Alas-2 ng madaling araw noong Miyerkules, biglang nag-alarm ang production line at nagsara. Ang AOI ay patuloy na nag-uulat ng bridging at hindi sapat na solder sa lahat ng 0201 na posisyon ng risistor sa 23 motherboards. Agad naming itinigil ang linya, inalis ang mga board, at pinagmasdan ang mga ito sa ilalim ng magnifying glass, nakakita ng matinding burr at lokal na pagbagsak sa mga gilid ng mga print ng Solder Paste. Ang parehong printer ay tumatakbo nang normal nang umagang iyon, na nagpahiwatig na ang problema ay hindi pagtanda ng kagamitan ngunit isang biglaang pagbabago sa kondisyon ng solder paste. Ang karagdagang inspeksyon ay nagsiwalat ng bahagyang stratification sa ilalim ng solder paste jar at tuyo, crusted residue sa kahabaan ng squeegee edge, na nagpapatunay na ang Sn63Pb37 Solder Paste ay naimbak sa 28°C room temperature nang higit sa 72 oras, na nagdulot ng pinabilis na Flux volatilization. Ang emergency na tugon ay palitan ang solder paste at lubusang linisin ang stencil gamit ang isopropyl alcohol, ngunit 147 PCB ang na-scrap na sa araw na iyon.
Sa likod ng pagkabigo na ito ay ang matinding sensitivity ng Sn63Pb37 solder paste sa temperatura, halumigmig, at oras ng pagkakalantad. Hindi tulad ng ilang lead-free solder pastes, hindi ito naglalaman ng high-boiling-point solvents; ang rosin-based flux nito ay nawawalan ng 0.3% ng aktibidad nito para sa bawat karagdagang oras ng exposure sa itaas 25°C, na nagiging sanhi ng pagtaas ng print release defect rate ng 12%. Ang mas nakakagambala ay kapag ang isang biglaang pagbagsak ng air-conditioner ng workshop ay nagdulot ng temperatura hanggang 32°C, ang lagkit ng solder paste ay bumagsak mula 750 Pa·s hanggang 420 Pa·s sa loob ng 3 oras, na direktang nagreresulta sa hindi pantay na solder deposition sa ilalim ng squeegee at hindi sapat na stencil aperture filling. Kung ang produksyon ay pinilit na magpatuloy sa puntong iyon, 90% ng mga bahagi ng QFN ay nagpakita ng mga solder ball o labis na voiding sa kasunod na reflow.
Ang pangmatagalang root-cause solution ay hindi lamang pagpapalit ng mga supplier, ngunit pamamahala sa Sn63Pb37 solder paste bilang isang aktibong kemikal. Dapat magbigay ng refrigerator na solder paste na kontrolado ng temperatura at halumigmig (itakda sa 20±1°C, 50±5% RH). Pagkatapos ng bawat pagbubukas ng takip, ang hangin sa loob ng garapon ay dapat na maalis sa nitrogen bago muling isara. Ang lahat ng solder paste ay dapat pahintulutang mag-equilibrate sa temperatura ng kuwarto sa loob ng 45 minuto pagkatapos alisin sa refrigerator bago gamitin; Ang hindi sapat na oras ng equilibration ay maaaring maging sanhi ng paghahalo ng condensation water sa paste at mag-trigger ng reflow popping. Minsan ay nakaranas kami ng batch solder joint microcracks sa isang set ng USB interface boards dahil dito, at ipinakita ng X-ray inspection ang lahat ng mga bitak na dumami sa IMC layer, na eksaktong sanhi ng epekto ng condensation vaporization.
Ang susi sa pag-iwas ay ang pagbuo ng isang solder paste lifecycle ledger. Dapat na may label ang bawat garapon ng oras ng pagbubukas, pinagsama-samang mga minuto ng pagkakalantad, bilang ng mga ikot ng rewarm, at curve ng temperatura at halumigmig ng araw. Kapag ang isang garapon ay lumampas sa 280 minuto ng pinagsama-samang pagkakalantad o sumasailalim sa higit sa tatlong pag-init ng muli, dapat itong i-scrap kahit na ang hitsura nito ay normal. Ito ay dahil ang lead sa Sn63Pb37 solder paste ay nagpapabilis ng rosin oxidation, at ang mga produkto ng oxidation ay hindi maaaring ganap na mabulok sa 217°C reflow peak, na nag-iiwan ng mahinang bonding zone sa solder joint interface. Ang nakatagong hazard na ito ay hindi lumalabas sa room-temperature aging tests, ngunit magpapakita ito bilang open solder joints sa ika-37 cycle ng -40°C thermal shock.
Ang isa pang tunay na punto ng sakit ay double-sided board secondary reflow. Kapag ang pangalawang gilid ay na-solder ng Sn63Pb37 solder paste, ang nabuo nang lead solder joints sa unang bahagi ay sasailalim sa IMC recrystallization at coarsening habang dumaan muli ang mga ito sa 217°C melting point. Natagpuan namin sa isang partikular na automotive T-CON board na ang shear strength ng BGA bottom solder joints ay bumaba ng 38%. Ang ugat na sanhi ay ang paulit-ulit na pag-init ng Sn63Pb37 solder joints ay bumubuo ng labis na PbSn3 intermetallic compound; ang bahaging ito ay matigas at malutong, na may kadahilanan ng konsentrasyon ng stress na 2.4 beses na mas mataas kaysa sa mga single-reflow solder joints. Samakatuwid, para sa lahat ng kasalukuyang double-sided na mixed-mount na disenyo, ang pangalawang bahagi ay dapat gumamit ng low-temperature na solder paste na may melting point na mas mababa sa 183°C, kahit na tumaas ang mga gastos ng 17%, upang maiwasan ang solder joint fatigue failure.
Mayroon ding isyu ng stencil lifespan. Ang mga lead ions sa Sn63Pb37 solder paste ay may mabagal na corrosive effect sa mga stainless steel stencil, lalo na ang mga laser-cut stencil na may mga laki ng aperture na mas maliit sa 0.25 mm. Pagkatapos ng 48 oras ng tuluy-tuloy na paggamit, makikita ang 0.8 μm-scale corrosion pits sa mga dingding ng siwang sa ilalim ng mikroskopyo. Binabawasan ng mga microdefect na ito ang rate ng paglipat ng solder paste mula 89% hanggang 73%, na direktang ipinapakita bilang isang dobleng rate ng offset para sa 0402 capacitor solder joints. Ang solusyon ay hindi madalas na pagpapalit ng stencil, ngunit ipinag-uutos na paglilinis ng ultrasonic na may pH=3.2 citric acid solution sa loob ng 15 minuto pagkatapos ng bawat 20,000 na pag-print, upang i-neutralize ang mga natitirang lead ions at ibalik ang aperture wall passivation film. Kung hindi man, sa sandaling lumawak ang mga hukay, kahit na ang bagong solder paste ay hindi mabawi ang nawalang katumpakan.
Panghuli, patungkol sa muling paggawa: kapag lokal na pinainit ang mga joint ng solder ng Sn63Pb37 gamit ang hot air gun, kung ang airflow ay lumampas sa 28 L/min o ang temperatura ay lumampas sa 320°C, ang pad lifting ay lubhang malamang. Ito ay dahil ang pagkakaroon ng lead ay gumagawa ng IMC growth rate sa pagitan ng solder joint at copper foil na 1.6 beses na mas mabilis kaysa sa lead-free, at ang peak interfacial bonding strength ay nangyayari sa 217°C na may 90 segundo ng dwell. Sa kabila ng window na ito, ang pad copper foil ay mapupunit ng thermal stress. Minsan naming na-compress ang preheat time sa 12 segundo upang pabilisin ang pag-aayos sa isang pang-industriyang control motherboard, at bilang resulta, ang mga pad ng isang buong hilera ng SOP8 chips ay naalis lahat. Ang tanging lunas ay lumilipad na mga wire. Samakatuwid, ang reworking Sn63Pb37 solder joints ay dapat na mahigpit na sumunod sa 217°C±3°C na may 85–95 segundo ng dwell; isang segundo higit pa o mas kaunti ay lilikha ng isang nakatagong panganib ng detatsment.
