Mengontrol laju pendinginan setelah reflow bukanlah pertimbangan sekunder tetapi merupakan faktor penentu yang membentuk struktur mikro akhir, integritas antar muka, dan keandalan jangka panjang setiap sambungan Batang Solder, karena kinetika solidifikasi mengatur segregasi fase, penghalusan butiran, dan pertumbuhan senyawa intermetalik (IMC) pada antarmuka solder tembaga, dan penyimpangan sekecil 1°C/s dapat mengubah mode kegagalan dari patah ulet menjadi pemisahan antar muka yang rapuh dalam siklus termal.
Laju pendinginan yang tinggi, biasanya di atas 3°C/s untuk Sn63Pb37 atau 2,5°C/s untuk SAC305, menekan difusi atom selama pemadatan, menghasilkan jaringan dendritik kaya Sn yang lebih halus, mengurangi ukuran butir β-Sn primer, dan ketebalan lapisan intermetalik Cu6Sn5 yang lebih sempit, sering kali bertahan di bawah 1,8 µm setelah pendinginan udara dibandingkan lebih dari 3,2 µm setelah pendinginan tungku, namun manfaat ini masih tetap ada dengan peningkatan tegangan tarik sisa karena kontraksi diferensial antara solder dan substrat PCB, yang meningkatkan kemungkinan inisiasi retakan mikro di dekat tepi bantalan atau di dalam solder massal, terutama bila dikombinasikan dengan jejak komponen besar atau material dengan ketidakcocokan CTE yang tinggi seperti FR-4.
Sebaliknya, pendinginan lambat di bawah 0,5°C/s memungkinkan waktu yang lama di atas suhu eutektik, mendorong pertumbuhan Cu6Sn5 yang berlebihan dan bahkan pembentukan Cu3Sn pada antarmuka tembaga, sehingga ketebalan IMC dapat melebihi 4,5 µm dalam hitungan menit, menimbulkan kerapuhan dan mengurangi kekuatan geser hingga 22% dibandingkan dengan sampel yang didinginkan secara optimal, sekaligus memungkinkan nukleasi Kirkendall batal pada batas Cu/Cu6Sn5 karena ketidakseimbangan Fluks Cu dan Sn, khususnya dalam aplikasi arus tinggi di mana migrasi listrik mempercepat akumulasi kekosongan.
Komposisi paduan batang solder menentukan jendela optimal: Paduan yang mengandung Pb mentolerir laju yang lebih lambat karena suhu solidus yang lebih rendah dan rentang pucat yang lebih luas, sedangkan varian SAC bebas timbal memerlukan kontrol yang lebih ketat karena gradien likuidus-solidusnya yang lebih curam memperkuat sensitivitas terhadap segregasi yang disebabkan oleh pendinginan, misalnya, pengelompokan Ag3Sn yang terlokalisasi terjadi lebih mudah pada pendinginan yang tidak merata, menciptakan distribusi kekerasan yang heterogen dan jalur retak kelelahan prematur selama pengujian jatuh di tingkat papan.
Geometri sambungan selanjutnya memodulasi massa termal dan efisiensi ekstraksi panas, sehingga resistor 0805 yang disolder dengan batang yang sama menunjukkan perilaku pendinginan efektif yang sangat berbeda dibandingkan kapasitor 1206 atau paket QFN dengan saluran termal, yang berarti bahwa profil ramp-down oven harus dikalibrasi per kelompok produk daripada diterapkan secara global, dan penggunaan nozel udara paksa pada sistem reflow selektif memerlukan validasi termokopel waktu nyata di lokasi sambungan sebenarnya, tidak hanya di permukaan papan, untuk menghindari pembacaan rata-rata yang menyesatkan yang menutupi lokalisasi terlalu panas atau terlalu dingin.
Konsistensi produksi akan menurun jika pendinginan tidak diawasi, karena variasi suhu ruangan, kecepatan konveyor, atau aliran pembersihan nitrogen dari batch ke batch mengubah laju efektif tanpa memicu alarm, menyebabkan penurunan yang tidak kentara namun kumulatif dalam umur siklus termal, di mana sambungan dari jalur yang sama menunjukkan median siklus hingga kegagalan yang berkisar antara 1.200 hingga 2.900 hanya bergantung pada apakah zona pasca-reflow memiliki rata-rata 1,7°C/s atau 0,9°C/s selama tiga kali berturut-turut bergeser.
Alat profil termal harus menangkap setidaknya dua termokopel per sambungan kritis, satu pada terminasi komponen, satu pada bantalan yang berdekatan, untuk mengatasi gradien spasial, karena perbedaan yang melebihi 4°C pada satu bola BGA pitch 0,4 mm menunjukkan solidifikasi yang tidak seragam yang mendorong pertumbuhan IMC asimetris dan distribusi tegangan yang miring, dan data tersebut harus dimasukkan langsung ke dalam penyesuaian oven loop tertutup daripada diarsipkan untuk tinjauan offline hanya setelah terjadi penurunan hasil.
Analisis pengembalian lapangan secara konsisten menelusuri awal masa pakai terbuka dan shorts intermiten hingga cacat terkait pendinginan termasuk microvoids di bawah bantalan besar, pengelupasan IMC kolom setelah pengerjaan ulang, dan prekursor kumis Sn yang terbentuk selama penyimpanan dengan pendinginan lambat, yang semuanya dapat dicegah melalui protokol kualifikasi tingkat spesifik yang mencakup penampang melintang, pengujian geser, dan siklus termal yang dipercepat pada suhu −40°C hingga +125°C dengan waktu tunggu selama 15 menit.
