Ang pinakakaraniwang tanong na nakukuha namin habang nagde-debug ng mga reflow oven sa linya ng produksyon araw-araw ay: gamit ang parehong Solder Paste, mahusay na gumagana ang paghihinang sa hangin, ngunit nagiging maliwanag sa sandaling lumipat tayo sa nitrogen. Ngunit iginigiit ng mga customer ang paghihinang ng nitrogen—kaya sulit ba talaga ang pamumuhunan? Sa likod ng tanong na ito, ito ay hindi lamang isang bagay ng paghahambing ng liwanag. Sa halip, kailangan nating suriin kung ang OSP copper pad ay may pare-parehong solder wetting, kung ang mga nakatagong void ay umiiral sa ilalim ng 0.4mm pitch QFN packages, at kung ang tatlong magkakasunod na board ay nagpapakita ng maliliit na solder bead sa panahon ng AOI inspection sa mga medical board. Ang mga phenomena na ito ay maaaring iwaksi bilang paminsan-minsang mga anomalya sa air soldering, ngunit sa ilalim ng nitrogen soldering nagiging stable sila, predictable na mga katangian ng proseso.

Ang pagkakaiba sa pagganap sa pagitan ng nitrogen at air soldering ay unang lumilitaw sa pag-uugali ng basa at pagkalat. In isang nitrogen na kapaligiran, ang mga aktibong bahagi ng Flux ay kumikilos nang mas puro sa ibabaw ng pad sa halip na maubos ng oksihenasyon na may oxygen. Bilang resulta, ang contact angle ng parehong solder paste sa nitrogen ay karaniwang nababawasan ng 8°~12°. Lalo na para sa mid-to-low temperature solder paste na may rosin-based o mahinang organic acid system, ang lateral climb distance sa mga copper pad pagkatapos matunaw ay nasa average na 0.08mm na mas malaki kaysa sa hangin. Ito ay kritikal para sa pagsugpo sa bridging sa 0.3mm pitch Micro-BGA solder joints. Ang In air soldering, wetting lag na dulot ng local oxide film obstruction ay madaling bumubuo ng crescent-shaped necking sa gilid ng solder joint, na nagiging initiation point ng microcracks sa kasunod na thermal cycling.

Ang void control ay ang pinaka-nakakahimok na value proposition ng nitrogen soldering. Sa ilalim ng parehong DEK printer + BTU reflow oven setup, sinubukan namin ang isang partikular na SAC305 Solder Paste sa 12×12mm BGA component sa isang 6-layer board. Sa ilalim ng mga kondisyon ng paghihinang ng hangin, ang inspeksyon ng X-ray ay nagpakita ng isang average na solder joint void rate na 18.7%, na may pinakamataas na solong punto na 26.3%. Pagkatapos lumipat sa nitrogen protection, ang void rate sa buong board ay bumaba sa 5.2%, at higit sa 95% ng solder joints ay may void area na mas maliit sa 3%. Ang pagpapabuti na ito ay hindi nakamit sa pamamagitan ng pagtaas ng pinakamataas na temperatura. Sa halip, ang nitrogen ay makabuluhang pinipigilan ang pagpapanatili ng pabagu-bago ng isip na mga gas na nabuo sa panahon ng mataas na temperatura na pagkabulok ng flux sa loob ng tinunaw na panghinang. In partikular, ang mga activator na karaniwang ginagamit sa solder paste, gaya ng sebacic acid at adipic acid, ay nagbabago ng kanilang mga pyrolysis pathway sa ilalim ng oxygen-deficient na mga kondisyon, na naglalabas ng CO? sa mas banayad na bilis at ginagawang mas madaling makatakas.

Ang morpolohiya sa ibabaw ng mga kasukasuan ng panghinang at ang estado ng mga nalalabi ay nagpapakita rin ng mga sistematikong pagkakaiba. Ang mga solder joint pagkatapos ng nitrogen soldering ay karaniwang may mala-salamin na kinang at matalim na contour. Ito ay dahil sa isang kapaligiran na walang oxygen, ang direksyon ng paglago ng butil ng SnAgCu alloy ay mas pare-pareho, at ang pag-urong na hinimok ng surface-tension ay mas kumpleto. In contrast, ang air-soldered joints ay may bahagyang matte, grayish na haze, at mga nakakalat na light brown na oxidation spot ay makikita sa ilalim ng mikroskopyo. Mas praktikal, ang flux residue morphology ay naiiba din. Sa ilalim ng mga kondisyon ng nitrogen, ang rosin resin ay hindi gaanong madaling kapitan ng cross-linking at carbonization. Pagkatapos ng paglilinis, ang antas ng ionic na kontaminasyon sa ibabaw ng PCBA (ROSE test) ay nasa average na 21.4μg NaCl/cm2 na mas mababa. Nagbibigay ito ng malaking katiyakan para sa pangmatagalang pagiging maaasahan ng pagkakabukod ng implantable medical electronics.

Siyempre, ang paghihinang ng nitrogen ay hindi isang unibersal na solusyon. Kapag ang linya ng produksyon ay gumagamit ng napakaaktibong solder paste na naglalaman ng mga halogen activator, ang nitrogen ay maaaring magpalala ng pagkaagnas nito. Sa panahon ng pagsubok na produksyon ng isang partikular na automotive radar board, nakatagpo kami ng phenomenon na ang contact impedance ng ICT test bed probes ay tumaas araw-araw sa ilalim ng nitrogen environment. Sa wakas ay nakumpirma na ang mga natitirang chloride ions sa solder paste ay mas mahirap na ma-oxidized at ma-passivate sa isang oxygen-free na pagbabawas ng kapaligiran. In karagdagan, para sa solder paste na lubhang sumisipsip ng moisture, hindi mababawi ng nitrogen ang pag-splash ng solder bead na dulot ng internal moisture na pumutok sa panahon ng reflow. In sa mga ganitong kaso, kailangang gawin ang vacuum baking bago pumasok ang paste sa oven; kung hindi man, mas mataas ang rate ng daloy ng nitrogen, mas maraming solder bead ang lilitaw.

Kapag pumipili ng proseso, hindi tayo maaaring umasa lamang sa mga talahanayan ng parameter; dapat nating kalkulahin ang mga gastos batay sa mga partikular na sitwasyon. Kung gumagawa ka ng mga consumer WiFi module na may output na 300,000 piraso bawat buwan, ang mga solder joint ay pangunahing binubuo ng 0402/0201 na mga bahagi, at tinatanggap ng mga customer ang pamantayang IPC-A-610 Class 2, kung gayon ang air soldering ay ganap na sapat. Ang pagdaragdag ng nitrogen ay mag-aaksaya ng 180,000 yuan bawat taon sa mga halaga ng likidong nitrogen at sasakupin ang mga mapagkukunan ng nitrogen pipeline nang walang dahilan. Gayunpaman, kung gumagawa ka ng mga aerospace-grade FPGA carrier board na may mga ENIG OSP pad, mga laki ng BGA na lampas sa 35 × 35mm, at mga customer na nangangailangan ng solder joint void rate na ≤5% na may mga ulat sa X-ray na ibinigay para sa bawat board, ang nitrogen soldering ay hindi isang bonus ngunit isang kinakailangan sa pagpasok. In sa kasong ito, mas mabuting palitan ang lumang reflow oven kaysa ikompromiso ang nitrogen purity ≥99.995%. Mayroon ding intermediate case: automotive-grade MCU boards. Ang mga customer ay walang mahirap na pangangailangan para sa nitrogen, ngunit nalaman namin na sa pamamagitan ng air soldering, 2~3 sa bawat 1,000 boards ay patuloy na nagkakaroon ng malamig na solder joints at mga bitak pagkatapos ng mga pagsubok sa pagtanda. Ang cross-section analysis ay nagsiwalat ng mga hindi natukoy na microvoid cluster sa ibaba ng QFN. In sa mga ganitong kaso, inirerekomenda na magsagawa muna ng nitrogen comparison verification. Kung ang void rate ay bumaba ng higit sa 40% at ang bilang ng mga pagkabigo ay bumaba sa zero, kung gayon ang pamumuhunan sa isang maliit na nitrogen generator ay sulit. Ayon sa mga sukat sa aming workshop, ang taunang gastos sa pagpapatakbo ng isang 10L/min flow module ay 1.7 beses lamang ang halaga ng kuryente ng isang air-soldering production line, habang ang rework rate ay bumaba ng 63%.