Jak ovlivňuje O₂ tavidlo při pájení BGA?
Jak ovlivňuje O₂ tavidlo při pájení BGA?
U pouzder BGA (Ball Grid Array) je vliv kyslíku na tavidlo mnohem kritičtější než u běžných SMD součástek. Důvod je jednoduchý: pájený spoj vzniká pod pouzdrem a po přetavení není možné přímo sledovat průběh smáčení ani působení tavidla. Během ohřevu musí tavidlo odstranit oxidy z:
• pájecích plošek DPS,
• případně z povrchu již starších nebo skladovaných součástek.
Pokud je koncentrace O₂ vysoká, vznikají nové oxidy rychleji, než je tavidlo schopné odstraňovat. Část aktivity tavidla se spotřebuje na boj s oxidací a zbývá méně energie pro vlastní vytvoření kvalitního spoje. To může vést k vadám, které bývají u BGA obzvláště problematické:
• nesmáčený spoj (NWO),
• částečné smáčení kuliček,
• otevřené spoje pod pouzdrem,
• zvýšený počet vad zjištěných až rentgenovou kontrolou (AXI),
• nižší mechanická i tepelná spolehlivost spojů.
Proč je BGA citlivější než běžné SMD?
U rezistoru nebo QFP vývodu lze často ještě pozorovat smáčení pájky po stranách vývodu. U BGA vzniká spoj skrytě mezi kuličkou a ploškou. Pokud je tavidlo vlivem oxidace vyčerpáno příliš brzy:
• nemusí dojít k dostatečnému slinutí pájky,
• spoj může mít výrazně menší kontaktní plochu.
Na rentgenu může spoj vypadat relativně dobře, ale jeho mechanická pevnost a dlouhodobá spolehlivost jsou nižší.
Vliv dusíkové atmosféry
Právě proto mnoho výrobců používá při osazování BGA dusíkovou atmosféru. Nižší koncentrace O₂ znamená:
• delší aktivitu tavidla,
• lepší koalescenci pájky,
• nižší výskyt HIP vad,
• stabilnější proces při jemných BGA roztečích,
• vyšší výtěžnost výroby.
Největší přínos bývá patrný u:
• CSP pouzder,
• automotive elektroniky,
• serverových a telekomunikačních desek,
• bezolovnatého pájení SAC305.
Souvislost s teplotním profilem
U BGA nestačí sledovat pouze koncentraci O₂. Velmi důležitá je kombinace:
• aktivity tavidla,
• teplotního profilu,
• času nad liquidem (TAL),
• maximální teploty přetavení.
Z praxe SMT výroby vyplývá, že řada problémů typu Head-in-Pillow vzniká právě kombinací nevhodného teplotního profilu a nadměrné oxidace (především u BGA). Proto se u kritických BGA aplikací současně používá teplotní profiloměr i in-line měření koncentrace kyslíku, aby bylo možné ověřit všechny klíčové parametry procesu a splnit požadavky norem IPC J-STD-001, IPC-A-610 a doporučení IPC-7095 pro návrh a montáž BGA pouzder.
Závěr
U běžných SMD součástek vysoký obsah O₂ často způsobí pouze horší smáčivost. U BGA může stejný problém vést ke skryté vadě spoje, která se projeví až při provozu zařízení.
