Самое коварное свойство холодных паяных соединений состоит в том, что они не имеют явных дефектов: шарики припоя целые, выводы блестящие, контуры паяных соединений четкие. Даже под мощным микроскопом трудно увидеть явные пустоты. Однако, как только все устройство включается и работает, а температура начинает повышаться, микротрещины внутри паяного соединения неоднократно открываются и закрываются из-за теплового расширения и сжатия, вызывая периодические прерывания сигнала. Мы неоднократно воспроизводили это явление на линии JJY SMT. Та же материнская плата прошла все тесты при комнатной температуре, но после 24 часов старения при включении питания уровень потери пакетов интерфейса USB внезапно увеличился до 17%. После замены соответствующего разъема контакта неисправность исчезла. Анализ поперечного сечения подтвердил, что между контактом 3 и площадкой действительно имеется оксидный изолирующий слой толщиной 0,8 мкм.
Причины возникновения холодных паяных соединений никогда не являются одним фактором, а скорее совокупным результатом трех факторов: снижения активности паяльной пасты, смещения апертуры трафарета и недостаточной пиковой температуры оплавления. Например, если паяльная паста SN96.5AG3.0CU0.5, обычно используемая JJY, хранится более 6 месяцев, кислотное число флюса снижается на 22%. Даже если толщина печати соответствует стандарту, смачивающая сила уже потеряна на 35%. В настоящее время, даже если температурная кривая печи показывает пик 235°C, фактическая температура поверхности подушки может составлять только 221°C, что намного ниже эвтектической точки 227°C сплава серебро-медь. Припой не может полностью расплавиться и диффундировать, а после охлаждения образует только физическую стопку, а не металлургическую связь.
Однажды мы использовали рентгеновский снимок для выборочного сканирования 1200 BGA-устройств и обнаружили, что соединения холодной пайки были сосредоточены в 3-5-м рядах шариков припоя на краю печатной платы, в то время как уровень целостности в центральной области составлял 99,6%. Это напрямую связано с неравномерным распределением воздушного потока в печи оплавления. Если отклонение скорости ветра превышает 0,3 м/с, это приведет к задержке нагрева краевых паяных соединений, а время выше линии ликвидуса сократится до 0,8 секунды, что ниже 1,2–2,5 секунд, требуемых для окна процесса. Система азотной защиты, модернизированная JJY в прошлом году, снизила содержание кислорода до уровня ниже 100 PPM, а процент холодной пайки снизился с 0,18% до 0,04%. Однако обязательным условием является то, что натяжение трафарета должно поддерживаться на уровне 38 Н/см, в противном случае колебания давления ракеля приведут к тому, что дисперсия скорости переноса паяльной пасты превысит стандарт.
При оценке соединений холодной пайки на месте нельзя полагаться только на мультиметр для измерения непрерывности; должна быть применена динамическая нагрузка. Например, подайте импульсный ток силой 100 мА на контакт питания микроконтроллера и одновременно используйте инфракрасный тепловизор для регистрации градиента повышения температуры. Разница температур обычного паяного соединения составляет ≤1,2°C, тогда как в холодном паяном соединении в течение 200 мс образуется локальная горячая точка, и разница температур подскакивает выше 5,7°C. Этот метод был проверен в 37 партиях на паяльной станции JJY DIP с точностью позиционирования 94%, что в 4,3 раза быстрее, чем простое испытание летающим зондом. Ключевым моментом является то, что он обходит «слепую зону» AOI для распознавания дефектов интерфейса микронного уровня.
Ремонтную пайку нельзя просто оплавить в духовке. Сначала с помощью фена локально нагрейте подозрительное паяное соединение при температуре 280°C в течение 12 секунд, затем с помощью паяльника с заострением диаметром 0,3 мм нанесите небольшое количество не требующей очистки флюсовой пасты и, наконец, укрепите его припойной проволокой диаметром 0,15 мм. Весь процесс необходимо производить в среде азота, иначе на поверхности нового паяного соединения сразу же образуется новая оксидная пленка. JJY опробовал генераторы азота трех разных марок, и только один со стабильной скоростью потока 12 л/мин и точкой росы ≤ -40°C может гарантировать, что процент прохождения однократного ремонта пайкой превышает 91%.
