ช่องว่างที่มองไม่เห็น: ทำไมการวางเทปของคุณล้มเหลวก่อนเตาอบ

ข้อบกพร่องเกือบจะแสดงให้เห็นเสมอถ้าคุณรู้ว่าเมื่อไหร่ควรมองหา แต่ผู้วิศวกรกระบวนการส่วนใหญ่มองผิดเวลา คุณเดินตามสาย ตรวจสอบเครื่องพิมพ์ และเห็นการวางอัดแน่น, เป็นเหลี่ยมชัดเจน คำจำกัดความคมชัด ปริมาณถูกต้อง เครื่อง SPI (การตรวจสอบแผ่นโลหะบัดกรี) ให้ไฟเขียว แต่ยี่สิบนาทีก่อนหน้านั้น หลังจากบอร์ดเดียวกันนั้นเดินทางผ่านสายพานและออกจากเตา รีฟโลว์คุณกำลังจ้องมอง QFN ที่เชื่อมต่อกัน หรือโพรงขนาดมหึมาภายใต้ FET กำลังจ่ายไฟ

สัญชาตญาณทันทีคือการตำหนิแบบรีฟโลว์หรือการออกแบบรูพิมพ์, แต่ความผิดไม่ได้เกิดในเตา มันเกิดขึ้นในสิบชั่วโมงที่บอร์ดนั่งรอบนสายพาน

เราเรียกสิ่งนี้ว่า "การนิ่มตัวเย็น" นักฆ silent ของอัตราผลตอบแทนชั้นแรก (FPY) ทางเทคนิคสารละลายโลหะบัดกรีเริ่มผ่อนคลายและแพร่กระจายภายใต้แรงของมันเองก่อนที่จะได้รับความร้อน ในสิ่งแวดล้อมห้องปฏิบัติการที่บริสุทธิ์ ผลนี้น้อยมาก แต่ในโรงงานจริง—ที่ซึ่งความชื้นเปลี่ยนแปลงและแอร์ต่อสู้กับความร้อนจากเตารีดรีฟโลว์—การนิ่มตัวเย็นเปลี่ยนการสะสมอย่างแน่นหนาให้กลายเป็นก้อนที่เป็นอิสระที่แตะต้องกัน เมื่อบอร์ดเข้าสู่โซนอุ่นล่วงหน้า การเชื่อมต่อก็ได้เกิดขึ้นแล้ว ไม่มีการปรับแต่งแบบพอร์ไฟล์ใดที่จะทำให้พาเดสที่เชื่อมต่อกันแล้วแยกออกจากกันได้ ความร้อนไม่ใช่ปัญหา ฟิสิกส์ของแป้งกดนั่งอยู่ที่อุณหภูมิห้องคือ

ฟิสิกส์ของการล่มสลาย

เพื่อเข้าใจว่าทำไมแป้งถึงล้มเหลวในขณะที่ไม่ได้ทำอะไรเลย ให้ดูที่วัสดุเอง บัดกรีโลหะไม่ใช่กาวง่ายๆ มันเป็นสารแขวนลอยหนาแน่นของลูกโลหะ (ผง) ลอยในพาหะทางเคมี (ฟลักซ์) เวทมนตร์ของการพิมพ์ขึ้นอยู่กับทริกโซโทรปี เมื่อเครื่องกดดันให้แผ่นโลจิกผ่านรูพิมพ์, แรงตามแนวเฉือนไขลดความหนืดของแป้งให้ไหลเหมือนของเหลวเข้าไปในรู พอเครื่องกดผ่านและยกแม่พิมพ์แรงตามแนวเฉือนได้หยุดลง ควรจะเป็นว่าแป้งควรฟื้นฟูความหนืดสูงสุดของมันและ "แข็งตัว" ในรูปลักษณ์ของอิฐที่สมบูรณ์แบบ

แต่การฟื้นคืนสภาพไม่เคยเป็นเรื่องทันที และไม่เคยเป็นเรื่องถาวร ตัวพาหะฟลักซ์ต่อสู้กับแรงโน้มถ่วงและความตึงผิวอย่างต่อเนื่อง หากความหนืดไม่ฟื้นตัวเร็วพอ ลูกโลหะหนัก — จำไว้ว่าเป็นดีบุกและเงินเป็นส่วนใหญ่ — ดึงดูดฟลักซ์ออกไป นี่คือการนิ่มตัว: การล้มลุกในช้าช้า ใน QFP ระยะหา 0.5 มม. หรือแผ่นความร้อน QFN ที่แน่นหนา คุณเหลือช่องว่างเพียงไม่กี่มิลลิเมตร ถ้าหากแป้งนิ่มตัวแค่ 10% ช่องว่างนั้นจะหายไป

วิศวกรมักพยายามต่อสู้กับสิ่งนี้โดยการออกแบบแม่พิมพ์ใหม่ พวกเขาขอให้มีรูแบบ "แผ่นบ้าน" หรือ "แผ่นบ้านกลับด้าน" เพื่อช่วยลดปริมาณแป้ง หวังว่าแป้งน้อยลงจะหมายถึงการแพร่กระจายน้อยลง นี่เป็นการพยุงทางวิศวกรรมบนปัญหาฟิสิกส์ การลดปริมาณทำให้คุณมีบัดกรีน้อยลงเพื่อสร้างความเชื่อมต่อ ซึ่งอาจนำไปสู่การขาดแคลนหรือพันธะกลไกที่อ่อนแอ และมันไม่ได้แก้ปัญหาที่แท้จริง หากรอยร้าวของแป้งแตก การวางขนาดเล็กก็ยังคงนิ่มตัว ก็แค่ใช้เวลานานขึ้นเท่านั้น

ภัยคุกคามจากความชื้นดูดซับน้ำ

ปัจจัยหลักที่ทำให้ความหนืดนี้แตกเป็นส่วนใหญ่ไม่ใช่สูตรของแป้งเอง — แป้ง SAC305 ประเภท 4 สมัยใหม่มีความคงทนทางเคมีสูง มันเป็นส่วนผสมที่ไม่เห็น: น้ำ สารเคมีของฟลักซ์ตามธรรมชาติเป็นความชื้นดูดซับ ตัวมันเองดูดซับความชื้นจากอากาศเหมือนฟองน้ำ เมื่อปล่อยขวดเปิดหรือเศษแป้งวางบนแม่พิมพ์ มันจะดูดซับโมเลกุลน้ำออกไปจากอากาศในโรงงาน

น้ำที่ดูดซับนี้ทำลายสมดุลทางเคมีอันบอบบางของฟลักซ์ มันทำหน้าที่เป็นตัวลดความข้น ทำให้ความหนืดลดลงอย่างมากและทำให้การนิ่มตัวล้มเหลว คุณอาจไม่เห็นด้วยตามสายตา แต่ rheometer จะแสดงให้เห็นว่าสเตรสที่ยากลำบากลดลงอย่างมาก หากพื้นที่โรงงานของคุณมีความชื้นสัมพัทธ์ (RH) อยู่ที่ 70% เพียงเพราะเป็นวันอังคารฝ raining และผู้จัดการโรงงานพยายามประหยัดเงินในระบบควบคุมอากาศ แป้งของคุณกำลังเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วกว่า Datasheet กล่าวไว้

ผลลัพธ์ไม่ได้ไปไกลกว่าการเชื่อมต่อ สิ่งนี้ดูดซับไม่เพียงแค่ อยู่ที่นั่น, มันเดือด เมื่อตัวบอร์ดเข้าสู่เตารีดรีฟโลว์ น้ำที่ถูกกักอยู่ภายในแป้งจะแปรสภาพเป็นไอน้ำในทันที ระเบิดจุลเพื่อฆ่าโลหะเกล็ดบัดกรี หากคุณตามหา "การกลมโลหะบัดกรี" ที่เกิดขึ้นเป็นพักๆ หรือ "เม็ดพังพอนกลางชิป" — ลูกเหล็กโลหะจิ๋วที่ติดอยู่ข้างตัวบ capacitor — หยุดมองที่อัตราการเพิ่มขึ้นของแบบรอบของคุณ คุณกำลังต้มค่าน้ำอยู่ ไอน้ำสร้างโพรงว่างในจุดเชื่อมต่อและพ่นเม็ดบัดกรีออกมาข้างนอก คุณกำลังต่อสู้กับปัญชื้นที่ปลอมตัวเป็นปัญหาเกี่ยวกับความร้อน

สายโซ่เย็นถูกขาด

อย่างไรก็ตาม ข้อผิดพลาดในการจัดการที่ร้ายแรงที่สุด เกิดขึ้นก่อนที่ตะกั่วจะถึงเครื่องพิมพ์ มันเกิดขึ้นระหว่างการขนส่งจากคลังเก็บสู่สายการผลิต ตะกั่วเป็นของที่หมดอายุได้ง่าย จัดเก็บที่ 4°C เพื่อหยุดปฏิกิริยาเคมีระหว่างฟลักซ์และผง ถ้าปฏิกิริยาเกิดขึ้น ฟลักซ์จะถูกใช้ไปในขณะพักในขวด แต่การเก็บในอุณหภูมิเย็นสร้างกับดัก

พิจารณาช่วงเวลาของ ‘กลุ่มผิดปกติ’ รายงานบันทึกแสดงว่ามีการนำตะกั่วออกจากตู้เย็นเวลา 7:00 น. เพื่อเริ่มกะ การขาดคุณสมบัติ—เช่น การเชื่อมต่อขนาดใหญ่และอากาศว่าง—เริ่มปรากฏที่เวลา 9:00 น. ผู้ดำเนินการอ้างว่าพวกเขาปฏิบัติตามขั้นตอน แต่ถ้าคุณดูบันทึก ‘ออกจากตะกั่ว’ อย่างละเอียด คุณอาจพบว่าขวดเปิดทันที เมื่อคุณเปิดขวดที่อุณหภูมิ 4°C ในห้องที่อากาศ 25°C และความชื้น 60% การกลั่นตัวเกิดขึ้นในทันทีบนพื้นผิวเย็นของตะกั่ว คิดว่ากาแฟเย็นที่เหงื่อออกบนลานบ้าน—เป็นฟิสิกส์เดียวกัน การกลั่นตัวนี้เป็นน้ำบริสุทธิ์ และคุณได้ผสมมันโดยตรงเข้าไปในเคมีของคุณ

อุปกรณ์เก็บรักษาเองบ่อยครั้งเป็นสาเหตุ มีการพบเห็นโรงงานที่ดำเนินสาย SMT มูลค่าหลายล้านดอลลาร์โดยใช้ตู้เย็นขนาดเล็กที่บ้าน ในห้องพักที่มีราคาไม่แพงเหล่านี้มีฮิสเทอเรซิสความร้อนที่รุนแรง พวกมันหมุนเวียนอย่างรุนแรง บางครั้งก็ทำให้ตะกั่วแข็งตัว (ซึ่งทำให้การแขวนลอยของฟลักซ์พังถาวร) และบางครั้งก็ปล่อยให้มันอุณหภูมิขึ้นไปสูงสุด 15°C หากตะกั่วแข็ง ตัวฟลักซ์จะแยกออก ไม่มีการผสมใดจะซ่อมแซมได้ หากคุณเห็นการแยกตัวหรือ ‘เปลือก’ บนขวดใหม่ ให้เช็คตู้เย็น ไม่ใช่ผู้ขาย

ความเชื่อผิดว่า คุณสามารถ ‘ปรับอุณหภูมิ’ ตะกั่วได้อย่างรวดเร็วโดยการใช้ความร้อนหรือการผสมอย่างแรง นี่เป็นเท็จ ทางเดียวที่ปลอดภัยในการปรับอุณหภูติของตะกั่วคือให้นำออกจากตู้เย็นแล้วปล่อยให้มันอยู่ในอุณหภูมิห้องที่ปิดสนิทเป็นเวลาอย่างน้อยสี่ถึงแปดชั่วโมง หากคุณไม่ได้วางแผนล่วงหน้า และต้องการตะกั่ว ตอนนี้คุณโชคไม่ดี การเปิดผนึกก่อนเวลารับประกันความชื้นเข้าสู่เนื้อวัสดุ

ขูดด้านล่าง

ศัตรูสุดท้ายของการผลิตคือ ความระมัดระวังเกินไป ตะกั่วเป็นของราคาแพง โดยมักมีค่าเป็นร้อยดอลลาร์ต่อกิโลกรัม นำไปสู่การที่ผู้จัดการและผู้ปฏิบัติงานปฏิบัติเหมือนทองคำ พยายามเก็บรักษาให้ดีสุด ทำให้เกิดการขูดเนื้อในส่วนปลายของการเคลื่อนที่ของเครื่องกดและนำกลับไปใส่ในขวด หรือนำมาผสมกับตะกั่วใหม่

เศรษฐกิจของ ‘ผู้ขูด’ นี้เป็นเรื่องที่ทำให้เสียหายอย่างคำนวณไม่ได้ ตะกั่วที่ใช้แล้วเหล่านี้ได้รับการเปิดรับอากาศเป็นเวลาหลายชั่วโมง ฟลักซ์หมดแรง ความหนืดเปลี่ยนไป มันดูดซับความชื้นและออกซิเดชัน การนำกลับมาผสมใหม่ทำให้คุณปนเปื้อนวัสดุสด คิดอัตราส่วน: 50 กรัมของตะกั่วที่เสียไปอาจมีมูลค่าเพียงสามดอลลาร์ หนึ่งบอร์ด BGA ที่ใช้ซ้ำคำนวณในเวลาช่างเทคนิคก็มีค่าใช้จ่ายห้าสิบดอลลาร์ บวกกับความเสี่ยงที่จะทิ้งทั้ง PCBA หากคุณประหยัดสามดอลลาร์เพื่อเสี่ยงกับห้าสิบ ดีกว่าคุณจะไม่ได้ประหยัดเงิน

เช่นเดียวกัน มีแรงกดดันต่อเนื่องให้ยืดอายุการเก็บรักษา คำถามเช่น ‘มันหมดอายุเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว เรายังใช้ได้ไหม?’ คำตอบควรจะเป็น ‘ไม่’ เสมอ การเสื่อมสภาพทางเคมีของฟลักซ์ไม่ใช่แค่คำแนะนำ แต่เป็นความจริง ความเสี่ยงของการว่างเปล่าและการเชื่อมต่อที่เปิดขึ้นจะเพิ่มขึ้นทุกวันหลังจากหมดอายุ หากคุณถามคำถามนี้ การจัดการสินค้าคงคลังของคุณคือปัญหา ไม่ใช่วันหมดอายุ

วินัยคือการแก้ไข

วิธีแก้ปัญหาการยุบตัวเย็นและข้อบกพร่อง ‘ลึกลับ’ ไม่ใช่โลหะผสมราคาแพงหรือสแตนซิลโค๊ทนาโน มันคือวินัยที่น่าเบื่อและเข้มงวด การซื้อเทอร์โมมิเตอร์และไฮโกมิเตอร์ $20 แล้ววางไว้ข้างเครื่องพิมพ์ เป็นการบังคับใช้เวลาห้ามเปิด ‘Do Not Open’ อย่างเคร่งครัดกับตะกั่วที่นำออกจากที่เย็น เป็นการให้พลังอำนาจแก่ผู้ดำเนินการในการทิ้งตะกั่วที่วางอยู่บนสแตนซิลนานเกินไป แทนที่จะพยายามประหยัดมัน

การควบคุมกระบวนการสำคัญกว่าวิทยาศาสตร์วัสดุ คุณสามารถใช้ตะกั่วประเภท 5 ที่แพงที่สุด แต่ถ้าคุณจัดการมันเหมือนขยะ—ถ้าคุณเปียกมัน แข็งตัว หรือปล่อยไว้ 24 ชั่วโมง—มันจะล้มเหลว ตรงกันข้าม สายการผลิตที่วินัยสามารถใช้ SAC305 มาตรฐานในสภาพแวดล้อมที่ควบคุม และทำให้มีอัตราข้อผิดพลาดใกล้ศูนย์ ตะกั่วมักจะทำงานได้ดี ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสภาพแวดล้อมเอื้อต่อมัน