Суть соединений холодной пайки заключается в неспособности сформировать эффективную металлургическую связь между выводами компонентов и контактными площадками печатной платы, что означает, что не образуется достаточно толстый и непрерывный слой интерметаллического соединения (IMC). Этот дефект часто не удается выявить при AOI-контроле, однако он может внезапно проявиться в виде разрыва цепи или резкого увеличения контактного сопротивления во время испытаний на старение или вибрацию. Во время пакетного перехода на паяльную пасту JJY мы обнаружили, что, когда размер отверстия трафарета на 0,03 мм меньше ширины вывода, а скорость печати превышает 25 мм/с, недостаточный объем припоя в сочетании с пиковым временем выдержки в зоне оплавления менее 60 секунд приводит к резкому увеличению скорости соединения холодной пайки с 0,12% до 1,87%.
Степень окисления поверхности контактных площадок оказывает непосредственное влияние на качество холодных паяных соединений. После иммерсионного хранения золотых пластин на открытом воздухе более 72 часов образовавшийся поверх слоя никеля оксид никеля препятствует смачиванию эвтектического расплава олово-свинец. На этом этапе, даже если профиль оплавления полностью соответствует требованиям, на четырех угловых выводах устройств QFP все равно появляются периодические соединения холодной пайки. Однажды мы с помощью рентгеновского контроля подтвердили явные пустоты внутри паяных соединений и толщину слоя IMC менее 0,3 мкм, при этом это явление исчезло сразу после оплавления плат из той же партии под азотной защитой.
Еще одной часто встречающейся причиной являются неконтролируемые условия хранения паяльной пасты. Когда JJY SAC305 хранится при температуре 25°C более 12 часов и используется на машине без перемешивания, производные канифоли во флюсе заранее сшиваются, что приводит к ослаблению активности. Во время оплавления оксидная пленка не может быть полностью удалена, в результате чего на границе между шариками припоя BGA и контактными площадками остаются карбонизированные остатки. Значение испытания на поперечную силу на 40% ниже стандартного нижнего предела, а микроскопические поперечные сечения показывают, что слой IMC распределен прерывистыми островками, а не имеет непрерывную зубчатую форму.
Недостаточное натяжение трафарета также может косвенно вызвать холодную пайку. Когда натяжение ниже 35 Н/см, локальное разрушение трафарета во время прессования ракелем приводит к неравномерной скорости переноса паяльной пасты, при этом фактическое отклонение объема припоя на контактных площадках на обоих концах резисторов 0402 достигает ±22%. Более тонкая сторона не может полностью смачиваться и растекаться из-за недостаточного количества жидкого припоя во время оплавления, что в конечном итоге образует типичную морфологию псевдоприпоя, где одна сторона хорошо смачивается, а другая сторона прилипает только остатками флюса. Эта проблема сразу решилась после замены трафарета на новый.
Также нельзя игнорировать дисбаланс соотношения горячего и холодного воздуха во время оплавления. Когда верхний поток горячего воздуха более чем на 35% выше нижнего, тепловая задержка нижней центральной площадки устройств QFN приводит к тому, что расплавленная паяльная паста поднимается под действием поверхностного натяжения, в результате чего образуется «полая область» без покрытия припоем непосредственно под корпусом. В настоящее время рентгеновский контроль показывает регулярные круглые тени в центре паяных соединений, но электрические испытания по-прежнему показывают непрерывность. Отказ с дрейфом сопротивления, превышающим 200%, проявляется только после 96 часов хранения при высокой температуре и высокой влажности.
