La contradicción esencial en la soldadura SMT de PCB de cobre grueso radica en el hecho de que la capacidad calorífica del sustrato de cobre es mucho mayor que la de las placas FR-4 convencionales. La capacidad calorífica de un espesor de cobre de 2 oz (70 μm) es aproximadamente 1,9 veces mayor que la de un espesor de cobre de 1 oz (35 μm), lo que da como resultado un retraso en la respuesta de la temperatura de la superficie de la placa de 8 a 12 segundos con la misma potencia de calentamiento. Si se aplica el perfil de temperatura de reflujo estándar FR-4, es muy probable que el fundente de soldadura en pasta ingrese a la zona de reflujo sin suficiente activación, o que una diferencia excesiva de temperatura local durante la fusión de la soldadura provoque que la tasa de vacío de la unión de soldadura exceda el estándar. Nuestra medición In situ en una línea de producción de módulos de potencia encontró que cuando la temperatura real de la almohadilla de la gruesa placa de cobre era 14 °C menor que la temperatura de la cavidad del horno medida por el termopar, la relación de área vacía de las uniones de soldadura inferiores de los dispositivos QFN alcanzaba hasta el 32 %, superando con creces el límite superior del 25 % permitido por IPC-A-610H Clase 2.

IPC-J-STD-020D requiere explícitamente un control estricto de la temperatura máxima para dispositivos de grado MSL3 y superior, donde el límite superior de temperatura máxima para dispositivos MSL3 es 260 °C y la duración no debe exceder los 30 segundos. Sin embargo, debido a la gran inercia de absorción de calor de las gruesas placas de cobre, el fenómeno de"sobrecalentamiento en la superficie y subcalentamiento en la capa inferior" ocurre a menudo en los hornos de reflujo tradicionales. Una vez utilizamos una cámara termográfica infrarroja para monitorear continuamente el gradiente de temperatura de una placa de cobre de doble cara de 2 mm de espesor y descubrimos que Al final de la zona máxima, la temperatura de la almohadilla de la capa superior alcanzaba los 263 °C, mientras que la correspondiente capa inferior era de solo 241 °C. Esta diferencia de temperatura conduce directamente a una mala humectación de las uniones de soldadura inferiores BGA y esta desviación no se puede compensar ajustando la velocidad del horno. Debe mejorarse extendiendo el tiempo de la zona de remojo y aumentando la velocidad de rampa de precalentamiento para mejorar la uniformidad térmica.

La selección de soldadura en pasta debe diseñarse conjuntamente con las características de respuesta térmica de las placas de cobre gruesas. Aunque las soldaduras en pasta que no requieren limpieza, como la serie NC-550, tienen pocos residuos, su sistema de colofonia tiene una temperatura de activación relativamente alta (punto de activación inicial alrededor de 150 °C), lo que es propenso a una carbonización prematura durante el lento proceso de calentamiento de placas de cobre gruesas y, en cambio, dificulta la dispersión de la soldadura. Comparamos y probamos los cambios en el ángulo de humectación de tres pastas de soldadura en placas OSP de cobre de 2 onzas de espesor, y descubrimos que Kester NXG-45 comenzó a reducir significativamente el ángulo de humectación a 145 °C, mientras que NC-550 no mostró una disminución significativa hasta 158 °C. Por lo tanto, para placas de cobre gruesas, se recomienda más utilizar pastas de soldadura con baja temperatura de activación, alto contenido de metal (90,5%) e índice tixotrópico >1,8. Al mismo tiempo, los parámetros de impresión deben ajustarse sincrónicamente: la relación del área de apertura de la plantilla no debe ser inferior a 0,66 y la presión de la espátula debe mantenerse en 4,2 kgf ± 0,3 kgf. De lo contrario, la tasa de transferencia de pasta de soldadura disminuirá en más del 12% debido Al efecto de adsorción a baja temperatura de la placa de cobre.

La optimización del perfil de temperatura de reflujo no se puede llevar a cabo de forma aislada y debe evaluarse de manera integral en combinación con la capacidad de la zona del horno y la uniformidad de la circulación del aire caliente. Aunque un horno de reflujo doméstico de ocho zonas tiene una precisión de control de temperatura nominal de ±1°C, la fluctuación de temperatura medida en las zonas 3 a 5 alcanza ±3,7°C cuando está completamente cargado con placas de cobre gruesas, lo que resulta en una desviación real del tiempo de la zona de remojo de más de 23 segundos. Finalmente adoptamos un método de configuración de rampa segmentada: configuramos las zonas de precalentamiento de 1 a 3 a 0,8 °C/s y reducimos las zonas de 4 a 5 a 0,4 °C/s para suprimir las salpicaduras de pasta de soldadura. La zona 6 (zona de remojo) se mantiene estrictamente a 150 °C ± 2 °C durante 95 segundos para garantizar la evaporación del disolvente. La sección de reflujo adopta una estrategia de doble pico: el primer pico se mantiene a 217 °C durante 12 segundos para activar la soldadura, y el segundo pico impacta 260 °C desde 238 °C con un tiempo de fase líquida de ≥4 segundos. Esta configuración aumentó el rendimiento de una determinada placa de cobre gruesa de MCU para automóviles del 89,7% Al 99,2%, y la tasa de vacíos de la junta de soldadura en la inspección de muestreo por rayos X se controló de manera estable en ≤18,3%.

La verificación In situ debe utilizar termopares reales montados en PCB y está estrictamente prohibido confiar en las lecturas de los sensores integrados del horno, porque estos últimos reflejan la temperatura del conducto de aire en lugar de la temperatura de la superficie de la placa. Una vez descubrimos que después de reemplazar el mismo equipo con placas de cobre de diferentes espesores, la desviación máxima entre la temperatura de visualización del horno y la temperatura medida de la almohadilla alcanzó los 22 °C, y la dirección de la desviación era impredecible. Se recomienda disponer 5 termopares tipo K en las cuatro esquinas y el centro de cada lote de tableros de primer artículo, y fijarlos con cinta de alta temperatura + grasa de silicona resistente Al calor. La frecuencia de muestreo no debe ser inferior a 2 Hz. Después de importar los datos Al software CurveTracer, concéntrese en comprobar si el tiempo de liquidus por encima de 183 °C se encuentra dentro del rango de 45 a 90 segundos. Menos de 45 segundos son propensos a la soldadura en frío, mientras que más de 90 segundos exacerbarán el riesgo de migración del cobre. Este requisito de rango se deriva de la restricción de envejecimiento acelerado en la tasa de crecimiento de los compuestos intermetálicos para juntas de soldadura en JEDEC JESD22-A108F.