A causa raiz do estouro da pasta de solda em PCBs com absorção de umidade durante a soldagem por refluxo é a rápida mudança de fase da umidade adsorvida dentro do substrato durante o estágio de pré-aquecimento por refluxo. Quando a absorção de umidade do PCB excede o valor crítico de 0,15% em peso especificado na Tabela 4-1 do J-STD-020D, e a taxa de aquecimento da zona de pré-aquecimento excede o limite superior recomendado de 3℃/s no IPC/JEDEC-9704, as moléculas de água se acumulam na interface entre o pano de vidro e a resina para formar bolhas de vapor locais de alta pressão. Uma vez que esta pressão exceda a resistência ao cisalhamento da camada de impressão da pasta de solda (valor típico 0,8 ~ 1,2 MPa), causará ejeção de fluxo e respingos de solda. Este fenômeno é particularmente proeminente em áreas BGA com espessura de placa FR-4 >1,6 mm e proporção de área de folha de cobre >65%.

De acordo com a Cláusula 8.3.2 da IPC-A-610G, se o diâmetro dos vazios formados pelo estouro da solda for >25% do diâmetro da almofada, isso será considerado um defeito. In nas linhas de produção reais, o tamanho do vazio da maioria dos casos de falha está concentrado na faixa de 120 ~ 180 μm, o que corresponde exatamente ao limite de tolerância crítico das almofadas QFN de passo de 0,3 mm. Neste momento, a inspeção por raios X constata que a taxa de vazios frequentemente atinge mais de 35%, excedendo em muito a linha de controle de 15% recomendada pela IPC-7095C. Mais seriamente, os resíduos de solda bloquearão as aberturas do estêncil, causando pontes de solda ou solda insuficiente em lotes subsequentes. Certa vez, uma fábrica de eletrônicos automotivos descartou 2.300 placas de controle principais ADAS em lotes devido a esse problema.

O padrão determina que os PCBs de grau MSL3 devem ser armazenados em um ambiente de ≤30 ℃/60% UR após a abertura, e o tempo de exposição cumulativo não deve exceder 168 horas. No entanto, o pessoal da linha de frente muitas vezes ignora o desvio de calibração dos higrômetros ambientais. O valor medido de exibição de umidade relativa de uma determinada oficina é de 58%, enquanto o valor real chega a 72%, o que acelera a taxa real de absorção de umidade dos PCBs em 2,3 vezes. Ao mesmo tempo, existe um mal-entendido comum na definição da temperatura de cozimento. J-STD-033C proíbe explicitamente o uso de 125 ℃ como parâmetro geral de cozimento. Para PCBs flexíveis contendo folhas de reforço PET, a temperatura deve ser reduzida para 80 ℃ e o tempo de cozimento estendido para 24 horas, caso contrário a folha de reforço enrugará e causará raspagem anormal do estêncil.

Verificamos o impacto de diferentes métodos de cozimento na taxa de estouro da solda. Sob o mesmo grau MSL, a taxa de estouro da solda após tratamento em forno a vácuo (-0,095 MPa) por 4 horas é de 0,07%, enquanto que em forno de convecção convencional (125°C/8h) sobe para 0,62%. A principal razão para a diferença é que o ambiente de vácuo pode acelerar a migração da umidade nos microporos profundos. No entanto, deve-se notar que se o grau de vácuo exceder -0,1 MPa, a tinta da máscara de solda formará bolhas, o que fez com que a taxa de retrabalho de uma fábrica de embalagens de LED aumentasse em 11 pontos percentuais. Portanto, na operação real, o valor Tg fornecido pelo fabricante da PCB deve ser usado como referência. Quando Tg <130°C, a temperatura de cozimento a vácuo deve ser reduzida para 105°C e o teor de oxigênio no forno deve ser monitorado para ser <50ppm.

A pasta de solda em si não é a causa principal, mas a seleção do sistema de Fluxo ampliará o risco. A taxa de evaporação do solvente da pasta de solda do tipo RMA à base de colofónia durante o estágio de retenção de 150 ℃ é 40% mais lenta do que a do tipo não limpo, o que bloqueia o canal de escape do vapor de água. O alto ponto de fusão (227°C) da liga SN100C estende o tempo de liquidus em 1,8 segundos, o que, em vez disso, reserva mais janela de escape para o vapor de água. Portanto, depois que a fábrica de um módulo de comunicação mudou para a combinação SN100C + pasta de solda não limpa, a taxa de estouro da solda diminuiu 76%. No entanto, o perfil de refluxo deve ser ajustado de forma síncrona e a temperatura de pico deve ser reduzida de 245°C para 242°C para evitar a fragilização do composto intermetálico.

O método de identificação rápida no local consiste em observar o estado da borda da pasta de solda no momento da liberação do estêncil. Se aparecerem rebarbas serrilhadas ou profundidade de depressão central >15μm, isso indica que o teor de umidade da PCB excedeu a linha de aviso. Neste momento, a linha deve ser interrompida imediatamente e o teor de umidade de três placas deve ser amostrado para inspeção. Use um analisador de umidade halógena Mettler Toledo HR83 para medição. Se o valor médio for >0,12% em peso, o cozimento de emergência deverá ser iniciado. É estritamente proibido estender diretamente o tempo de refluxo, pois o Apêndice B do J-STD-020D indica que horas extras na zona de retenção agravarão a oxidação das esferas de solda do chip IC, aumentando a probabilidade de soldagem a frio em 3,5 vezes.