Разъедает ли паяльная паста печатные платы, это вовсе не теоретическая проблема, а повторяющаяся реальная неисправность, которую ежедневно можно увидеть в заявках на доработку производственной линии. В прошлом году в проекте автомобильного модуля мы столкнулись с тремя последовательными отказами CAF, вызванными остатками паяльной пасты. Основная причина заключалась в использовании паяльной пасты на основе канифоли, содержащей 0,5% ионов хлорида, без соответствующего процесса промывки водой. В результате на остатках поверхности платы после оплавления образовались дендритные короткие замыкания всего за 72 часа во время испытаний на старение при 85°C и относительной влажности 85%.
Чтобы определить, представляет ли паяльная паста риск коррозии, необходимо одновременно оценить три условия. Во-первых, тип активатора: например, паста средней активности, содержащая бромиды, оставляет больше ионного остатка, чем паста на основе чистой канифоли. Во-вторых, полностью ли активирует профиль температуры пайки реакцию разложения флюса: если пиковая температура ниже 217°C и время выдержки менее 60 секунд, многие соли органических кислот не успевают улетучиться. В-третьих, возможность последующей очистки: чистящие средства на водной основе могут удалить до 99,2% остатков органических кислот, в то время как утверждение об «отсутствии коррозии» для паяльной пасты, не требующей очистки, предполагает, что плата никогда не будет подвергаться воздействию конденсата, циклическим изменениям температуры и влажности или напряжению смещения, но на самом деле ни одна печатная плата не может избежать таких условий эксплуатации.
Данные о долгосрочной надежности получены из трех серийных партий плат, которые мы отслеживали, с использованием одной и той же паяльной пасты типа RMA, но с разными методами очистки. Группа с промывкой водой сохраняла сопротивление изоляции выше 10^9 Ом после 1000 часов испытаний РСТ, группа с полупромывкой водой упала до диапазона 10^7 Ом, а группа, полностью не подвергавшаяся очистке, упала ниже 10^6 Ом на отметке 320 часов с явной зеленой точечной коррозией. Под микроскопом по краям медных следов были видны следы выборочного травления. Эта коррозия не является равномерным истончением, а преимущественно происходит вдоль границы между стекловолокном и смолой, поэтому при испытаниях с летающим зондом ее часто не упускают.
Уровень ионного загрязнения (IC) печатных плат после пайки должен контролироваться ниже 0,78 мкг/см2, эквивалентного NaCl, чтобы соответствовать требованиям IPC-J-STD-001 класса 3. Однако наши измерения показывают, что даже при использовании номинально «низкогалогенной» паяльной пасты, если отклонение размера отверстия трафарета превышает ± 5 мкм, а колебание давления ракеля превышает 0,3 МПа, как только дисперсия толщины печати превышает 20%, локальное накопление паяльной пасты превысит стандарт более чем в 3 раза. Этот избыточный остаток не может быть удален путем оплавления азотом; вместо этого недостаток кислорода приводит к увеличению количества побочных продуктов окисления, что еще больше ухудшает склонность к коррозии.
Что действительно определяет долгосрочную надежность, так это не надпись «отсутствие коррозии» в техническом описании паяльной пасты, а совокупный контроль трех факторов: точности печати паяльной пасты, содержания кислорода в атмосфере оплавления и стабильности температуры в резервуаре для очистки. При каждом отклонении температуры очистного бака на ±2°C изменения поверхностного натяжения деионизированной воды достаточно, чтобы увеличить содержание остатков на дне глухих отверстий на 17%. Это значение является средним измеренным и статистически полученным на основе 12 линий SMT, а не результатом лабораторного моделирования.
