PCBブログ - fr 4-pcb無鉛溶接の品質問題

1.空隙の形成と応答

fr 4 pcb半田ペーストは88〜90重量%の半田合金球と10〜12%の有機補助材料からなるが、両者が均一に混合される体積比は半分である。そのため、高温で溶接点が合体して溶接点の本体になると、通常では軽量な有機物が合金の本体から押し出され、溶接点から分離される。しかし、溶接点の表面が硬化すると、内部有機物が外部に逃げられなくなり、必ずガスに破裂して溶接点に留まり、どこにもない気孔や空隙が形成される。残念なことに、溶接ペーストが水を吸うと、状況はさらに悪化します。基本的に、ガス膨張によって形成される空隙は球形である。このような裏溶接空洞は、波溶接空洞よりも数や体積ではるかに大きいだけでなく、異なる原因があり、混同してはならない。

2.BGAパッドの穴

BGAまたはCSPボールピン溶接点では、各種鉛フリーペースト溶接点のボイドが最大である。1つの理由は、上流の包装工場がボールをBGAキャリアプレートの底部に植えたとき、それが半田ペースト（G 1 ue FluX）に一時的に付着し、それが熱空気に溶融され、ボールに穴が形成された可能性があるからである。もちろん、組立工場で溶接した後、ペーストにはより多くの穴が開いています。その多くは半田ペースト中のガスが上昇して球に潜り込んだ結果であり、2相が一緒に流れることでこの状況を解決するのに役立ちます。このBGAボールの足が避けられない穴は、実際には国際的な規範に受け入れられている。HDI相互接続技術（増層法、レーザ微小盲孔も指す）の普及により、BGAまたはCSPと内層との相互接続はPTHを通過する必要はなく、局所伝導を有する微小盲孔を通過する必要がある。これにより、地上層や電源層などの他の層の無関係なドリルを削減するだけでなく、信号の完全性の品質を向上させることができます。また、信号線を短くすることでノイズを低減し、高速信号の動作をより完璧にすることができる。しかし、いったんプレートのBGA領域にボールパッドに小さなブラインドホール（Viain pad）が設置されると、溶接ペーストの裏面溶接はボールフットに空気孔を形成することが避けられず、これは溶接スポットの強度に大きく影響する。幸いなことに、2006年の今頃、電気めっき銅技術の急速な進歩に伴い、大小の盲穴だけでなく、小径のPTHも充填できるようになった。そのため、技術的に優れた回路基板メーカーは、溶接点にブラインドホールを吹き付ける問題を続けてはならない。現在、過渡期において、在庫のBGAが依然としてリード線63/37付きボールピンであるが、組立に使用される溶接ペーストが無鉛SACである場合、前者は先に溶解して液体になるが、後者はより高いmpを持ち、溶接中に気孔が現れると液体ボールピンに上昇し、その浮動経路はボールから脱出するよりもはるかに容易である。また、印刷された半田ペーストが吸湿性を持つと、隣接するピンが競って短絡した超大孔を作ることも珍しくない。原則として、板に複数のBGAがある場合は、長鞍型還流曲線を使用して揮発物を追い出し、気孔稜半田の気孔稜を減らすべきである。

3.表面処理によるボイド

PCBA表面処理膜の中には、有機物含有量の高い膜（I−Ag及びOSPが最も典型的である）も、その後の強加熱において小さな穴に破裂しやすいものもある。その特徴は、それらの多くが界面にとどまっていることです。すごい数ですが、それほど多くはありません。「界面微小孔」と呼ばれています。このような連続薄膜微細孔は、波溶接でも裏溶接でもよく発生し、しかも銀浸漬はさらに深刻である。解決策は表面処理の処方とプロセスを改善することである。空気中に少量の硫黄ガスが含まれると、銀めっき層は光沢を失いやすい。光沢を失い、銀金属の急速な移動（浸出）を防ぎ、絶縁を破壊することを防ぐために、銀浸漬層の表面には故意に薄い有機保護膜を形成し、このような欠陥を防ぐ。しかし、溶接反応では、銀金属は液状半田に急速に溶解し（溶解速度43.6°in/sec）、底部の銅が露出し、溶融スズと急速にCu 6 Sn 5を形成し、溶接を強固にする。残念なことに、有機膜はすぐに離れることができないので、元の界面に残って分解とガス生成を行わなければなりません。全面的に発生しているのでシャンパンバブルとも呼ばれています。次世代OSPの性能については、フィルムのコンパクト性の面でも向上しており、0.3μmのフィルム厚でも底部銅を高温で酸化やさびから保護することができる。したがって、ピーク溶接またはリフロー溶接中のOSP膜がフラックスによって速やかに追い出されれば、Cu 6 Sn 5の成長は完了し、強固に溶接することができる。OSP膜は適時に押し出されないと、強い熱で分解され、ガスが穴を形成する。良いOSPフィルムは耐熱性だけでなく、溶接時に亀裂やガス発生を防ぐために厚すぎることはできません。しかし、還流炉で窒素ガスを使用すれば、この苦境は大幅に改善されるだろう。

4.錫粉とフラックスを酸化して通気して穴を形成する

いくつかの大型板材が還流される場合、還流曲線の吸熱部分（浸漬）は、溶接される板材の内外に熱エネルギーが充満した後、ピーク温度がダッシュできるように（例えば、90秒以上）延長しなければならない。この緩やかに上昇する150〜180Åの強い熱とその後の融点以上の長時間の二重沸騰では、スズ粉が酸化されるだけでなく、フラックスも酸化変質されることがある。この場合、すべての溶接点における穴の増加は避けられない。小さなスズ球の表面が酸化されて癒合できなくなると、それは押し出され、他の問題を引き起こしなければならない。抗酸化性の良いフラックスを選択することは積極的な解決策ですが、これは容易ではありません。より実用的な方法は、窒素環境を用いた裏面溶接であり、これにより、空洞やスズの不良などの問題をすぐに減らすことができる。

5.PCB基板表面のパッドは錫を排除して空隙を形成する

PCB銅線パッドの溶接可能性表面処理には5〜6種類のタイプがある。パッド表面にハンダ抵抗現象が発生すると、ハンダペーストはパッド表面に完全に印刷されていますが、純粋なスズと局所的な不良基（銅またはニッケル）が強い熱癒合過程でIMCを形成できない場合、そこに分布しているハンダペーストは左右両側に良いスズがある隣人に奪われ、瞬時に真空を形成します。このとき、半田ペースト中の半分の体積の有機物は外部に逃げることなく、近くの局所的な真空に吸引され、急速にガスを集めて大きな穴に吹き込む。いくつかのBGAボールマットは噴霧スズ処理を採用している。錫の表面が平坦で収縮しすぎると、その後の半田ペーストが溶融炉を通過した後、半田スクラップに大きな穴が開く可能性があります。しかし、PCBパッドの表面処理不良により形成された大きな穴は、広い段差を持つBGAボールピンに現れることが多く、QFPなどの他の狭い溶接点にはあまり現れない。

6.半田ペーストが水を吸い込んで大きな穴を形成する

有機物が抜けないために吹き出す穴はあまり大きくありません。しかし、使用したり、ペーストを印刷して水を吸い込んだりした後に長時間放置すると、有機物が吹き出す穴が大きくなり、隣接する球脚の3次元空間まで吹き出して短絡に押し出されてしまうことがあります。この添加された水分は鉛と無鉛である。他に良い方法はありません。通常、はんだペーストを90%RHに20分間置くと、大量の水を吸収して大きな穴に吹き込み、溶融スズの飛散を招き、指に余分なスズ点が現れる可能性もあります。半田ペースト印刷の現場は低温と乾燥を維持しなければならないことを知っています。

7.BGA上流パッケージの穴

BGAは組立工場からの半田ペーストを使用せず、包装工場の腹部底部にボールを栽培する。多くのボールフットがより良い共平面性を持つためには、位置合わせと溶接の2つの目的を達成するために半田ペーストを使用するしかありません。しかし、リフロー炉でボールを溶接する過程で、ペースト溶接の原理は全く同じで、ボールにも穴が開く。そのため、給餌検査の際には、fr 4 pcb上に「首が切れやすく足が折れにくい」という事後的なトラブルが生じないように、腹部が上向きになっているX線透視に穴が開いているかどうかを検査する必要がある。