В течение трех дней подряд на производственной линии мы наблюдали, как уровень пустот в паяных соединениях одной и той же модели устройства BGA внезапно подскочил с 8% до 23%. Устранив все параметры и установив их в норме, мы открыли банку с паяльной пастой, взяли пробу и отправили на тестирование. Результаты показали, что измеренное содержание серебра в этой партии легированной паяльной пасты составило 3,02% по массе, что было ниже нижнего предела номинального значения 3,05±0,03% по массе, тогда как содержание меди достигло 0,71% по массе, превысив верхний предел 0,69±0,02%. Этот небольшой, но совокупный сдвиг в составе повысил температуру ликвидуса на 1,8°C, непосредственно сузив окно пиковых температур оплавления, увеличив поверхностное натяжение расплавленной паяльной пасты и уменьшив ее смачивающую и растекающуюся способность.
Более скрытая проблема возникла в процессе хранения паяльной пасты. Поставщик смешал паяльные пасты из разных партий печи на одном поддоне для отправки. Хотя каждая банка была независимо маркирована номером партии, на складе не было реализовано принцип «первым поступило — первым отправлено» (FIFO) или физическая изоляция, что привело к непреднамеренному смешиванию двух партий паяльной пасты с содержанием серебра 3,01% по весу и 3,07% по весу во время переключения производственной линии. В результате после печати по краям отверстий трафарета появлялись прерывистые нанизывания. Под микроскопом была видна неоднородная морфология остатков флюса, а фронт смачивания некоторых площадок застаивался на краю медной поверхности. Это указывает на то, что колебания состава сплава не только влияют на температуру плавления, но и изменяют последовательность выделения легкоплавких жидких фаз на пути тройного эвтектического фазового превращения Sn-Ag-Cu.
Однажды мы проводили сравнительные испытания паяльных паст из сплавов пяти основных производителей. При одном и том же профиле оплавления (пиковая температура 235°C, время выше ликвидуса 65 секунд) партии с отклонениями содержания серебра, превышающими ±0,04% по весу, имели стандартное отклонение усилия сдвига паяного соединения, увеличенное до 1,9Н, в то время как партии, контролируемые в пределах ±0,02% по весу, имели стандартное отклонение только 0,7Н. Это означает, что стабильность качества паяльной пасты не может быть гарантирована однократным прохождением контроля; вместо этого колебания состава сплава должны учитываться в SPC-контроле. Еженедельно следует отбирать пробы как минимум из трех банок поступающей паяльной пасты, при этом на каждую банку проверяются три точки. В случае возникновения аномалий в данных партию необходимо немедленно заморозить и отследить записи о плавке на предшествующем этапе.
In нельзя полагаться исключительно на отчет сертификата подлинности поставщика, поскольку в большинстве отчетов указывается только «соответствие J-STD-005» без перечисления измеренных значений. Мы должны использовать оборудование XRF для повторного тестирования на месте, уделяя особое внимание тому, сохраняется ли соотношение Ag/Cu в диапазоне 4,4–4,6. Любое отклонение требует одновременной проверки изменений вязкости паяльной пасты, поскольку увеличение содержания меди на 0,01% по массе часто сопровождается увеличением вязкости на 150 Па·с, что усугубляет отставание от ракеля. Особенно при работе с трафаретами толщиной более 1,0 мил, колебания оставшегося объема припоя напрямую вызывают ошибки в объеме паяльной пасты, превышающие ± 18%.
Однажды клиент пожаловался на пайку на устройстве LGA с шагом 0,35 мм. Мы остановили линию для разборки и проверки и обнаружили, что проблема была не в трафарете или параметрах печати, а в том, что использованная во время этой смены паяльная паста из сплава подвергалась воздействию прямых солнечных лучей в течение двух часов во время транспортировки. Утолщенный оксидный слой на порошке припоя делал активность флюса относительно чрезмерной, что приводило к резкому падению поверхностного натяжения при плавлении и вызывало разрушение и слияние паяльной пасты между соседними контактными площадками. Эта чувствительность к термической истории, обусловленная стабильностью состава, точно выявляет часто упускаемую из виду «слепую зону» контроля температуры в логистике при управлении качеством паяльной пасты.
