Pontes de solda repentinas, formação de pontas e juntas de solda escurecidas apareceram na linha de solda por onda, com escória se acumulando na calha de escumação em apenas 2 horas. Esse problema ocorria frequentemente após a mudança para um novo lote de barras de solda, enquanto a mesma máquina funcionava de forma estável por mais de 300 horas com as barras de solda antigas. A causa raiz não é o equipamento de soldagem por onda em si, mas a incompatibilidade entre a atividade química da escória da barra de solda e o mecanismo de equilíbrio dinâmico do banho fundido. Não podemos concentrar-nos apenas no ajuste da frequência de skimming; devemos considerar as cinco variáveis – composição da barra de solda, tipo de Fluxo, temperatura de pré-aquecimento, altura da onda e pureza do nitrogênio – juntas, caso contrário, cada troca da barra de solda será como abrir uma caixa cega.
Barras de solda de alta atividade podem ativar rapidamente o ácido colofônico no fluxo na zona de pré-aquecimento de 100 ℃, mas sua reação de interface de fase de liga Sn-Cu/Fe é intensa, levando a uma taxa de erosão de cobre de até 0,8 g/h. Partículas de cobre suspensas no banho fundido combinam-se com óxido de estanho para formar escória solta e porosa. Os dados medidos mostram que este tipo de barra de solda produz 42g de escória por litro de solda fundida por hora sem proteção de nitrogênio, o que é 2,3 vezes maior que as barras de solda com baixo teor de escória. Quando combinado com fluxo não limpo à base de água, o volume de escória aumenta para 65 g/h, à medida que os ácidos orgânicos se complexam com íons de estanho para acelerar o ciclo de ruptura e repolimerização do filme de óxido.
Barras de solda de baixa escória passivam a superfície da solda fundida adicionando 0,015% ~ 0,022% de germânio, aumentando a densidade do filme de óxido em 40% e reduzindo o limite de solubilidade Cu para 0,08% em peso. Os dados medidos mostram que sua taxa de geração de escória é de 18 g/h em um ambiente de nitrogênio a 260 ℃, mas a compensação é uma extensão de 0,3 s no tempo de espalhamento de umedecimento, aumentando o risco de ponte para embalagens QFN de alta densidade e densidade fina em 12%. Especialmente quando a espessura do cobre da placa PCB excede 35 μm ou o filme OSP está envelhecido, a altura da onda deve ser reduzida de 8 mm para 6,2 mm para evitar o arrastamento da solda, o que por sua vez força uma redução de 8% na velocidade do transportador e indiretamente aumenta o tempo de tato por placa.
Barras de solda contendo fósforo precipitam microcristais de compostos P-Sn no banho fundido como núcleos de oxidação, forçando a escória a se depositar no fundo do forno em vez de flutuar para cima. Os dados medidos mostram que o volume de escória superficial é de apenas 9 g/h, mas a escória sedimentada tem uma dureza de HV320, levando a uma taxa de lascamento de borda de 70% para raspadores mecânicos convencionais após 3 turnos. São necessários raspadores revestidos de diamante, que custam 6,8 vezes mais que os raspadores comuns de aço inoxidável e exigem tempo de inatividade a cada 48 horas para calibrar o ângulo de raspagem; caso contrário, o acúmulo de escória irá obstruir os bicos. Se um separador centrífugo tradicional de escória de estanho ainda for usado neste momento, a eficiência de separação cairá de 91% para 53%, já que o tamanho das partículas de escória sedimentada P-Sn está concentrado na faixa de 12~28μm, muito abaixo do limite de projeto de 45μm dos separadores convencionais.
Para linhas de PCB de lote pequeno e alta mistura que alternam entre mais de 3 tipos de placa por dia com volume de produção inferior a 200 peças por tipo, barras de solda de baixa escória combinadas com injeção de nitrogênio pulsada (faixa de flutuação de fluxo de 15 a 25 L/min) são recomendadas. Isto suprime a escória sem aumentar significativamente o consumo de nitrogênio. Se barras de solda contendo fósforo forem adotadas à força, seu ciclo de acumulação de escória assentada será gravemente incompatível com a frequência de troca da linha, aumentando em vez disso a frequência semanal de limpeza do forno de 1 a 4 vezes. Para cenários de produção contínua de PCBs com alto teor de cobre, como placas-mãe de servidores, barras de solda contendo fósforo devem ser selecionadas, enquanto a pureza do nitrogênio é aumentada de 99,9% para 99,999% e a temperatura do banho de solda é reduzida de 255°C para 252°C. Caso contrário, os microcristais P-Sn se dissolverão novamente na solda fundida em altas temperaturas e perderão sua função de sedimentação. Se as barras de solda de alta atividade continuarem neste ponto, a espessura da incrustação de cobre na parede do forno excederá 0,5 mm em 3 dias, obstruindo diretamente os orifícios do termopar e causando falha no controle de temperatura.
Todo o comportamento da escória da barra de solda deve ser verificado dentro de restrições de linha específicas. Por exemplo, uma fábrica reduziu a escória após mudar para barras de solda com baixo teor de escória, mas a taxa de ponte de solda aumentou 3,7%. Mais tarde, foi descoberto que uma mudança em seu fornecedor de OSP levou ao aumento de resíduos de carbono nas superfícies das pastilhas, e a fraca atividade das barras de solda com baixo teor de escória não conseguiu remover efetivamente esse resíduo. O problema só foi resolvido depois de voltar a usar barras de solda de alta atividade e adicionar uma estação de limpeza de plasma. Isso demonstra que a manutenção da soldagem por onda nunca é uma otimização de ponto único, mas um problema de engenharia de sistemas que envolve a interação de barras de solda, fluxo, condição da superfície da PCB e parâmetros do equipamento. Qualquer recomendação de seleção é puramente estratégia de poltrona.
