In На линии производства промышленных плат управления SMT часто встречается ситуация, когда уровень пустот в паяных соединениях BGA превышает стандарт, но никаких отклонений в партии паяльной пасты не обнаружено, или та же самая паяльная паста имеет выход 99,8% на платах FR-4, но после перехода на промышленную плату управления толщиной 2,0 мм с высоким ТГ уровень пайки резко увеличивается на 12%. Подобные проблемы принципиально связаны не с параметрами оборудования, а с неявным несоответствием технических показателей паяльной пасты физическим характеристикам промышленных плат управления. Например, большая теплоемкость толстых плат приводит к отставанию пиковой температуры оплавления. Если доля растворителей с низкой температурой кипения в паяльной пасте слишком высока, они могут преждевременно улетучиться на этапе нагрева, что приведет к разрыву пленки флюса, что, в свою очередь, приведет к неравномерному смачиванию. Если содержание металла ниже 88,5%, степень разрушения паяльной пасты на большой площади медной фольги после печати будет на 37% выше, чем у обычных потребительских печатных плат. Это воспроизводимое физическое явление под микроскопом, а не статистическая флуктуация.

Вязкость и индекс тиксотропности следует рассматривать вместе, поскольку паяльная паста с номинальной вязкостью 650 Па·с сама по себе может иметь фактическую кажущуюся вязкость всего лишь 210 Па·с при скорости сдвига 100/с. Обычная скорость ракеля для промышленных плат управления SMT составляет 45 мм/с, а давление — 0,45 МПа. В это время паяльная паста с индексом тиксотропии ниже 0,55 будет иметь краевой рисунок на контактных площадках QFN с шириной отверстия трафарета менее 0,25 мм. Однако если индекс тиксотропности превысит 0,72, это приведет к чрезмерно высокому вертикальному краю паяльной пасты после выемки из формы и произойдет саморазрушение на ранней стадии оплавления. На самом деле мы протестировали три основные паяльные пасты при массовом производстве главной платы управления ветроэнергетическими установками. Среди них тип А имеет индекс тиксотропности 0,61, а стандартное отклонение постоянства высоты после печати составляет 6,2 мкм; тип Б имеет индекс тиксотропии 0,53, а стандартное отклонение достигает 11,8 мкм; тип С имеет индекс тиксотропности 0,75, хотя после распаковки он чистый, частота появления шариков припоя после оплавления в 2,3 раза выше.

Существует сильная взаимосвязь между содержанием металла и распределением частиц по размерам. Для паяльной пасты с номинальным содержанием металла 89,2%, если размер частиц D50 превышает 28 мкм, при печати на сердечнике ARM BGA с шагом 0,3 мм усиливается трение о стенку отверстия трафарета, в результате чего эффективная скорость переноса падает до 73%. Для паяльной пасты с тем же содержанием 89,2%, но с D50 22 мкм, скорость переноса может достигать 89%. Однако оксидная пленка последних на стадии оплавления становится тоньше, а требования к чистоте азота повышаются до более чем 99,995%. В противном случае процент недействительности вырастет с 8,7% до 24,1%. Это объясняет, почему на одном и том же заводе используется одна и та же печь оплавления, а выход продукции резко падает после переключения источника подачи азота. Проблема не в температурной кривой печи, а в жесткой зависимости технических показателей паяльной пасты от атмосферных условий.

Об уровне активности флюса нельзя судить без разделения процесса очистки. Хотя паяльная паста уровня ROL0 имеет остаточное сопротивление изоляции >1×10¹⁰Ом, ее носитель на основе канифоли имеет очевидную тенденцию к карбонизации после выдерживания при температуре 125°C в течение 180 с. Сигнальная плата железнодорожного транспорта имела чрезмерный ток утечки в ходе испытаний на старение при высокой температуре и высокой влажности. Основная причина заключалась в том, что была выбрана паяльная паста ROL0, но повторный тест на ионное загрязнение поверхности платы (IC) не был проведен. Хотя паяльная паста уровня ROL1 требует промывки водой, в условиях давления распыления 0,25 МПа и температуры воды 62°C значение IC стабильно контролируется на уровне 0,78 мкг/см² эквивалента NaCl, что намного лучше, чем риск электрохимической миграции для неочищаемого типа после длительной эксплуатации.

Должны быть четкие направления выбора для различных сценариев промышленного контроля. В платах управления военно-промышленной промышленностью должна использоваться паяльная паста с D50≤22 мкм, содержанием металла ≥89,0% и индексом тиксотропности 0,58～0,65, и они обязательно должны быть оснащены азотной защитой и онлайн-мониторингом IC. Промышленные платы управления наружного применения, такие как ветроэнергетика и железнодорожный транспорт, должны отдавать приоритет активной паяльной пасте ROL1, содержащей галогеновые ингибиторы, поскольку скорость коррозии ее остатков в среде конденсированной воды на 40% ниже, чем у ROL0. Для линии производства базовых модулей ПЛК, которые крайне чувствительны к стоимости, может быть принята сбалансированная паяльная паста с D50=25～27 мкм, содержанием металла 88,5% и индексом тиксотропности 0,60±0,03 при условии утолщения всех отверстий трафарета на 5 мкм и отказа от ступенчатой ​​конструкции трафарета. При выборе всех вариантов в качестве жестких пороговых значений необходимо учитывать измеренную долю пустот в собственной печи оплавления <15 %, частоту разомкнутой цепи ICT <30 частей на миллион и неповрежденную функцию после HALT. Если они не выполняются, немедленно переключайтесь без исключения.