Чернение паяного соединения паяльной проволокой ни в коем случае не является выбором «или-или» на производстве. Мы разобрали сотни почерневших соединений и обнаружили, что одна и та же катушка с паяльной проволокой дает яркие, блестящие соединения на линии А, но в то же время серые, тусклые соединения на линии Б. Это указывает на то, что проблема связана не с самой партией паяльной проволоки, а, скорее, с несоответствием между логикой контроля температуры производственной линии и окном активности паяльной проволоки. Например, когда припой диаметром 0,8 мм находится на жалом паяльника, нагретом до 320°C, более 2,5 секунд, пленка флюса на основе карбонизированной канифоли образует необратимое коричнево-черное покрытие на поверхности соединения. Напротив, при переходе на припой, содержащий активаторы органических кислот, даже при повышении температуры до 340°C соединение все равно сохраняет серебристо-белый металлический блеск до тех пор, пока смачивание завершается в течение 1,8 секунды.
Многие инженеры немедленно заменяют припой, как только видят почернение, но через три дня обнаруживают, что новая партия снова начинает желтеть. Настоящая основная причина часто заключается в том, что температура ванны волновой пайки поддерживается на уровне 265°C в течение длительного времени без защиты от азота, в результате чего свободные ионы хлорида в расплавленном припое постоянно катализируют реакции окисления. В этом случае даже переход на малогалогенную припойную проволоку не поможет, так как остатки ее флюса ускорят разложение на темные комплексы в высокотемпературных, богатых кислородом условиях. Наши измерения на заводе в Дунгуане показали, что, когда скорость потока азота в ванночке для пайки падает ниже 15 л/мин, частота появления черных пятен на стыках возрастает с 7% до 34%. Вместо этого переход на безгалогеновую припойную проволоку ухудшает плохое смачивание из-за недостаточной активности, вызывая распространение черных пятен из локальных участков на всю плату.
Более тонкие проблемы скрываются на этапе хранения припоя. Когда влажность в цеху поддерживается на уровне выше 65% относительной влажности в течение всего года, следы влаги, попавшие на поверхность припоя, мгновенно испаряются во время пайки и разрывают пленку флюса, подвергая медную подложку воздействию высокотемпературного воздуха и вызывая окислительное почернение. Это явление особенно заметно во время зимней пайки устройств, чувствительных к электростатическому заряду, поскольку операторы часто размещают припой непосредственно рядом с радиаторами для запекания. Хотя поверхность кажется сухой, внутренний флюс на самом деле претерпел термическую деградацию, при этом активность упала более чем на 30%, что в конечном итоге проявляется в виде паутинных серо-черных ореолов на краях стыков.
Решение должно основываться на перекрестном анализе под микроскопом. Если почернение ограничивается слоем окалины на верхней части шва и легко стирается ватной палочкой из IPA, то, скорее всего, это карбонизированный остаток флюса. Если черный слой проникает глубоко в тело соединения и сцепляется с медной прокладкой зубчатым узором, это вызвано аномальным утолщением интерметаллического соединения медь-олово (IMC). На этом этапе замена припоя не имеет смысла; сначала необходимо проверить, составляет ли толщина печатной платы методом химического никелирования иммерсионного золота менее 0,05 мкм, истек ли срок действия пленки OSP, или отрегулировать градиент температуры предварительного нагрева так, чтобы площадка достигла температуры выше 120 ° C, прежде чем контактировать с волной припоя, чтобы удалить межфазную влагу.
Мы настаиваем на подготовке трех наборов сравнительных образцов припоя для каждой партии припоя перед отправкой в эксплуатацию, паяя на одной и той же тестовой плате FR-4 с фиксированным временем выдержки 1,5 секунды при 300°C, 320°C и 340°C соответственно. Рентгеновское сканирование используется для подтверждения уровня остатков галогенов в соединениях. Как только площадь черных пятен в группе 320°C превышает 12% от площади одной контактной площадки, партию немедленно выводят из эксплуатации и отслеживают отклонение в соотношении добавок антиоксидантов в процессе плавки, поскольку между значением активности припойной проволоки на момент выпуска на заводе и фактическими условиями работы на производственной линии существует существенная зависимость функции затухания.
