Substituímos as barras de solda três vezes ao dia na linha de solda por onda, não porque o ponto de fusão seja insuficiente, mas porque a taxa de oxidação é muito rápida. Depois que a escória se acumula na câmara, ocorrem frequentemente picos e pontes nas juntas de solda. A causa raiz está no efeito sinérgico mal combinado de prata e cobre na composição da liga. A formulação Sn99.0Ag0.3Cu0.7 tem um filme de óxido de superfície significativamente mais contínuo do que Sn99.3Cu0.7 durante a soldagem por imersão dinâmica a 250°C. O primeiro mantém uma proporção de peso de escória estável a longo prazo entre 0,8% e 1,2%, enquanto o último frequentemente excede 2,5% com flutuações severas.
A prata não aumenta simplesmente o ponto de fusão; no estanho líquido, combina-se preferencialmente com o oxigênio para formar uma camada de passivação mista SnO-Ag?O. Esta estrutura tem densidade mais alta que o SnO puro, e medições reais mostram que sua taxa de permeação de oxigênio por unidade de área diminui aproximadamente 38%. O cobre, por outro lado, atua inibindo Sn?O? engrossamento de grãos. Se o teor de cobre estiver abaixo de 0,5%, a camada de óxido está sujeita a rachaduras; se exceder 0,9%, agrava a corrosão da câmara do forno. Portanto, 0,7% é o valor crítico que equilibra a resistência à oxidação e a vida útil do equipamento.
Alguns tentaram adicionar 0,05% de níquel para suprimir a formação de escória, apenas para descobrir aglomerados de microporos aparecendo na superfície da junta de solda. Sob um microscópio, o níquel segrega nas bordas da junta de solda para formar uma faixa enriquecida, fazendo com que o ângulo de molhamento aumente em mais de 12°. Da mesma forma, a adição de 0,02% de germânio pode refinar os grãos, mas os resíduos de Fluxo reagem com o germânio para formar GeO? partículas suspensas, triplicando a frequência de entupimento dos bicos. Essas mudanças aparentemente reduzem a escória, mas transferem o problema para a confiabilidade da soldagem.
A linha de produção usa placas de medição de temperatura de soldagem por refluxo para monitorar de forma síncrona o gradiente de temperatura na superfície do banho de solda. Verificou-se que quando o tempo de permanência da mesma barra de solda em diferentes zonas de temperatura difere em mais de 15 segundos, a frequência de ruptura da casca das barras de solda contendo prata é metade daquela das barras de solda sem prata. Isto indica que a prata não só afeta a estabilidade química, mas também melhora a uniformidade da distribuição do estresse térmico. No entanto, isso não significa que mais prata seja melhor. Quando Ag atinge 0,5%, a espessura da camada IMC da junta de solda cresce muito rapidamente e a taxa de fissuração em testes de choque térmico a -40°C aumenta em 27%.
As flutuações entre os lotes de barras de solda geralmente resultam de impurezas da fonte de cobre. Se o pó de cobre eletrolítico contiver mais de 0,005% de ferro, ele catalisa a transformação de SnO? de uma fase amorfa para uma fase cristalina, fazendo com que a camada de óxido perca ductilidade. Certa vez, descartamos dois lotes consecutivos de PCBA devido a esse problema. Posteriormente, mudamos para pó de cobre atomizado e aumentamos as inspeções de amostragem por EDS para cada lote recebido, o que reduziu o incremento médio diário de escória de 1,8 kg para menos de 0,9 kg.
