305 значительно усугублялась, что сопровождалось появлением концентрированных пустот в центральной части соединений. This indicates that the intermetallic reaction had cooled and solidified before reaching an equilibrium state.
Зону охлаждения нельзя упускать из виду
Скорость охлаждения следует контролировать в пределах от -1 ℃/с до -4 ℃/с. Слишком медленная скорость приведет к образованию крупных зерен и снижению усталостной прочности паяного соединения, тогда как слишком высокая скорость может привести к образованию микротрещин внутри соединения и образованию пустот под термическим напряжением. Когда компания JiaJinYuan отлаживала печь оплавления для определенного автомобильного контроллера, было обнаружено, что слишком высокая скорость вращения вентилятора в зоне охлаждения приводила к средней скорости охлаждения -5,2 ℃/с. Рентгеновский контроль показал, что доля пустот в основании штифтов QFP увеличилась на 7 процентных пунктов.
