Высокочастотная пайка материнских плат базовых станций связи — это не та работа, с которой обычные производственные линии SMT могут справиться случайно. В прошлом году в рамках проекта для оператора во Внутренней Монголии компания JiaJinYuan три месяца подряд сталкивалась с микротрещинами в паяных соединениях BGA. В конечном итоге было обнаружено, что основной причиной является несоответствие между окном активности паяльной пасты и рассеиванием тепла толстым медным слоем печатной платы, в результате чего фактическая скорость нагрева в зоне пика оплавления оказалась на 1,8 °C/с выше заданного значения, сокращая время плавления припоя до менее чем 2,3 секунды. Это привело к недостаточному росту ИМК на границе раздела медь-никель-золото, что сделало неизбежным растрескивание при концентрации напряжений во время термоциклирования.
Отрицательная компенсация должна быть применена к апертурам трафарета.
Подложка FR4 значительно расширяется при температуре выше 200°C, в то время как материалы с низким Dk, обычно используемые для высокочастотных плат, такие как Rogers 4350B или Taconic RF-35, имеют коэффициент теплового расширения всего 22 PPM/°C, что почти вдвое меньше, чем у FR4. Следовательно, апертуры трафарета не могут быть спроектированы в соответствии с обычным размером контактной площадки в 0,8 раза; Необходимо добавить компенсацию площади -6%. В противном случае излишний объем припоя приведет к образованию остатков паяных перемычек в нижней части корпусов BGA, и из-за различий в КТР после конденсации будет возникать напряжение сдвига, что, скорее всего, приведет к скрытому размыканию цепи в момент подачи питания после хранения при -40°C.
Профиль пайки оплавлением необходимо разделить на пять зон контроля температуры.
Наклон нагрева в зоне предварительного нагрева контролируется в пределах 1,2–1,5°C/с; в противном случае влага внутри подложки из ПТФЭ не успеет выйти наружу и при температуре около 150°C лопнет. Для полного разложения канифольного флюса зона выдержки должна поддерживаться при температуре 175±3°С в течение более 90 секунд, а зона пика должна оставаться в зоне постоянной температуры 235°С в течение 45±5 секунд, при этом колебания температуры не превышают ±2°С. В противном случае в высокочастотных платах на основе смолы ППО произойдет дрейф диэлектрической проницаемости, что непосредственно приведет к ухудшению коэффициента стоячей волны в полосе частот 3,5 ГГц более чем на 0,15.
Осмотр АОИ должен сочетаться с двухрежимной рентгеновской оценкой.
Традиционный АОИ имеет коэффициент промахов до 37% для паяных соединений ВЧ-модулей с шагом 0,3 мм. JiaJinYuan теперь требует, чтобы все материнские платы базовых станций сначала подвергались AOI-сканированию после оплавления, а затем перед рентгеновским контролем, уделяя особое внимание однородности распределения паяльной пасты под контактными площадками GCP. Если обнаружен односторонний угол смачивания <35° и смещение центра паяного соединения >0,08 мм, всю партию необходимо переработать, поскольку такое асимметричное смачивание неизбежно приведет к образованию скоплений микропустот после 72 часов высокотемпературного старения. Когда общая площадь пустот превышает 8% площади площадки, конденсированная влага при температуре -40°C будет просачиваться вдоль зазоров между интерфейсами, вызывая внезапное увеличение затухания сигнала.
Проверка долгосрочной надежности при высоких и низких температурах не может полагаться исключительно на стандартные циклы.
Признанные в отрасли испытания при температуре -40°C/85°C в течение 1000 циклов – это лишь начальный порог. JiaJinYuan фактически реализует трехэтапный переменный цикл: -40°C в течение 4 часов, +85°C в течение 4 часов и +25°C в течение 2 часов, чередующийся с испытаниями радиочастотной передачи при полной нагрузке 4G/5G. Это действительно может подвергнуть риску хрупкого разрушения слоя IMC паяного соединения в течение 2000 циклов. В прошлом году материнская плата базовой станции в Шэньчжэне использовала этот метод для раннего выявления чрезмерного роста (Ni,Cu)?Sn? фаза припоя SnAgCu на поверхности Ni/Au, что позволяет избежать массового ремонта на месте.
