Pertanyaan paling umum yang kami dapatkan saat men-debug oven reflow di jalur produksi setiap hari adalah: dengan pasta solder yang sama, penyolderan berfungsi dengan baik di udara, tetapi menjadi cerah saat kami beralih ke nitrogen. Namun pelanggan bersikeras untuk melakukan penyolderan nitrogen—jadi apakah investasi ini sepadan? Di balik pertanyaan ini, bukan sekadar soal membandingkan kecerahan. Sebagai gantinya, kita perlu memeriksa apakah bantalan tembaga OSP memiliki pembasahan solder yang seragam, apakah ada rongga tersembunyi di bagian bawah paket QFN pitch 0,4 mm, dan apakah tiga papan berturut-turut menunjukkan manik-manik solder kecil selama pemeriksaan AOI pada papan medis. Fenomena ini mungkin dianggap sebagai anomali sesekali dalam penyolderan udara, namun dalam penyolderan nitrogen, fenomena ini menjadi karakteristik proses yang stabil dan dapat diprediksi.
Perbedaan kinerja antara penyolderan nitrogen dan udara pertama kali terlihat pada perilaku pembasahan dan penyebaran. In lingkungan nitrogen, komponen aktif fluks bertindak lebih terkonsentrasi pada permukaan bantalan daripada dikonsumsi oleh oksidasi dengan oksigen. Akibatnya, sudut kontak pasta solder yang sama dalam nitrogen umumnya berkurang 8°~12°. Khusus untuk pasta solder suhu menengah hingga rendah dengan sistem berbasis rosin atau asam organik lemah, jarak pendakian lateral pada bantalan tembaga setelah peleburan rata-rata 0,08 mm lebih besar daripada di udara. Hal ini penting untuk menekan penghubungan pada sambungan solder Micro-BGA pitch 0,3 mm. In penyolderan udara, kelambatan pembasahan yang disebabkan oleh penyumbatan film oksida lokal dengan mudah membentuk leher berbentuk bulan sabit di tepi sambungan solder, yang menjadi titik awal retakan mikro selama siklus termal berikutnya.
Kontrol kekosongan adalah proposisi nilai paling menarik dari penyolderan nitrogen. Di bawah pengaturan printer DEK + oven reflow BTU yang sama, kami menguji pasta solder SAC305 tertentu pada komponen BGA 12x12mm pada papan 6 lapis. Dalam kondisi penyolderan udara, pemeriksaan sinar-X menunjukkan rata-rata tingkat kekosongan sambungan solder sebesar 18,7%, dengan titik tunggal maksimum sebesar 26,3%. Setelah beralih ke perlindungan nitrogen, tingkat kekosongan di seluruh papan turun menjadi 5,2%, dan lebih dari 95% sambungan solder memiliki area kosong lebih kecil dari 3%. Peningkatan ini tidak dicapai dengan menaikkan suhu puncak. Sebaliknya, nitrogen secara signifikan menekan retensi gas volatil yang dihasilkan selama dekomposisi fluks suhu tinggi di dalam solder cair. In khususnya, aktivator yang biasa digunakan dalam pasta solder, seperti asam sebacic dan asam adipat, mengubah jalur pirolisisnya dalam kondisi kekurangan oksigen, melepaskan CO? pada tingkat yang lebih lembut dan membuatnya lebih mudah untuk melarikan diri.
Morfologi permukaan sambungan solder dan keadaan residu juga menunjukkan perbedaan sistematis. Sambungan solder setelah penyolderan nitrogen umumnya memiliki kilau seperti cermin dan kontur yang tajam. Hal ini karena dalam lingkungan bebas oksigen, arah pertumbuhan butiran paduan SnAgCu lebih seragam, dan penyusutan akibat tegangan permukaan lebih sempurna. Sebaliknya In, sambungan yang disolder dengan udara memiliki sedikit matte, kabut keabu-abuan, dan bintik-bintik oksidasi coklat muda yang tersebar dapat dilihat di bawah mikroskop. Secara praktis, morfologi residu fluks juga berbeda. Dalam kondisi nitrogen, resin rosin kurang rentan terhadap ikatan silang dan karbonisasi. Setelah dibersihkan, tingkat kontaminasi ionik pada permukaan PCBA (uji ROSE) rata-rata lebih rendah 21,4μg NaCl/cm2. Hal ini memberikan jaminan besar terhadap keandalan isolasi jangka panjang dari peralatan elektronik medis yang dapat ditanamkan.
Tentu saja, penyolderan nitrogen bukanlah solusi universal. Ketika lini produksi menggunakan pasta solder sangat aktif yang mengandung aktivator halogen, nitrogen malah dapat memperburuk kecenderungan korosinya. Selama uji coba produksi papan radar otomotif tertentu, kami menemukan fenomena bahwa impedansi kontak probe test bed TIK meningkat dari hari ke hari di bawah lingkungan nitrogen. Akhirnya dipastikan bahwa sisa ion klorida dalam pasta solder lebih sulit dioksidasi dan dipasivasi dalam atmosfer pereduksi bebas oksigen. Selain In, untuk pasta solder yang sangat menyerap kelembapan, nitrogen tidak dapat membalikkan percikan manik solder yang disebabkan oleh pecahnya kelembapan internal selama reflow. In dalam kasus seperti itu, pemanggangan vakum harus dilakukan sebelum pasta masuk ke dalam oven; jika tidak, semakin tinggi laju aliran nitrogen, semakin banyak manik-manik solder yang muncul.
Saat memilih suatu proses, kita tidak bisa hanya mengandalkan tabel parameter; kita harus menghitung biaya berdasarkan skenario tertentu. Jika Anda memproduksi modul WiFi konsumen dengan output 300.000 buah per bulan, sambungan solder yang sebagian besar terdiri dari komponen 0402/0201, dan pelanggan yang menerima standar IPC-A-610 Kelas 2, maka penyolderan udara sudah cukup. Menambahkan nitrogen akan membuang biaya nitrogen cair sebesar 180.000 yuan per tahun dan menghabiskan sumber daya pipa nitrogen tanpa alasan. Namun, jika Anda memproduksi papan pembawa FPGA tingkat ruang angkasa dengan bantalan ENIG OSP, ukuran BGA melebihi 35×35 mm, dan pelanggan memerlukan tingkat kekosongan sambungan solder ≤5% dengan laporan sinar-X yang disediakan untuk setiap papan, maka penyolderan nitrogen bukanlah bonus melainkan persyaratan masuk. In dalam hal ini, lebih baik mengganti oven reflow yang lama daripada mengorbankan kemurnian nitrogen ≥99,995%. Ada juga kasus perantara: papan MCU tingkat otomotif. Pelanggan tidak terlalu membutuhkan nitrogen, namun kami menemukan bahwa dengan penyolderan udara, 2~3 dari setiap 1.000 papan secara konsisten mengalami sambungan solder dingin dan retak setelah uji penuaan. Analisis penampang mengungkapkan kelompok mikrovoid yang tidak terdeteksi di bagian bawah QFN. In kasus seperti itu, disarankan untuk melakukan verifikasi perbandingan nitrogen terlebih dahulu. Jika tingkat kekosongan berkurang lebih dari 40% dan jumlah kegagalan turun menjadi nol, maka investasi pada generator nitrogen kecil akan bermanfaat. Berdasarkan pengukuran di bengkel kami, biaya pengoperasian tahunan modul aliran 10L/mnt hanya 1,7 kali lipat biaya listrik jalur produksi penyolderan udara, sementara tingkat pengerjaan ulang turun sebesar 63%.
