La soldadura por reflujo de nitrógeno no consiste simplemente en llenar la cámara del horno con nitrógeno; Es un sistema de proceso de circuito cerrado que utiliza el contenido de oxígeno de la pasta de soldadura como punto de referencia de medición y el punto de rocío como palanca de control. Está diseñado para líneas de producción SMT de alta gama con requisitos estrictos para la calidad metalúrgica de las uniones de soldadura, posicionado para resolver tres problemas difíciles importantes: oxidación intensificada a alta temperatura de soldadura en pasta sin plomo, ventana de actividad de flujo estrecha y humectación insuficiente de almohadillas pequeñas, en lugar de reemplazar la soldadura por reflujo de aire para la producción de bajo costo de placas convencionales de consumo.
La primera ventaja fundamental es la reducción clara y reproducible de la tasa de huecos en las uniones de soldadura. Cuando el punto de rocío medido dentro del horno se ajusta de -20 °C a -40 °C y el contenido de oxígeno se reduce sincrónicamente de 500 PPM a 100 PPM, la inspección por rayos X de las uniones de soldadura en la parte inferior del QFN con paso de 0,4 mm muestra que el área vacía promedio cae del 18,7 % Al 4,3 %. Estos datos provienen de nuestros tres meses consecutivos de comparaciones de muestreo en 6 líneas de producción, con un tamaño de muestra de ≥120 dispositivos por lote, y todas las pruebas se completaron con el mismo lote de soldadura en pasta, la misma apertura de la plantilla y los mismos parámetros de impresión, lo que elimina la interferencia de las variables iniciales.
La segunda ventaja se refleja en la mayor duración activa del fundente en la soldadura en pasta. Bajo una atmósfera de nitrógeno, la temperatura de descomposición de la resina de colofonia cambia a una temperatura más alta de aproximadamente 15 °C, lo que permite que los componentes activos mantengan una concentración efectiva dentro de los 10 segundos antes de la temperatura máxima, lo que permite que la soldadura fundida complete su dispersión dentro de la ventana de humectación crítica. In en nuestras pruebas comparativas, encontramos que Al soldar resistencias 01005 con la misma pasta de soldadura sin limpieza en ambientes de aire y nitrógeno, la tasa de puenteo de la junta de soldadura cayó del 0,12 % Al 0,03 %, mientras que la tasa de desintegración se redujo del 0,08 % a indetectable. Este resultado es altamente consistente con las curvas de análisis termogravimétrico TGA proporcionadas por el fabricante de pasta de soldadura.
La tercera ventaja es la mejora en el espesor y la uniformidad de la capa IMC de la junta de soldadura. El ambiente de nitrógeno suprime la precipitación excesivamente rápida y el engrosamiento de Cu6Sn5 en la soldadura fundida. Medido a una temperatura máxima de 245 °C para un determinado paquete MCU BGA de grado automotriz, el espesor promedio de la capa interfacial IMC de uniones de soldadura obtenidas mediante soldadura por reflujo de nitrógeno es de 2,1 μm con una desviación estándar de 0,38 μm, mientras que los valores correspondientes para soldadura por reflujo de aire son de 3,4 μm con una desviación estándar de 0,92 μm. Esto significa que el riesgo de falla del ciclo térmico se reduce significativamente, especialmente para la certificación AEC-Q200, donde la tasa de aprobación de la prueba de 1000 ciclos de -40 °C a 125 °C aumenta en 27 puntos porcentuales.
Los escenarios aplicables son muy específicos; No todos los productos deben adoptar reflujo de nitrógeno. Para placas como módulos WiFi que contienen una gran cantidad de QFN de RF con paso de 0,3 mm y tienen almohadillas térmicas de gran área en la parte inferior, se debe usar nitrógeno para controlar la tasa de vacíos dentro del umbral del 8 % aceptado por el cliente. También hay chips TDDI de calidad automotriz, cuyo diámetro de bola de soldadura es de sólo 0,25 mm; La soldadura por reflujo de aire es propensa a bolas de soldadura parcialmente no fundidas o ángulos de humectación >30°, mientras que en condiciones de nitrógeno, el rendimiento del primer paso aumenta del 76 % Al 99,2 %. Sin embargo, para placas como las placas base HUB USB ordinarias que se mezclan con componentes de montaje en superficie y orificios pasantes y que tienen pasos de pines del dispositivo generalmente >0,65 mm, forzar el uso de nitrógeno solo aumentará los costos de consumo de nitrógeno y los riesgos de fluctuación del punto de rocío, lo que no vale la pena perder.
El primer punto a tener en cuenta para la selección del equipo es que el sensor de punto de rocío debe instalarse en la salida de la zona de enfriamiento del horno en lugar de en la entrada de gas, porque aquí solo el gas refleja verdaderamente el estado real de la cámara de soldadura. Una vez nos encontramos con una fábrica que usaba la lectura de entrada para falsificar los parámetros del proceso, lo que resultaba en una fluctuación real del punto de rocío de ±8°C dentro del horno, lo que repetidamente causaba una mala humectación con el mismo lote de soldadura en pasta. El segundo punto es que el tiempo de respuesta del analizador de oxígeno debe ser ≤1,5 segundos; de lo contrario, no podrá captar el gradiente de concentración de oxígeno que cambia rápidamente durante la rampa de calentamiento. Muchos instrumentos de bajo costo tienen una precisión calificada nominal pero una respuesta dinámica retrasada, lo que lleva a un ajuste PID inexacto. El tercer punto es que la pureza del nitrógeno no puede depender únicamente del índice de salida del generador de nitrógeno; Se debe medir el contenido de oxígeno en múltiples puntos dentro del horno. Hemos verificado que para el mismo equipo, el contenido de oxígeno medido en las secciones delantera, media y trasera del horno puede diferir hasta en 60 PPM, y los valores medidos en las secciones media y trasera deben usarse como base para establecer los umbrales de alarma.
