Плавка припоя высокой чистоты требует строгого исключения кислорода воздуха во время плавки, непрерывной окутывания инертным газом азотом или аргоном при температуре точки росы ниже -40°C, а также использования материалов тигля, устойчивых к химическому выщелачиванию, таких как высокочистый графит или плавленый кварц, поскольку даже незначительное проникновение кислорода при концентрации выше 50 PPM способствует образованию SnO₂, что ухудшает характеристики смачивания и увеличивает выход окалины при пайке волной.
Необработанное сырье сплава должно пройти предварительную проверку с помощью РФА-спектроскопии для подтверждения состава основного металла с допуском ±0,15 мас.% с последующей ультразвуковой очисткой в безводном изопропаноле для удаления поверхностных углеводородов и остатков твердых частиц, поскольку остаточные органические вещества улетучиваются во время нагрева и создают микропористость в затвердевшем слитке, а также мешают активации флюса во время последующих циклов оплавления.
Плавка происходит в вакуумной индукционной печи, работающей при давлении 10⁻³Па или выше, где исходная шихта постепенно нагревается от температуры окружающей среды до 300°C в течение 45 минут, чтобы избежать термического растрескивания хрупких интерметаллических фаз, а затем постепенно повышается до 580°C со скоростью 15°C/мин для полного разжижения матрицы Sn–Ag–Cu без превышения эвтектической пиковой температуры 217°C на более чем 60°C, так как чрезмерный перегрев ускоряет эрозию тигля и вносит в расплав тугоплавкие частицы.
Во время выдерживания при пиковой температуре электромагнитное перемешивание работает непрерывно с частотой 25 Гц для гомогенизации распределения растворенного вещества и подавления дендритной сегрегации, а вращающаяся графитовая фурма впрыскивает гранулы алюминия высокой чистоты с концентрацией 0,02% по весу для уменьшения количества растворенных оксидов за счет реакций раскисления, которые образуют плавучие кластеры Al₂O₃, которые затем механически снимаются с поверхности расплава перед началом литья.
Литье происходит в ламинарном потоке аргона в водоохлаждаемые медные формы с внутренними охлаждающими пластинами, установленными на температуру 15°C, что обеспечивает направленное затвердевание снизу вверх, чтобы вытолкнуть остаточные примеси к коронке слитка, где они позже удаляются прецизионной торцовой обработкой на глубину 8 мм на 300 мм длины, поскольку неметаллические включения, сконцентрированные вблизи поверхности, серьезно ухудшают реологию паяльной пасты и свойства отделения трафарета при печати с мелким шагом.
Каждый отлитый стержень подвергается периодическому отбору проб для анализа GDMS, чтобы убедиться, что общее содержание металлических примесей остается ниже 8 частей на миллион для таких элементов, как Fe, Ni, Zn и Pb, а дифференциальная сканирующая калориметрия подтверждает, что температуры солидуса и ликвидуса отклоняются не более чем на ± 0,8 ° C от номинальных значений, поскольку сдвиги теплового гистерезиса за пределы этого диапазона указывают на необнаруженную фазовую сегрегацию или эвтектическую депрессию, вызванную загрязнением.
В окончательной упаковке используются двухслойные пакеты из алюминиевого ламината с вакуумной запайкой и пакетами, поглощающими кислород, с рейтингом <0>.
Валидация процесса требует еженедельной калибровки термопар по стандартам ITS-90 с использованием галлиевой ячейки с фиксированной точкой при температуре 29,7646°C, регистрации температуры плавления в режиме реального времени с частотой дискретизации 100 Гц и перекрестной проверки чистоты атмосферы печи с помощью встроенных парамагнитных анализаторов O₂ с пределами обнаружения 1 PPM, поскольку неисправленный дрейф датчика или задержка калибровки напрямую ставят под угрозу повторяемость критического окна 217–220°C, где Кинетика интерметаллического роста доминирует над надежностью соединения.
Операторы должны носить безворсовые нитриловые перчатки на всех этапах работы после литья, избегать контакта с инструментами из нержавеющей стали, если они не пассивированы в соответствии с ASTM A967, и хранить готовые прутки в помещениях с климат-контролем при температуре 22 ± 2 ° C и относительной влажности 45 ± 5%, поскольку отпечатки солей и остатки хлоридов вызывают локальную коррозию на открытых поверхностях Sn и ускоряют межкристаллитное окисление во время длительного хранения до подачи на линию SMT.
