Durante a depuração do forno de reFluxo, descobrimos que a taxa de exclusão de um lote de resistores 0201 aumentou repentinamente para 3,7%. Simultaneamente, ao microscópio, observamos escurecimento nas bordas das juntas da pasta de solda e um aumento anormal no ângulo de molhamento. Medições adicionais mostraram que a temperatura de pico real era 23°C superior ao valor definido. O limite de tolerância nominal desta pasta de solda é de 245°C, enquanto o ponto mais alto na própria cavidade do forno atingiu 268°C. Isso indica que o desvio na posição de fixação do termopar ou o envelhecimento do termopar tipo K após uso prolongado causou um sério atraso no feedback de temperatura.
Quando a pasta de solda excede o pico de temperatura recomendado em mais de 5°C por um período superior a 8 segundos, a carbonização dos resíduos de fluxo se intensifica. Isto não só enfraquece a tensão superficial, levando ao colapso da pasta de solda, mas também dificulta a ligação metalúrgica entre a solda fundida e a camada de cobre da almofada. Neste ponto, mesmo a redução do tempo de refluxo não pode remediar a espessura descontrolada da camada IMC da junta de solda. Certa vez, verificamos isso com o corte transversal do FIB: a uma temperatura máxima de 265°C, a espessura da camada de Cu6Sn5 era 1,8 vezes maior do que na condição de 240°C, reduzindo diretamente a resistência ao cisalhamento da junta em 42%.
Se a linha de produção não executar novamente o perfil de temperatura após mudar para um novo modelo de pasta de solda, é altamente provável que ocorram erros de julgamento devido às diferenças nos pontos de fusão da liga e nas temperaturas de ativação entre pastas de solda de diferentes marcas. Por exemplo, uma reunião matinal revelou que a lista técnica havia sido trocada por uma pasta de solda com baixo teor de prata contendo bismuto, mas o perfil original de alta temperatura ainda estava sendo usado. Como resultado, três lotes consecutivos apresentaram taxas excessivas de vazios nas esferas de solda BGA e nos fundos QFN. A causa raiz foi que a temperatura liquidus desta pasta de solda era de apenas 217°C, mas o pico do perfil original foi definido em 250°C, fazendo com que as juntas da pasta de solda sofressem superaquecimento e oxidação prolongados.
A baixa uniformidade da temperatura dentro do forno também é um fator contribuinte oculto. Quando a diferença de temperatura entre o centro e a borda da pista transportadora excede ±5°C, ocorre aquecimento desigual para dispositivos de montagem mista de dupla face na mesma PCB. Por exemplo, os pinos de raiz de grandes embalagens QFP frequentemente desenvolvem microfissuras devido ao superaquecimento local, enquanto as embalagens SOP adjacentes de passo fino apresentam pouca umidade devido à absorção insuficiente de calor. Este fenômeno é particularmente pronunciado em fornos de refluxo que utilizam um sistema combinado de aquecimento infravermelho + ar quente. É necessário medir pelo menos 5 pontos transversais com um registrador de temperatura multicanal a cada turno.
Lidamos com um caso em que os testes de tração de juntas de pasta de solda falharam por cinco dias consecutivos. A causa raiz final foi identificada como a queda da concentração de proteção de nitrogênio de 99,95% para 99,2%. Embora nenhum alarme tenha sido acionado, o aumento do teor de oxigênio causou rápida oxidação da pasta de solda na zona de alta temperatura, levando a um desequilíbrio na tensão superficial fundida. Isto impediu que a solda se espalhasse suficientemente e, em vez disso, contraiu-se durante a fase de arrefecimento, rasgando a estrutura da junta. Tais danos são difíceis de identificar com AOI; apenas raios X ou cortes metalográficos podem confirmar os vazios internos e a morfologia da fratura do IMC.
