В ходе фактического устранения неполадок на производственной линии мы обнаружили, что при использовании одной и той же машины для пайки волной, одинаковой скорости цепи и температуры предварительного нагрева после замены стержней припоя SAC305 из разных партий уровень пустот в паяных соединениях увеличился с 8% до 22%. Основной причиной был не дрейф параметров процесса, а то, что измеренное содержание меди в этой партии припоев составляло 0,72%, что превышало стандартный диапазон 0,6±0,05%. Это привело к увеличению вязкости расплавленного припоя и увеличению сопротивления пузырьков вверх. Между тем, следы остаточных ионов хлорида в паяльных стержнях постоянно выделяют газ при высоких температурах, еще больше ухудшая морфологию пустот.
Металлургическая однородность припоев оказывает более непосредственное влияние на пустоты, чем теоретический состав. Однажды мы с помощью РФА протестировали три партии припоев с одинаковым внешним видом и обнаружили, что колебания содержания серебра в разных местах поперечного сечения одной партии достигали 0,04%. Эта микросегрегация повышает температуру плавления локальных участков и замедляет смачивание, поэтому водяной пар, образующийся в результате разложения флюса, не может быть выведен вовремя, в конечном итоге образуя концентрированные пустоты диаметром более 150 мкм в основании паяных соединений. Для другой партии припоев со стандартным отклонением распределения серебра менее 0,01% процент пустот оставался стабильным ниже 6% при тех же рабочих условиях.
Недостаточный контроль содержания кислорода в стержнях припоя также может привести к образованию пустот. При недостаточности защитной атмосферы при литье припоя в основной материал попадают включения оксида олова (SnO). Эти оксиды не могут быть полностью восстановлены флюсом на основе канифоли во время пайки волной и вместо этого становятся центрами зарождения пузырьков. Особенно в узком зазоре, где выводы QFP соприкасаются с контактными площадками печатной платы, частицы оксидов препятствуют растеканию припоя, задерживая пары азота и воды, образуя цепочечные кластеры пустот. Такие дефекты часто ошибочно принимают за соединения холодной пайки при AOI-контроле.
Мы сравнили характеристики пустот висмутсодержащих припоев и обычных припоев серии SAC. Припои с содержанием висмута 4,5% понижают температуру плавления до 216℃, но в конце затвердевания фаза висмута выделяется на границах зерен, нарушая сплошность металла. Это приводит к тому, что внутреннее напряжение не может быть равномерно снято во время охлаждения и усадки паяного соединения, а микропоры, которые изначально можно было залечить, растягиваются и расширяются, образуя эллиптические пустоты. Направление их длинной оси полностью соответствует направлению движения конвейера, что указывает на эффект связи между механическим напряжением и металлургическими дефектами.
Отчеты SGS, предоставляемые поставщиками паяльных стержней, не могут заменить быструю проверку входящего материала. Мы требуем, чтобы после поступления на завод каждой партии припоев проводилось испытание на поверхностное натяжение в расплавленном состоянии. Если данные измерений при 250 ℃ с использованием метода пластины Вильгельми ниже 480 мН/м, эта партия припоев имеет чрезвычайно высокий риск образования пустот в паяных соединениях при пайке волной. Потому что чрезмерно низкое поверхностное натяжение часто сопровождается аномальным добавлением активных элементов, таких как германий и никель. Хотя эти элементы улучшают скорость смачивания, они препятствуют слиянию пузырьков и динамическому процессу всплывания вверх.
