Pada pukul 2 pagi Rabu lalu, barisan pengeluaran tiba-tiba mencetuskan penggera dan ditutup. AOI secara berterusan melaporkan penyambungan dan pateri yang tidak mencukupi pada semua kedudukan perintang 0201 pada 23 papan induk. Kami segera menghentikan talian, mengeluarkan papan, dan memerhatikannya di bawah kaca pembesar, menemui burr yang teruk dan keruntuhan setempat di tepi cetakan tampal pateri. Pencetak yang sama telah berjalan seperti biasa pagi itu, yang menunjukkan masalahnya bukanlah penuaan peralatan tetapi perubahan mendadak dalam keadaan tampal pateri. Pemeriksaan lanjut mendedahkan stratifikasi sedikit di bahagian bawah balang pes pateri dan sisa kering, berkerak di sepanjang tepi pemerah, mengesahkan bahawa pes pateri Sn63Pb37 telah disimpan pada suhu bilik 28°C selama lebih 72 jam, menyebabkan pemeruapan fluks dipercepatkan. Tindakan kecemasan adalah untuk menggantikan pes pateri dan membersihkan stensil secara menyeluruh dengan isopropil alkohol, tetapi 147 PCB telah pun dilupuskan pada hari itu.
Di sebalik kegagalan ini adalah sensitiviti melampau tampal pateri Sn63Pb37 kepada suhu, kelembapan dan masa pendedahan. Tidak seperti sesetengah pes pateri tanpa plumbum, ia tidak mengandungi pelarut takat didih tinggi; fluks berasaskan rosin kehilangan 0.3% daripada aktivitinya untuk setiap jam tambahan pendedahan melebihi 25°C, menyebabkan kadar kecacatan keluaran cetakan meningkat sebanyak 12%. Lebih menyusahkan ialah apabila kegagalan penghawa dingin bengkel secara tiba-tiba menyebabkan suhu sehingga 32°C, kelikatan tampal pateri menjunam daripada 750 Pa·s kepada 420 Pa·s dalam masa 3 jam, secara langsung mengakibatkan pemendapan pateri yang tidak sekata di bawah squeegee dan pengisian apertur stensil yang tidak mencukupi. Jika pengeluaran terpaksa diteruskan pada ketika itu, 90% komponen QFN akan mempamerkan bola pateri atau lompang yang berlebihan semasa aliran semula berikutnya.
Penyelesaian punca jangka panjang bukan sekadar menukar pembekal, tetapi menguruskan pes pateri Sn63Pb37 sebagai bahan kimia yang sangat aktif. Peti sejuk pes pateri yang dikawal suhu dan kelembapan mesti disediakan (ditetapkan kepada 20±1°C, 50±5% RH). Selepas setiap pembukaan penutup, udara di dalam balang mesti disesarkan dengan nitrogen sebelum menutup semula. Semua pes pateri mesti dibenarkan untuk mengimbangi pada suhu bilik selama 45 minit selepas dikeluarkan dari peti sejuk sebelum digunakan; masa keseimbangan yang tidak mencukupi boleh menyebabkan air pemeluwapan bercampur ke dalam pes dan mencetuskan aliran semula. Kami pernah mengalami retakan mikro sambungan pateri kelompok pada satu set papan antara muka USB kerana ini, dan pemeriksaan sinar-X menunjukkan semua retakan yang disebarkan di sepanjang lapisan IMC, betul-betul disebabkan oleh kesan pengewapan pemeluwapan.
Kunci kepada pencegahan ialah mewujudkan lejar kitaran hayat tampal pateri. Setiap balang mesti dilabelkan dengan masa pembukaan, minit pendedahan kumulatif, bilangan kitaran pemanasan semula, dan lengkung suhu dan kelembapan hari itu. Apabila satu balang melebihi 280 minit pendedahan terkumpul atau mengalami lebih daripada tiga kitaran pemanasan semula, ia mesti dibuang walaupun penampilannya normal. Ini kerana plumbum dalam pes pateri Sn63Pb37 mempercepatkan pengoksidaan rosin, dan produk pengoksidaan tidak boleh terurai sepenuhnya pada puncak aliran semula 217°C, meninggalkan zon ikatan yang lemah pada antara muka sambungan pateri. Bahaya tersembunyi ini tidak muncul dalam ujian penuaan suhu bilik, tetapi akan 集中 nyata sebagai sambungan pateri terbuka semasa kitaran ke-37 kejutan haba -40°C.
Satu lagi titik kesakitan sebenar ialah pengaliran semula sekunder papan dua muka. Apabila bahagian kedua dipateri dengan pes pateri Sn63Pb37, penyambung pateri berplumbum yang telah terbentuk pada bahagian pertama akan mengalami penghabluran semula dan pengasar IMC apabila ia melalui takat lebur 217°C semula. Kami mendapati pada papan T-CON automotif tertentu bahawa kekuatan ricih sambungan pateri bawah BGA menurun sebanyak 38%. Puncanya ialah pemanasan berulang sambungan pateri Sn63Pb37 menghasilkan sebatian antara logam PbSn3 yang berlebihan; fasa ini keras dan rapuh, dengan faktor kepekatan tegasan 2.4 kali lebih tinggi daripada sambungan pateri aliran semula tunggal. Oleh itu, untuk semua reka bentuk pelekap bercampur dua sisi semasa, bahagian kedua mesti menggunakan tampal pateri suhu rendah dengan takat lebur di bawah 183°C, walaupun kos meningkat sebanyak 17%, untuk mengelakkan kegagalan lesu sendi pateri.
Terdapat juga isu jangka hayat stensil. Ion plumbum dalam pes pateri Sn63Pb37 mempunyai kesan menghakis yang perlahan pada stensil keluli tahan karat, terutamanya stensil potong laser dengan saiz apertur lebih kecil daripada 0.25 mm. Selepas 48 jam penggunaan berterusan, lubang kakisan berskala 0.8 μm boleh diperhatikan pada dinding apertur di bawah mikroskop. Kecacatan mikro ini mengurangkan kadar pemindahan tampal pateri daripada 89% kepada 73%, secara langsung dicerminkan sebagai kadar mengimbangi dua kali ganda untuk sambungan pateri kapasitor 0402. Penyelesaiannya bukanlah penggantian stensil yang kerap, tetapi pembersihan ultrasonik wajib dengan larutan asid sitrik pH=3.2 selama 15 minit selepas setiap 20,000 cetakan, untuk meneutralkan sisa ion plumbum dan memulihkan filem pempasifan dinding apertur. Jika tidak, apabila lubang mengembang, pes pateri baharu pun tidak dapat memulihkan ketepatan yang hilang.
Akhir sekali, mengenai kerja semula: apabila memanaskan sambungan pateri Sn63Pb37 secara tempatan dengan pistol udara panas, jika aliran udara melebihi 28 L/min atau suhu melebihi 320°C, pengangkatan pad berkemungkinan besar. Ini kerana kehadiran plumbum menjadikan kadar pertumbuhan IMC antara sambungan pateri dan kerajang tembaga 1.6 kali lebih cepat daripada bebas plumbum, dan kekuatan ikatan antara muka puncak berlaku pada 217°C dengan 90 saat tinggal. Di luar tingkap ini, kerajang kuprum pad akan tercabut oleh tekanan haba. Kami pernah memampatkan masa prapanas kepada 12 saat untuk mempercepatkan pembaikan pada papan induk kawalan industri, dan akibatnya, pad keseluruhan baris cip SOP8 terangkat. Satu-satunya ubat adalah wayar terbang. Oleh itu, sambungan pateri Sn63Pb37 yang mengolah semula mesti mengikut ketat 217°C±3°C dengan 85–95 saat tinggal; satu saat lebih atau kurang akan mewujudkan risiko detasmen tersembunyi.
