Mâu thuẫn cơ bản trong quá trình hàn SMT đối với PCB đồng dày nằm ở chỗ khả năng chịu nhiệt của đế đồng cao hơn nhiều so với bo mạch FR-4 thông thường. Công suất nhiệt của độ dày đồng 2oz (70μm) xấp xỉ 1,9 lần so với độ dày đồng 1oz (35μm), dẫn đến độ trễ phản ứng nhiệt độ bề mặt bảng từ 8 đến 12 giây trong cùng công suất gia nhiệt. Nếu áp dụng cấu hình nhiệt độ nóng chảy lại FR-4 tiêu chuẩn, rất có thể dòng chất hàn đi vào vùng nóng chảy lại mà không được kích hoạt đủ hoặc chênh lệch nhiệt độ cục bộ quá mức trong quá trình nấu chảy chất hàn khiến tốc độ trống của mối hàn vượt quá tiêu chuẩn. Phép đo tại chỗ của chúng tôi trên dây chuyền sản xuất mô-đun điện cho thấy rằng khi nhiệt độ đệm thực tế của tấm đồng dày thấp hơn 14°C so với nhiệt độ khoang lò đo bằng cặp nhiệt điện, thì tỷ lệ diện tích trống của các mối hàn phía dưới của thiết bị QFN đạt tới mức cao tới 32%, vượt xa giới hạn trên 25% mà IPC-A-610H Loại 2 cho phép.

IPC-J-STD-020D yêu cầu rõ ràng việc kiểm soát nhiệt độ cao nhất nghiêm ngặt đối với các thiết bị cấp MSL3 trở lên, trong đó giới hạn trên của nhiệt độ cao nhất đối với các thiết bị MSL3 là 260°C và thời lượng không được vượt quá 30 giây. Tuy nhiên, do quán tính hấp thụ nhiệt lớn của tấm đồng dày nên hiện tượng “quá nhiệt trên bề mặt và quá nhiệt ở lớp dưới” thường xảy ra ở các lò reflow truyền thống. Chúng tôi từng sử dụng thiết bị chụp ảnh nhiệt hồng ngoại để theo dõi liên tục độ dốc nhiệt độ của tấm đồng dày hai mặt dày 2 mm và nhận thấy rằng ở Cuối vùng cực đại, nhiệt độ lớp đệm trên cùng đạt tới 263°C, trong khi lớp đệm lớp dưới tương ứng chỉ là 241°C. Sự chênh lệch nhiệt độ này trực tiếp dẫn đến việc làm ướt các mối hàn đáy BGA kém và không thể bù đắp độ lệch này bằng cách điều chỉnh tốc độ lò. Nó phải được cải thiện bằng cách kéo dài thời gian vùng ngâm và tăng tốc độ gia nhiệt trước để tăng cường tính đồng nhất về nhiệt.

Việc lựa chọn chất hàn phải được thiết kế đồng bộ với đặc tính phản ứng nhiệt của tấm đồng dày. Mặc dù các loại kem hàn không sạch như dòng NC-550 có cặn thấp nhưng hệ thống nhựa thông của chúng có nhiệt độ kích hoạt tương đối cao (điểm kích hoạt ban đầu khoảng 150°C), dễ bị cacbon hóa sớm trong quá trình gia nhiệt chậm của các tấm đồng dày, và thay vào đó cản trở sự lan rộng của chất hàn. Chúng tôi đã so sánh và kiểm tra sự thay đổi góc làm ướt của ba miếng dán hàn trên bảng OSP có độ dày đồng 2oz và nhận thấy rằng Kester NXG-45 bắt đầu giảm đáng kể góc làm ướt ở 145°C, trong khi NC-550 không cho thấy sự giảm đáng kể cho đến 158°C. Vì vậy, đối với các tấm đồng dày, nên sử dụng kem hàn có nhiệt độ hoạt hóa thấp, hàm lượng kim loại cao (90,5%) và chỉ số thixotropic >1,8. Đồng thời, các thông số In cần được điều chỉnh đồng bộ: tỷ lệ diện tích khẩu độ của khuôn tô không được nhỏ hơn 0,66 và áp suất vắt phải được duy trì ở mức 4,2kgf ± 0,3kgf. Nếu không, tốc độ truyền chất hàn sẽ giảm hơn 12% do hiệu ứng hấp phụ ở nhiệt độ thấp của tấm đồng.

Việc tối ưu hóa đặc tính nhiệt độ nóng chảy lại không thể được thực hiện một cách riêng Biệt mà phải được đánh giá một cách toàn diện kết hợp với công suất vùng lò và tính đồng nhất của lưu thông không khí nóng. Mặc dù lò phản xạ tám vùng trong nước có độ chính xác kiểm soát nhiệt độ danh nghĩa là ±1°C, nhưng sự dao động nhiệt độ đo được ở vùng 3 đến 5 đạt đến ±3,7°C khi được nạp đầy các tấm đồng dày, dẫn đến độ lệch thời gian của vùng ngâm thực tế là hơn 23 giây. Cuối cùng, chúng tôi đã áp dụng phương pháp cài đặt đường dốc theo phân đoạn: đặt các vùng làm nóng trước từ 1 đến 3 đến 0,8°C/s và giảm các vùng từ 4 đến 5 đến 0,4°C/s để ngăn chặn sự bắn tung tóe của kem hàn. Vùng 6 (vùng ngâm) được duy trì nghiêm ngặt ở nhiệt độ 150°C±2°C trong 95 giây để đảm bảo dung môi bay hơi. Phần chỉnh lại dòng áp dụng chiến lược đỉnh kép: đỉnh đầu tiên được duy trì ở 217°C trong 12 giây để kích hoạt chất hàn và đỉnh thứ hai tác động đến 260°C từ 238°C với thời gian pha lỏng ≥4 giây. Cài đặt này đã tăng hiệu suất của một tấm đồng dày MCU ô tô nhất định từ 89,7% lên 99,2% và tỷ lệ khoảng trống của mối hàn trong kiểm tra lấy mẫu bằng tia X được kiểm soát ổn định ở mức 18,3%.

Việc xác minh tại chỗ phải sử dụng cặp nhiệt điện gắn trên PCB thực và nghiêm cấm việc dựa vào số đọc của cảm Biến tích hợp trong lò, vì cảm Biến sau phản ánh nhiệt độ ống dẫn khí thay vì nhiệt độ bề mặt bảng. Chúng tôi từng phát hiện ra rằng sau khi thay thế cùng một thiết bị bằng các tấm đồng có độ dày khác nhau, độ lệch tối đa giữa nhiệt độ hiển thị của lò và nhiệt độ tấm đo được đạt tới 22°C và hướng sai lệch là không thể đoán trước. Nên bố trí 5 cặp nhiệt điện loại K ở 4 góc và chính giữa mỗi lô bảng đầu tiên, cố định bằng băng dính nhiệt độ cao + mỡ silicon chịu nhiệt. Tần số lấy mẫu không được nhỏ hơn 2Hz. Sau khi nhập dữ liệu vào phần mềm CurveTracer, hãy tập trung kiểm tra xem thời gian chất lỏng trên 183°C có nằm trong phạm vi 45 đến 90 giây hay không. Dưới 45 giây dễ bị hàn nguội, trong khi trên 90 giây sẽ làm tăng nguy cơ di chuyển đồng. Yêu cầu về phạm vi này xuất phát từ hạn chế lão hóa tăng tốc đối với tốc độ tăng trưởng của các hợp chất liên kim loại ở mối hàn trong JEDEC JESD22-A108F.