In linhas de produção reais, a pasta de solda de estanho-bismuto é usada principalmente para dispositivos sensíveis ao calor, como chips de driver de cristal líquido COG, tiras flexíveis de LED, módulos vestíveis com sensores MEMS e capacitores cerâmicos multicamadas (X7R/X5R). A temperatura de transição vítrea das embalagens plásticas destes dispositivos é geralmente inferior a 150°C. Se for usada solda por reFluxo convencional a 217°C, ela pode facilmente causar bolhas no corpo, oxidação dos pinos ou empenamento do substrato. Com seu ponto de fusão eutético de 138°C e janela estreita de faixa de fusão, a pasta de solda de estanho-bismuto pode atingir um umedecimento estável sob uma atmosfera de nitrogênio. No entanto, o pré-requisito é que a abertura do estêncil seja projetada para 0,85 vezes o tamanho original da almofada e usada com pasta de solda com tamanho de partícula inferior a 30 μm; caso contrário, a taxa de defeitos na liberação de impressão aumentará drasticamente para mais de 12%.
Descobrimos que o problema da junta de solda fria da pasta de solda de baixa temperatura em embalagens QFN48 de grande porte é particularmente proeminente. A causa raiz é que a folha de cobre de grande área na parte inferior do dispositivo absorve o calor muito rapidamente, fazendo com que o pico de temperatura local fique atrás das pequenas almofadas circundantes em mais de 8°C. Neste ponto, a pasta de solda de estanho-bismuto já começou a solidificar e não consegue completar a compensação de refluxo secundário. A solução não é simplesmente aumentar a temperatura do forno, mas reduzir a velocidade da cadeia do forno correspondente a esta área em 15% e aumentar o tempo de residência na zona de pré-aquecimento, de modo que o equilíbrio térmico geral do PCB seja melhorado para ±2,5°C. Caso contrário, mesmo o uso de fluxo RMA de alta atividade não poderá melhorar a taxa de vazios.
As deficiências de confiabilidade da pasta de solda estão concentradas no teste de ciclo de temperatura de -40°C a 125°C. Após 200 ciclos, a fase da liga de estanho-bismuto apresenta deslizamento óbvio nos limites dos grãos e a resistência ao cisalhamento da junta de solda atenua em 37%. Nas mesmas condições, o SAC305 ainda mantém 82% do seu valor inicial. O que é mais problemático é que a pasta de solda de estanho-bismuto é extremamente sensível ao tratamento de superfície do PCB. Se a espessura do filme OSP estiver abaixo de 0,3 μm ou a flutuação da espessura da camada de níquel ENIG exceder ± 0,05 μm, isso induzirá o crescimento descontínuo do IMC interfacial, causando uma ilusão de junta de solda fria. Este tipo de defeito é quase irreconhecível na inspeção AOI e deve ser localizado por tomografia de raios X.
A verificação da linha de produção mostra que a pasta de solda de estanho-bismuto apresenta sérios riscos de compatibilidade em placas de montagem mistas de dupla face. Quando o lado A usa pasta de solda de baixa temperatura para soldar conectores FPC e o lado B usa SAC305 para soldar o SOC de controle principal, a segunda passagem pelo forno fará com que as juntas de solda do lado A passem repetidamente por um processo de fusão e solidificação, intensificando a segregação do elemento Bi e formando uma fase frágil rica em bismuto. In em um determinado projeto de monitor médico, tivemos que retrabalhar 176 placas principais em lotes devido a esse problema. A solução final foi mudar o lado B para um processo de refluxo escalonado e reduzir a espessura de impressão da pasta de solda de 120 μm para 95 μm para encurtar a janela de tempo de refusão.
Atualmente, todos os fornecedores de estêncil que afirmam ser compatíveis com pasta de solda não divulgaram seus padrões de controle de rebarbas em nível de mícron após o corte a laser. Na produção real In, rebarbas acima de 0,03 mm arranharão diretamente os compostos intermetálicos Bi-Sn nas partículas da pasta de solda, causando rastros irregulares na borda de impressão. Este tipo de defeito se manifesta como umedecimento unilateral insuficiente após a soldagem do resistor 0402, mas todos os testes funcionais foram aprovados. Somente quando toda a máquina é submetida ao teste HALT é que ela é exposta de forma concentrada como circuitos abertos intermitentes. Portanto, a aplicação da pasta de solda não deve ser separada da verificação em circuito fechado dos dados de medição reais de fabricantes específicos de estêncil.
