Основной причиной выскакивания паяльной пасты на впитывающих влагу печатных платах во время пайки оплавлением является быстрое фазовое изменение влаги, адсорбированной внутри подложки на этапе предварительного нагрева оплавлением. Когда поглощение влаги печатной платой превышает критическое значение 0,15% по весу, указанное в таблице 4-1 документа J-STD-020D, а скорость нагрева зоны предварительного нагрева превышает рекомендуемый верхний предел 3 ℃/с в IPC/JEDEC-9704, молекулы воды накапливаются на границе раздела стеклоткани и смолы, образуя локальные пузырьки пара под высоким давлением. Как только это давление превысит прочность печатного слоя паяльной пасты на сдвиг (типичное значение 0,8～1,2 МПа), это приведет к выбросу флюса и разбрызгиванию припоя. Это явление особенно заметно в зонах BGA с толщиной платы FR-4 >1,6 мм и площадью медной фольги >65%.
Согласно п. 8.3.2 стандарта IPC-A-610G, если диаметр пустот, образующихся при выскакивании припоя, составляет >25 % диаметра площадки, это расценивается как дефект. In на реальных производственных линиях размер пустот в большинстве случаев отказов сосредоточен в диапазоне 120～180 мкм, что точно соответствует критическому порогу допуска для колодок QFN с шагом 0,3 мм. В настоящее время рентгеновский контроль обнаруживает, что уровень пустот часто достигает более 35%, что намного превышает контрольную линию в 15%, рекомендованную IPC-7095C. Более серьезно, остатки припоя забивают отверстия трафарета, что приводит к образованию перемычек или недостаточному количеству припоя в последующих партиях. Из-за этой проблемы завод автомобильной электроники однажды сдал в утиль 2300 основных плат управления ADAS.
Стандарт требует, чтобы печатные платы класса MSL3 после открытия хранились при температуре ≤30℃/60% относительной влажности, а совокупное время воздействия не должно превышать 168 часов. Однако рядовой персонал часто игнорирует отклонение калибровки экологических гигрометров. Измеренное значение относительной влажности в определенной мастерской составляет 58%, тогда как истинное значение достигает 72%, что ускоряет фактическую скорость поглощения влаги печатными платами в 2,3 раза. При этом встречается распространенное недопонимание в настройке температуры выпечки. J-STD-033C прямо запрещает использование 125 ℃ в качестве общего параметра выпечки. Для гибких печатных плат, содержащих армирующие листы из ПЭТ, температуру необходимо снизить до 80 ℃, а время запекания увеличить до 24 часов, иначе армирующий лист сморщится и приведет к ненормальному соскабливанию трафарета.
Мы проверили влияние различных методов запекания на скорость выскакивания припоя. Для той же марки MSL скорость выскакивания припоя после обработки в вакуумной печи (-0,095 МПа) в течение 4 часов составляет 0,07%, тогда как в обычной конвекционной печи (125 ℃/8 часов) повышается до 0,62%. Основная причина разницы в том, что вакуумная среда может ускорить миграцию влаги в глубокие микропоры. Однако следует отметить, что если степень вакуума превышает -0,1 МПа, чернила паяльной маски вздуты, что привело к увеличению объема ремонта на заводе по производству упаковки для светодиодов на 11 процентных пунктов. Поэтому в реальной эксплуатации в качестве эталона следует использовать значение Tg, предоставленное производителем печатной платы. Когда Tg <130℃, температуру вакуумной выпечки необходимо снизить до 105℃, а содержание кислорода в печи должно контролироваться на уровне <50 PPM.
Паяльная паста сама по себе не является основной причиной, но выбор системы флюса увеличит риск. Скорость испарения растворителя паяльной пасты типа RMA на основе канифоли на этапе выдержки при 150 ℃ на 40% медленнее, чем у паяльной пасты без очистки, которая блокирует канал выхода водяного пара. Высокая температура плавления (227 ℃) сплава SN100C увеличивает время ликвидуса на 1,8 секунды, что вместо этого оставляет больше окна для выхода водяного пара. Таким образом, после того как завод по производству модулей связи перешел на комбинацию SN100C + не требующая очистки паяльная паста, скорость выскакивания припоя снизилась на 76%. Однако профиль оплавления необходимо регулировать синхронно, а пиковую температуру следует снизить с 245 ℃ до 242 ℃, чтобы избежать охрупчивания интерметаллических соединений.
Метод быстрой идентификации на месте заключается в наблюдении за состоянием кромок паяльной пасты в момент снятия трафарета. Если появляются зубчатые заусенцы или глубина центрального углубления >15 мкм, это указывает на то, что содержание влаги в печатной плате превысило предупреждающую линию. В это время линию следует немедленно остановить и взять образцы влаги из трех досок для проверки. Для измерений используйте галогенный анализатор влажности Mettler Toledo HR83. Если среднее значение составляет >0,12% масс., необходимо запустить экстренную выпечку. Категорически запрещается напрямую продлевать время оплавления, поскольку в Приложении B к J-STD-020D указано, что сверхурочная работа в зоне выдержки усугубит окисление шариков припоя микросхем, увеличивая вероятность холодной пайки в 3,5 раза.
