Inti dari fenomena batu nisan pada cacat SMT adalah ketidakseimbangan mekanis yang disebabkan oleh pelelehan sambungan solder yang tidak tersinkronisasi di kedua ujung komponen chip selama tahap penyolderan reflow. Ketika pasta solder di satu sisi selesai dibasahi dan menyebar terlebih dahulu pada suhu puncak dan menghasilkan tegangan permukaan yang cukup, sedangkan pasta solder di sisi lain belum sepenuhnya meleleh atau pembasahannya buruk, gaya tarik pada ujung yang tidak dibasahi jauh lebih kecil dibandingkan pada ujung yang dibasahi. Ketegangan asimetris ini akan menarik komponen secara vertikal ke atas dari bantalan, membentuk postur"batu nisan" yang khas.
Offset Aperture Stensil dan Perbedaan Volume Pasta Solder
Pengukuran sebenarnya pada lini produksi Jia Jinyuan menemukan bahwa jika deviasi lebar bukaan stensil di kedua ujung komponen 0603 melebihi 0,03 mm, atau keausan lokal yang disebabkan oleh penggunaan jangka panjang mengurangi bukaan di satu sisi sebesar 15%, volume pasta solder yang sesuai pada bantalan akan berkurang sekitar 22%. Di bawah kondisi reflow yang sama, ujung dengan pasta solder yang lebih sedikit memanas lebih cepat tetapi total lelehnya tidak mencukupi, sehingga tidak mungkin untuk menghasilkan pembasahan yang efektif, sedangkan ujung dengan pasta solder yang cukup dengan cepat menyelesaikan penghubung fase cair, sehingga menyebabkan batu nisan. Perbedaan ini terutama terlihat ketika ketebalan substrat FR-4 adalah 1,6 mm dan distribusi foil tembaga tidak merata.
Distribusi Zona Suhu Tidak Seimbang di Reflow Oven
Fluktuasi suhu sebenarnya yang melebihi ±2℃ di setiap zona suhu di dalam oven, ketidaksesuaian antara pengaturan kecepatan rantai dan kapasitas panas, atau turbulensi lokal dalam aliran nitrogen, semuanya akan menyebabkan gradien yang signifikan pada lingkungan termal aktual di kedua ujung komponen yang sama pada PCB. Misalnya, perbedaan suhu terukur sebesar 8℃ pada area tertentu di ujung bagian pemanasan awal secara langsung menyebabkan pasta solder pada sisi tepi komponen memasuki tahap keruntuhan lebih awal, sedangkan sisi dekat bagian tengah masih dalam masa penyusutan pasta. Perbedaan suhu dinamis ini lebih menentukan dalam menentukan kemungkinan terjadinya batu nisan dibandingkan nilai pengaturan zona suhu statis.
Cacat pada Tata Letak PCB dan Desain Bantalan Termal
Ketika salah satu ujung resistor 0402 dihubungkan ke ground plane tembaga luas dan ujung lainnya hanya dihubungkan ke jejak kawat tipis, ujung pertama menghilangkan panas dengan cepat dan memanas secara perlahan, sedangkan ujung lainnya memiliki kapasitas panas kecil dan memanas dengan cepat. Sekalipun volume pasta solder benar-benar konsisten, perbedaan waktu kedua ujung untuk mencapai likuidus masih dapat melebihi 1,8 detik. Jia Jinyuan pernah melihat tingkat pemasangan batu nisan melonjak dari 0,12% menjadi 1,9% karena masalah tata letak seperti itu selama uji coba produksi papan dua sisi, dan turun kembali ke kisaran 0,15% setelah beralih ke isolasi bantalan termal.
Koplanaritas Badan Komponen dan Deviasi Tekanan Penempatan
Penurunan tingkat vakum nosel pemasangan sebesar 5% atau keausan nosel yang menyebabkan kemiringan 0,3° pada sudut pengambilan komponen akan mengakibatkan status kontak mengambang unilateral antara bagian bawah komponen dan bantalan. Pada saat ini, meskipun profil reflow ideal, pasta solder pada ujung mengambang tidak dapat memperoleh tegangan geser yang cukup untuk memicu reaksi pembasahan, sedangkan ujung yang ditekan dengan kuat lebih disukai menyelesaikan ikatan metalurgi dalam kondisi yang sama. Deformasi penempatan tingkat mikron ini mudah diabaikan dalam penempatan berkecepatan tinggi, namun justru merupakan salah satu pemicu utama inisiasi pembuatan batu nisan.
