Шарики припоя (Beading)
Распространенный дефект — шарики припоя на двухконтактных компонентах (чипах) — на американском английском называется Beading. Эти шарики формируются из находящихся под компонентом зерен припоя, которые при плавлении выдавливаются из-под компонента сбоку, через зазор. Для всех исследованных паяльных паст меньше всего шариков припоя при пайке оплавлением образуется именно в азотной атмосфере. Это связано с тем, что в этом случае отдельные зерна припоя в пасте лучше и быстрее сплавляются в однородную массу. В отсутствие кислорода на поверхности зерен припоя не появляется оксидная пленка, препятствующая сплавлению. Тем самым снижается вероятность прохождения отдельных зерен через зазор под компонентом.
Пустоты
Сокращение образования пустот (Voiding) при пайке больших поверхностей и QFN-корпусов также связано с улучшением смачивания. При быстром смачивании газы, образующиеся во время пайки оплавлением, эффективнее выводятся из жидкого припоя. Однако эти результаты характерны не для всех точек пайки.
Гроздевидное комкование припоя
Характеристики флюсов постоянно меняются и совершенствуются. В то же время при составлении профиля пайки оплавлением нельзя не учитывать такие традиционные явления, как горячая и холодная осадка. Большое значение имеют не только продолжительность нахождения выше температуры ликвидуса и градиент подъема температуры: миниатюризация затрагивает и зерна паяльной пасты. Чем меньше становится их диаметр, тем больше они нуждаются в «защите» флюсом. Если на стадии предварительного нагрева (горячая осадка) защитный флюс сходит с зерна пасты из-за «стекания», то он окисляется и впоследствии плавится, не сплавляясь при этом с другими зернами. Оксидная пленка остается непроницаемой, и внешне результат такого явления напоминает гроздь винограда. Инертная атмосфера позволяет расширить диапазон технологических параметров, но не сводит к нулю влияние флюса.
«Голова в подушке» (Head-in-Pillow, HiP)
Эффект «голова в подушке» (Head-in-Pillow), или «голова на подушке» (Head-on-Pillow) может быть вызван окислением поверхности шарика BGA, предотвращающим плавление зерен пасты. При этом оттиск пасты обычно отделяется от шарика BGA при короблении и искривлении BGA и/или печатной платы. Из-за недостаточной активности флюса на поверхности шарика появляется оксидная пленка, которая затем препятствует «сплавлению» с отпечатком пасты, хотя шарик и «погружен» в нее. Поскольку к этому моменту флюс уже израсходован, восстановления окислившегося слоя не происходит и соединения не возникает, поэтому шарик кажется погрузившимся в подушку (Head-in-Pillow; HiP) или лежащим на подушке (Head-on-Pillow). Если при разделении окисление удается предотвратить за счет инертной атмосферы (N2 или паровая фаза), то слой пасты может сплавиться с шариком. Однако для этого требуется небольшая остаточная активность флюса. В этом случае инертная атмосфера также способствует сбережению флюса, так как создает условия для сокращения образования оксидов, подлежащих восстановлению.
Недостаточное смачивание
В азотной атмосфере, как правило, обеспечивается хорошее смачивание, которое улучшает распределение припоя и предотвращает дефекты пайки, связанные с недостаточным смачиванием поверхностей (IPC 610). Этот факт известен, но улучшить таким образом результаты пайки удается не всегда. Пайка микросхем характеризуется, помимо прочего, выраженностью полученного мениска припоя. При этом качественным параметром является высота подъема припоя. В азотной атмосфере подтвержденная высота смачивания может быть меньше, чем в воздушной. Иными словами, несмачиваемая область (зазор) увеличивается. Причина этого явления — в том, что в азотной атмосфере припой растекается лучше. Поскольку при смачивании контакта компонента припоем необходимо преодолевать силу тяжести, смачивание площадки печатной платы усиливается, а при большем растекании высота сферы уменьшается. Таким образом, количество припоя, который может подняться на контакт компонента, снижается.
Эффект «надгробного камня» (Tombstone)
«Надгробные камни» (tombstones) возникают из-за разницы во времени смачивания между сторонами двухконтактного компонента. Если в одной из точек пайки плавление происходит раньше, то на компонент начинают действовать силы смачивания и поверхностного натяжения жидкого припоя, и он поднимается. При этом припой во второй точке, расплавившийся позднее, уже не может смочить второй контакт. В азотной атмосфере при пайке оплавлением часто наблюдается больше «надгробных камней». Причиной здесь также выступает улучшенное смачивание, и как следствие, частое увеличение разницы между временем смачивания контактов компонента. Однако при возникновении «надгробных камней» большое значение имеет и влияние других факторов.
