Пайка толстых медных плат — это не просто нанесение паяльной пасты и ее прохождение через печь оплавления; Вся технологическая цепочка должна быть перекалибрована с учетом высокой теплопроводности, низкой смачиваемости припоя и высоких характеристик теплоемкости медной подложки. В противном случае паяные соединения очень склонны к межфазному расслоению, аномальному утолщению IMC или локальному прожогу в условиях эксплуатации с полной нагрузкой в OBC новых энергетических транспортных средствах или инверторах главного привода.
Толщина меди и структура контактной площадки должны быть изменены синхронно.
Скорость теплопроводности слоя меди толщиной 2 мм почти в 7 раз выше, чем у обычной меди толщиной 1 унция. Если размеры площадок и отверстия паяльной маски традиционных плат FR4 сохраняются, во время оплавления медная подложка быстро отводит тепло, предотвращая полное плавление и растекание припоя. Наши измерения показывают, что на каждые 0,5 мм увеличения внешнего диаметра площадки относительно толщины меди площадка должна синхронно расширяться на 0,3 мм, а отверстие паяльной маски должно выступать за пределы площадки как минимум на 0,15 мм с каждой стороны. В противном случае паяльная паста на этапе предварительного нагрева будет вытягиваться вбок, что приведет к недостаточному объему паяного соединения.
Паяльная паста должна соответствовать характеристикам задержки смачивания толстой меди.
Компания JiaJinYuan проверила три системы сплавов. Температура начала смачивания 63/37 на толстой меди на 22 ℃ выше, чем на обычных платах, в то время как SAC305 из-за высокого содержания серебра демонстрирует очевидную задержку подъема припоя при 185 ℃. Окончательно выбранный состав — SAC405, который имеет более широкий диапазон плавления и более плавный градиент поверхностного натяжения, поддерживая стабильное прогрессирование смачивания в диапазоне 217 ℃ ~ 228 ℃. В сочетании с толщиной трафарета 0,035 мм и углом ракеля 90° это гарантирует, что полнота единовременно сформированных паяных соединений соответствует стандарту.
Профиль оплавления должен противодействовать тепловой инерции медной подложки.
Обычная пиковая температура 245 ℃ — это только отправная точка для толстых медных плат. Мы увеличили зону выдержки до 90 секунд и поддерживали температуру 205±3℃, чтобы позволить остаткам флюса полностью разложиться, одновременно снижая скорость нарастания с 2,5℃/с до 1,3℃/с, чтобы избежать образования чрезмерного температурного градиента между медной подложкой и контактной площадкой. В противном случае в нижних паяных соединениях BGA на начальном этапе охлаждения образуются микротрещины из-за неравномерной усадки, а уровень пустот, определяемый рентгеновским излучением, обычно превышает 25%.
Проверка после пайки не может полагаться исключительно на внешний вид.
Первое подтверждение изделия после пайки толстой медной платы должно включать три пункта: использование тепловизора для регистрации распределения поля температуры поверхности паяных соединений при полной нагрузке 120 А, при этом разница температур, превышающая 8 ℃, рассматривается как аномальный тепловой путь; использование ультразвукового сканирования для проверки наличия кольцеобразных расслоений внутри паяных соединений, что является типичной особенностью плохого соединения в переходной зоне медная подложка-припой IMC; наконец, выполнили 50 циклов термического удара при -40℃～125℃, чтобы проверить, есть ли подъемы на микронном уровне на краях паяного соединения, явление с частотой повторения 73% на платах без шероховатости медной поверхности.
