В последнее время на производственную линию часто поступают жалобы клиентов на тусклые паяные соединения и неравномерное отражение. При разборке плат мы заметили значительную разницу в блеске соседних паяных соединений на одной и той же плате: некоторые блестящие, как зеркало, другие серовато-белые и матовые. Проблема связана не с температурой предварительного нагрева или скоростью конвейера, а скорее с химическим несоответствием флюса для пайки волной и паяльных стержней. Это явление особенно заметно на платах драйверов светодиодов и панелях управления автомобильной приборной панелью, поскольку к этим двум типам продуктов предъявляются требования к визуальному контролю AQL = 0,65 для обеспечения однородности внешнего вида паяных соединений.
Мы извлекли данные о смене линий за последние три месяца и выявили три основных флюса: RMA-218 на основе канифоли, не требующий очистки NC-920 и водорастворимый WS-703. Для тестирования они были объединены с стержнями эвтектического припоя 63/37, стержнями околоэвтектического припоя 60/40 и стержнями для бессвинцового припоя SAC305. На той же машине волновой пайки Heller 970 с фиксированной температурой предварительного нагрева 125 ℃, высотой волны 5,2 мм и скоростью конвейера 1,3 м/мин непрерывно обрабатывалось 200 плат. Для каждой группы были отобраны образцы из 30 паяных соединений и измерено значение L* (значение яркости) с помощью колориметра Konica Minolta CS-200. Мы обнаружили, что флюс на основе канифоли в сочетании с стержнями припоя 63/37 имел среднее значение L* 82,6, что на 9,3 единицы выше, чем флюс без очистки в сочетании с тем же стержнем припоя. Напротив, In водорастворимый флюс в сочетании с SAC305 имел значение L* всего 70,1 с белым кристаллическим остатком на поверхности. Это указывает на то, что компоненты натуральной смолы в канифольной системе могут эффективно снижать поверхностное натяжение расплавленного припоя. В сочетании с характеристиками быстрого затвердевания, обеспечиваемыми эвтектическим составом, это позволяет паяным соединениям образовывать более плотную зеренную структуру в тот момент, когда они покидают волну, тем самым улучшая способность к зеркальному отражению.
Результаты измерения угла смачивания дополнительно подтверждают этот вывод. Средний угол смачивания комбинации канифоль + 63/37 на медных ПАДах составил 28,4°, в то время как комбинация без очистки + 60/40 достигала 39,7°, а комбинация водорастворимая + S AC305 достигала 46,1°. Больший угол указывает на более медленное растекание припоя, а излишки припоя имеют тенденцию скапливаться на краях паяных соединений, образуя выступы в виде заусенцев. Эта микроскопическая морфология напрямую ухудшает макроскопический блеск. Особенно при пайке выводов QFP с мелким шагом 0,3 мм активатор флюса, не требующего очистки, улетучивается слишком быстро, в результате чего оксидная пленка припоя остается недостаточно удаленной. Припой не может полностью смочить боковые поверхности выводов, что приводит к появлению локальных серых пятен.
Сравнение количества дефектов мостов еще более интуитивно понятно. Коэффициент перекрытия канифольного флюса в сочетании с припоями 63/37 составил 0,17%, увеличившись до 0,83% для не требующего очистки флюса в сочетании с 60/40 и достигнув 1,42% для водорастворимого флюса в сочетании с SAC305. Это связано с тем, что жидкая защитная пленка, образуемая канифолью при высоких температурах, замедляет скорость окисления стержня припоя, позволяя припою сохранять текучесть в течение более длительного периода. In, напротив, соли органических кислот в не требующем очистки флюсе быстро разлагаются при температуре выше 180 ℃, теряя свою непрерывную восстановительную способность. Сам SAC305 имеет высокую температуру плавления (217 ℃) и высокую вязкость; Сочетание этих двух факторов усугубляет тенденцию припоя оставаться в зазорах между контактами и в конечном итоге принудительно разрываться во время охлаждения, образуя матовые перемычки короткого замыкания.
In с точки зрения сложности очистки, для полного удаления остатков канифольного флюса требуется 15 минут замачивания в углеводородном растворителе. Неочищаемый флюс не оставляет видимых следов после 30 секунд промывки чистой водой комнатной температуры. Хотя водорастворимый флюс номинально смывается водой, побочные продукты хлорида цинка, образующиеся при использовании комбинации WS-703 и SAC305, легко образуют гигроскопичные кристаллы в зазорах печатной платы. Их необходимо промыть 5% водным раствором лимонной кислоты; в противном случае ток утечки превысит стандарты после 72 часов испытаний на влажный нагрев. Это означает, что если производственная линия не оснащена специальной станцией кислотной очистки, принудительное использование этой комбинации приведет к увеличению затрат на доработку.
Мы обеспечиваем четкие пути выбора для различных типов продукции. Потребительские материнские платы, которые уделяют первоочередное внимание внешнему виду и имеют большие окна доработки, должны напрямую выбирать флюс на основе канифоли с припоями 63/37; стабильность их значения L* колеблется не более чем на ±1,2 после 8 часов непрерывной работы. Модули ЭБУ автомобильного класса, которые должны пройти испытание на вибрацию AEC-Q200, должны быть переведены на флюс без очистки в сочетании с припоями 60/40; хотя глянцевость снижается примерно на 12%, толщина слоя IMC паяного соединения становится более однородной, а дисперсия усилия сдвига контролируется в пределах 8,3%. В печатных платах медицинских устройств, содержащих большое количество площадок BGA с мелким шагом, обработанных OSP, должен использоваться водорастворимый флюс в сочетании с SAC305. In В этом случае температура пайки волной должна быть одновременно снижена с 255 ℃ до 248 ℃, а скорость потока азота увеличена с 15 л/мин до 22 л/мин; в противном случае на поверхности паяного соединения появится плотная питтинговая коррозия. Эти ямки, видимые под металлографическим микроскопом со 100-кратным увеличением в виде многочисленных микропор, являются типичной характеристикой вторичного окисления припоя, вызванного недостаточным покрытием азота.
