Los principales tableros de control de las estaciones base de comunicación 5G y los principales tableros de energía de los sistemas de almacenamiento de energía industriales y comerciales imponen requisitos estrictos sobre la confiabilidad a largo plazo de la soldadura BGA. Estas placas base generalmente utilizan chips SoC y FPGA de gran tamaño y alta densidad de E/S, cuyas bolas de soldadura BGA están disponibles principalmente en dos especificaciones de 0,3 mm y 0,4 mm de diámetro, y los sustratos están hechos en su mayoría de materiales con alto TG con más de 6 capas. El problema de la discrepancia en el coeficiente de expansión térmica es más prominente que el de las placas base de consumo. Si la desviación de la temperatura máxima de la soldadura por reflujo excede ±3 ℃ o la fluctuación del tiempo por encima del líquido excede los 15 segundos, fácilmente provocará microfisuras en las uniones de soldadura o un crecimiento desigual de la capa de interfaz IMC.

La abertura de la plantilla debe coincidir con el tamaño de la bola de soldadura y la tendencia de deformación del sustrato.

Para la plantilla cortada con láser de 0,12 mm de espesor que personalizamos para JiaJinYuan, se adopta una relación de área de apertura del 92 % para bolas de soldadura de 0,3 mm, mientras que se utiliza una relación de área del 88 % para bolas de soldadura de 0,4 mm. La forma de la abertura es uniformemente redondeada para evitar que se formen esquinas afiladas. Durante la impresión, la deformación de la PCB antes de la carga debe controlarse sincrónicamente. Cuando la deformación unilateral del área BGA es >0,15 mm, se debe detener la línea inmediatamente para reemplazar el material; de lo contrario, la tasa de transferencia de pasta de soldadura disminuirá en más del 12 %, lo que resultará en defectos inaceptables con una tasa de vacíos >25 % formada por uniones de soldadura insuficientes después del reflujo.

El perfil de soldadura por reflujo debe ajustarse dinámicamente según el espesor del paquete de chips.

Para dispositivos BGA de control principal de almacenamiento de energía con un espesor >2,0 mm, es obligatorio extender la zona de remojo a 110 segundos para activar completamente el flujo y descargar la humedad interna. Mientras tanto, la temperatura máxima se establece en 238 ℃ ± 2 ℃ y el tiempo por encima del líquido se controla en 65 ± 5 segundos. Esta combinación de parámetros se ha verificado continuamente en la línea de producción de JiaJinYuan para 37 lotes de placas, y la tasa de vacíos de las uniones de soldadura en la inspección por muestreo de rayos X es <8%, que es muy inferior Al límite superior del 25% especificado en el estándar IPC-A-610G Clase 3.

La inspección posterior a la soldadura no puede depender únicamente del AOI, sino que debe complementarse con rayos X y verificación de secciones transversales.

AOI es completamente ineficaz para uniones de soldadura inferiores BGA. Estipulamos que las primeras cinco placas de cada lote deben ser inspeccionadas Al 100 % mediante una máquina de rayos X, centrándose en los puentes y la distribución de huecos en las uniones de soldadura de las esquinas. Si se encuentra que el área vacía de una sola junta de soldadura es >15%, se deben rastrear los registros de limpieza de la plantilla y los datos de presión de la escobilla de goma de las 3 horas anteriores. Al mismo tiempo, cada mes se toman muestras aleatorias de 2 tableros producidos en masa para determinar la sección transversal metalográfica para confirmar si el espesor del IMC es estable en el rango de 3,2 a 4,1 μm. Una vez que supere este rango, el valor de compensación del termopar del horno de reflujo se calibrará inmediatamente.

La verificación del envejecimiento a largo plazo no es una mera formalidad, sino para fijar el límite de falla

Colocamos toda la máquina directamente sin ninguna reparación después de soldarla en una cámara ambiental de 85 ℃/85 % RH, la alimentamos continuamente durante 1000 horas y luego desmontamos los dispositivos BGA. La interfaz de la unión de soldadura se observó mediante SEM. No se encontró ninguna transformación de fase anormal de Cu6Sn5 a Cu3Sn en todas las muestras y no se observaron signos de desprendimiento entre las bolas de soldadura y las almohadillas. Esto indica que la selección actual de soldadura en pasta (SN100C+0.5%Ni), la estrategia de apertura de la plantilla y el perfil de reflujo de JiaJinYuan han formado una combinación de circuito cerrado, que realmente respalda la vida útil de 10 años requerida para escenarios de almacenamiento de energía y 5G.