Уровень проникновения пайки оплавлением через отверстия в автомобильной электронике и промышленном управлении превысил 18%. Движущим фактором является жесткий спрос клиентов на оптимизацию спецификации и сжатие процесса сборки, что вынуждает производственные линии отказываться от традиционных опорных приспособлений для пайки волновой пайкой и вместо этого переходить на модель совместного производства с технологией поверхностного монтажа. Однако для разъемов с отклонением копланарности контактов, превышающим 0,15 мм, процент соединений холодной пайки после оплавления резко возрастает до более чем 12%, и обычные отверстия трафарета не могут компенсировать такие механические допуски. Увеличение объема паяльной пасты необходимо путем ступенчатого локального утолщения или обратного травления.
Выбор паяльной пасты быстро меняется от общего назначения к специализированным. Основные производители прекратили поставку паяльной пасты для сквозных отверстий с размером частиц ниже Т4, поскольку порошок Т3 склонен к разрушению и отслаиванию кромок в отверстиях размером более 0,5 мм. В настоящее время ведущие заводы EMS обычно выпускают смешанные порошковые продукты средней и высокой вязкости Т4-Т5 с диапазоном вязкости 650–750 Па·с. При давлении ракеля 2,8–3,2 кг и скорости 45–55 мм/с паяльная паста данного типа способна сохранять степень заполнения отверстия ≥88 %, однако ее показатель тиксотропности необходимо строго контролировать в пределах 0,62–0,68; в противном случае чрезмерный отскок во время извлечения трафарета приведет к разрушению всей паяльной пасты.
Дизайн трафарета больше не опирается на эмпирические справочные таблицы, а вместо этого использует измеренные данные о копланарности в качестве входных данных для обратного моделирования. Например, распределение контактов одного отечественного реле в направлении Z представляет собой бимодальную форму с пиковым расстоянием 0,12 мм. В настоящее время, если изготовлен полнопластинный трафарет номинальной толщиной 0,12 мм, фактическое количество припоя на выводах нижней стороны после печати составляет всего 63% от теоретического значения. Мы проверили на трех моделях массового производства: применение локального утолщения на 0,06 мм в области нижней стороны с широким охватом ±0,3 мм вокруг центральной линии штифта может сузить разницу в количестве припоя с обеих сторон до ±5%, одновременно снижая количество дефектов моста после оплавления с 3200 частей на миллион на миллион штук до 490 частей на миллион.
Формы отверстий трафарета смещаются от прямоугольных к трапециевидным фаскам, поскольку прямоугольные края создают концентрацию напряжений во время извлечения из формы, в результате чего верхняя часть паяльной пасты рвется и остается на нижней поверхности трафарета. После того, как некоторые немецкие печатные платы автомобильного класса перешли на отверстия со скошенными углами 15°, 24-часовая стабильность непрерывной печати улучшилась до CPK=1,42, а частота очистки была увеличена с одного раза каждые 4 часа до одного раза в 11 часов. Однако эта оптимизация применима только к сценариям, где соотношение сторон открытия ≤3,5. Когда шаг контактов сжимается ниже 0,8 мм, фаска увеличивает риск попадания паяльной пасты между соседними контактными площадками.
Структуры поддержки трафарета начинают влиять на окно процесса. Обычные сотовые опоры имеют центральное отклонение, превышающее 0,03 мм в трафаретах большого размера (≥450×450 мм), в результате чего толщина паяльной пасты на средних выводах оказывается на 11–15 % меньше, чем на краевых выводах. В настоящее время два производителя оборудования выпустили на рынок вспомогательные модули поддержки, плавающие на воздухе, которые добавляют буферный слой азота 0,8 МПа на основе вакуумной адсорбции. Результаты измерений показывают, что отклонение контролируется в пределах 0,012 мм, но это решение требует, чтобы содержание масла в сжатом воздухе на производственной линии составляло ≤0,01 мг/м3; в противном случае закупорка газового тракта приведет к выходу из строя опоры и возникновению дефектов припоя в партии.
Управление оттаиванием паяльной пасты серьезно недооценивается. На большинстве заводов до сих пор используется стоячее оттаивание при комнатной температуре, в результате чего водяной пар, конденсирующийся на внешней стенке бутылки, смешивается с пастой. В одном проекте медицинского оборудования мы обнаружили, что после печати 120 деталей паяльной пастой, размороженной без контроля влажности, количество пятен разделения фаз флюса, видимых под микроскопом, увеличилось в 3,7 раза, что непосредственно привело к увеличению количества пустот в паяных соединениях штырей диаметром 0,6 мм с 9% до 31%. Правильный подход заключается в том, чтобы сначала поместить охлажденную паяльную пасту в коробку с постоянной температурой 25 ± 1 ℃ и упаковкой для медленного оттаивания на 2 часа, затем распечатать и перемешать в течение 3 минут, а срок использования после открытия одной бутылки не должен превышать 8 часов.
Логика проверки AOI адаптируется к характеристикам пайки оплавлением через отверстие. Традиционные алгоритмы имеют 44% ошибок при определении высоты подъема припоя на боковых стенках выводов, поскольку стандартная библиотека не учитывает искажение контура, вызванное тепловой деформацией вывода после оплавления. На месте новая модель была обучена путем сбора 500 наборов реальных изображений паяных соединений, изменения порога оценки подъема припоя на боковой стенке с фиксированного 0,25 мм на динамическое отображение 0,38–0,45 диаметра штифта, что снизило уровень ложных срабатываний до 6,2%. Тем не менее, эта модель по-прежнему имеет процент промахов обнаружения в 19% для игл с сильным окислением покрытия, поэтому перед печатью необходимо добавить процесс плазменной очистки.
