Если продолжительность зоны выдержки составляет менее 60 секунд, большинство бессвинцовых паяльных паст не могут обеспечить достаточную активацию флюса и разложение органического носителя, что приводит к появлению белых пятен на поверхности паяного соединения, углу смачивания более 45 градусов и увеличению частоты ложных срабатываний AOI более чем на 30%. На объекте заказчика автомобильных плат в Дунгуане мы однажды сократили зону выдержки с 90 до 55 секунд, что привело к последовательным односторонним соединениям холодной пайки на компонентах QFN в трех партиях. Когда зона выдержки превышает 120 секунд, толщина IMC-слоя паяльной пасты серии SnAgCu преодолевает критическое значение 3,5 мкм. Рентгеновский контроль показывает, что доля пустот в нижней части паяных соединений BGA возрастает с 8% до 22%. Между тем, часто происходит почернение выводов резистора 0402, что напрямую связано с карбонизацией канифольной смолы в паяльной пасте при длительно высокой температуре.
Окно адаптации зоны замачивания одной и той же паяльной пасты существенно различается на двухсторонних платах FR-4 и многослойных платах с высоким ТГ. Первый может стабильно работать в диапазоне от 75 до 105 секунд, а второй должен быть продлен до 85-115 секунд, чтобы обеспечить равномерное плавление паяных соединений в центральной части BGA. Это связано с тем, что толстые слои меди и заглубленные медные конструкции вызывают задержку теплопроводности примерно на 12–18 секунд. Однажды мы использовали термопару типа К, чтобы измерить, что температура в конце зоны выдержки на ВЕРХНЕЙ стороне 12-слойной плиты была на 14 ℃ ниже, чем на НИЖНЕЙ стороне. Если в это время продолжительность зоны замачивания установлена традиционно, неизбежно возникнут холодные паяные соединения на НИЖНЕЙ стороне паяльной пасты. Различные марки паяльных паст также имеют совершенно разную чувствительность к зоне замачивания. Серия Senju M705 работает стабильно в течение 90±5 секунд, а если KESTREL 4413 отклоняется от диапазона 85–95 секунд, стандартное отклонение сдвига паяного соединения увеличивается с 8,2 Н до 13,7 Н, что указывает на то, что распределение частиц металлического порошка по размерам и кривая испарения флюса предъявляют более высокие требования к точности времени.
При каждом увеличении скорости конвейера на 0,1 м/мин эффективная продолжительность зоны выдержки фактически сокращается примерно на 7 секунд. Это означает, что когда производственная линия регулирует скорость конвейера с 1,0 до 1,2 м/мин для повышения эффективности, первоначально установленная 95-секундная зона выдержки эквивалентна оставшейся всего лишь 81 секунде. Для компенсации мощность зоны нагрева должна повышаться синхронно; в противном случае вероятность образования натяжек и перемычек в паяном соединении увеличится. В защитной атмосфере азота зона выдержки может быть соответствующим образом сокращена на 5–8 секунд, поскольку эффект ингибирования окисления флюса усиливается, когда концентрация кислорода ниже 100 PPM. Однако если чистота азота колеблется выше 500 PPM, недостаточное локальное восстановление приведет к тому, что соединения паяльной пасты станут серыми, что особенно заметно на старых производственных линиях, использующих бытовые генераторы азота.
Мы проверили морфологию поперечного сечения паяных соединений на одной и той же печатной плате при продолжительности зоны выдержки 85 секунд и 105 секунд. Слой IMC в первом имеет непрерывную форму гребешка с одинаковой толщиной, тогда как второй имеет неровные выступы и локальные отколы, что указывает на то, что чрезмерное время выдержки нарушило стабильность фазы Cu6Sn5. Результаты испытаний паяльной пасты на сдвиг припоя на сдвиг также подтверждают это: среднее значение для 105-секундной группы на 11,3% ниже, чем для 85-секундной группы, а характер разрушения смещается от объемного разрушения припоя к межфазному отслоению. Это изменение еще более выражено на контактах разъема с покрытием Ni.
