A pergunta mais comum que recebemos diariamente ao depurar fornos de reFluxo na linha de produção é: com a mesma pasta de solda, a soldagem funciona decentemente bem no ar, mas fica brilhante no momento em que mudamos para nitrogênio. Mesmo assim, os clientes insistem na soldagem com nitrogênio – então vale realmente a pena o investimento? Por trás desta questão, não se trata simplesmente de comparar o brilho. Em vez disso, precisamos verificar se as almofadas de cobre OSP têm umedecimento uniforme da solda, se existem vazios ocultos na parte inferior dos pacotes QFN com passo de 0,4 mm e se três placas consecutivas mostram pequenos grânulos de solda durante a inspeção AOI em placas médicas. Esses fenômenos podem ser descartados como anomalias ocasionais na soldagem a ar, mas sob a soldagem com nitrogênio eles se tornam características de processo estáveis e previsíveis.
A diferença no desempenho entre a soldagem com nitrogênio e a ar aparece primeiro no comportamento de umedecimento e espalhamento. In em ambiente de nitrogênio, os componentes ativos do fluxo atuam mais concentradamente na superfície da almofada em vez de serem consumidos pela oxidação com oxigênio. Como resultado, o ângulo de contato da mesma pasta de solda em nitrogênio é geralmente reduzido em 8°~12°. Especialmente para pasta de solda de temperatura média a baixa com sistemas à base de colofónia ou ácidos orgânicos fracos, a distância de subida lateral nas pastilhas de cobre após a fusão é em média 0,08 mm maior do que no ar. Isso é fundamental para suprimir pontes em juntas de solda Micro-BGA com passo de 0,3 mm. In soldagem a ar, atraso de umedecimento causado pela obstrução local do filme de óxido forma facilmente um estreitamento em forma de crescente na borda da junta de solda, que se torna o ponto de iniciação de microfissuras durante o ciclo térmico subsequente.
O controle de vazios é a proposta de valor mais atraente da soldagem com nitrogênio. Na mesma configuração de impressora DEK + forno de refluxo BTU, testamos uma certa pasta de solda SAC305 em componentes BGA de 12 × 12 mm em uma placa de 6 camadas. Sob condições de soldagem a ar, a inspeção por raios X mostrou uma taxa média de vazios nas juntas de solda de 18,7%, com um ponto único máximo de 26,3%. Depois de mudar para a proteção com nitrogênio, a taxa de vazios em toda a placa caiu para 5,2% e mais de 95% das juntas soldadas tinham áreas vazias menores que 3%. Esta melhoria não foi alcançada através do aumento da temperatura máxima. Em vez disso, o nitrogênio suprime significativamente a retenção de gases voláteis gerados durante a decomposição do fluxo em alta temperatura dentro da solda fundida. In em particular, ativadores comumente usados em pasta de solda, como ácido sebácico e ácido adípico, alteram suas vias de pirólise sob condições de deficiência de oxigênio, liberando CO? a um ritmo mais suave e tornando mais fácil a fuga.
A morfologia superficial das juntas de solda e o estado dos resíduos também apresentam diferenças sistemáticas. As juntas de solda após a soldagem com nitrogênio geralmente têm um brilho espelhado e contornos nítidos. Isso ocorre porque em um ambiente livre de oxigênio, a direção de crescimento dos grãos da liga SnAgCu é mais uniforme e o encolhimento causado pela tensão superficial é mais completo. Em contraste In, as juntas soldadas a ar apresentam uma névoa ligeiramente fosca e acinzentada, e pontos de oxidação marrom-claros dispersos podem ser vistos ao microscópio. De forma mais prática, a morfologia do resíduo de fluxo também difere. Sob condições de nitrogênio, a resina de breu é menos propensa a reticulação e carbonização. Após a limpeza, o nível de contaminação iônica na superfície do PCBA (teste ROSE) é em média 21,4 μg NaCl/cm2 menor. Isto fornece uma garantia substancial para a confiabilidade do isolamento a longo prazo de eletrônicos médicos implantáveis.
É claro que a soldagem com nitrogênio não é uma solução universal. Quando a linha de produção utiliza pasta de solda altamente ativa contendo ativadores de halogênio, o nitrogênio pode exacerbar sua tendência à corrosão. Durante a produção experimental de uma determinada placa de radar automotivo, encontramos o fenômeno de que a impedância de contato das sondas de teste de TIC aumentava dia a dia sob um ambiente de nitrogênio. Foi finalmente confirmado que os íons cloreto residuais na pasta de solda eram mais difíceis de serem oxidados e passivados em uma atmosfera redutora livre de oxigênio. Além disso, para pasta de solda que absorveu severamente a umidade, o nitrogênio não pode reverter os respingos do cordão de solda causados pelo estouro da umidade interna durante o refluxo. In nesses casos, o cozimento a vácuo deve ser realizado antes da pasta entrar no forno; caso contrário, quanto maior a taxa de fluxo de nitrogênio, mais grânulos de solda aparecerão.
Ao selecionar um processo, não podemos confiar apenas em tabelas de parâmetros; devemos calcular os custos com base em cenários específicos. Se você estiver fabricando módulos WiFi de consumo com uma produção de 300.000 peças por mês, juntas de solda consistindo principalmente de componentes 0402/0201 e clientes que aceitam o padrão IPC-A-610 Classe 2, então a soldagem a ar é completamente suficiente. A adição de nitrogênio desperdiçaria 180.000 yuans por ano em custos de nitrogênio líquido e ocuparia os recursos das tubulações de nitrogênio sem motivo. No entanto, se você estiver produzindo placas transportadoras FPGA de nível aeroespacial com pads ENIG OSP, tamanhos BGA superiores a 35×35mm e clientes que exigem taxas de vazios de juntas de solda ≤5% com relatórios de raios X fornecidos para cada placa, então a soldagem de nitrogênio não é um bônus, mas um requisito de entrada. In neste caso, é melhor substituir o antigo forno de refluxo do que comprometer a pureza do nitrogênio ≥99,995%. Há também um caso intermediário: placas MCU de nível automotivo. Os clientes não têm requisitos rígidos de nitrogênio, mas descobrimos que, com a soldagem a ar, 2 a 3 em cada 1.000 placas desenvolvem consistentemente juntas de solda a frio e rachaduras após testes de envelhecimento. A análise transversal revelou aglomerados de microvazios não detectados na parte inferior do QFN. In nesses casos, recomenda-se primeiro realizar uma verificação de comparação de nitrogênio. Se a taxa de vazios diminuir em mais de 40% e o número de falhas cair para zero, então vale a pena investir em um pequeno gerador de nitrogênio. De acordo com medições em nossa oficina, o custo operacional anual de um módulo de vazão de 10L/min é apenas 1,7 vezes o custo de eletricidade de uma linha de produção de soldagem a ar, enquanto a taxa de retrabalho cai 63%.
