Когда припой подвергается повторяющимся циклам нагрева и затвердевания, его металлургическая целостность постепенно ухудшается из-за необратимого разделения фаз, ускоренного Sn укрупнения зерна и постоянного захвата остатков флюса, особенно когда скорости охлаждения между циклами непостоянны или влажность окружающей среды не контролируется во время затвердевания. Первый цикл плавления инициирует эвтектический распад, второй увеличивает расстояние между дендритными плечами до 18%, а к третьему циклу измеримое увеличение толщины интерметаллида Cu6Sn5 происходит даже при одинаковых профилях пиковых температур, и все это ухудшает механическую податливость во время термоциклирования в развернутых печатных платах.
Термическая история напрямую влияет на поглощение кислорода во время каждой плавки, а поскольку поверхностные оксидные слои не полностью растворяются при повторном нагревании, остаточные SnO и SnO2 накапливаются при каждом многократном плавлении, уменьшая эффективный объем припоя, доступный для смачивания, и увеличивая выход шлака в среднем на 0,7% за цикл после начального плавления. Это накопление оксидов также изменяет динамику поверхностного натяжения, вызывая неравномерное растекание на медных контактных площадках, обработанных OSP, и повышая риск возникновения дефектов «головка в подушке» во время оплавления, особенно для корпусов QFN с мелким шагом, где запасы по объему паяльной пасты уже ограничены.
Диффузия по границам зерен усиливается с каждым затвердеванием, способствуя локализованной сегрегации Bi или Ag, если они присутствуют в вариантах сплава, таких как SAC305 или Sn96.5Ag3.0Cu0.5, и это неравномерное распределение проявляется в виде кластеров микропустот вблизи межфазных областей после трех или более плавок, снижая среднюю прочность на сдвиг на 12–15 МПа по сравнению с исходным материалом, испытанным в идентичных условиях. Условия IPC-J-STD-006B. Важно отметить, что эти изменения невозможно обнаружить с помощью обычного визуального осмотра или обычного рентгенофлуоресцентного анализа, что требует металлографического поперечного сечения или EBSD-картирования для подтверждения, однако большинство производственных линий не имеют таких возможностей и вместо этого полагаются на эмпирическое наблюдение за технологическим отклонением.
Повторная обработка припоя без изменения соотношения добавления флюса приводит к чрезмерному удерживанию галогенидов, особенно при использовании активаторов на основе канифоли, а накопленные ионы хлорида из предыдущих расплавов синергетически взаимодействуют с вновь введенными компонентами флюса, ускоряя инициирование коррозии на краях паяных соединений во время хранения при высокой влажности или испытаний на смещение. Одна партия, подвергнутая четырем последовательным плавкам, показала на 40% более высокий ток электрохимической миграции при напряжении смещения 85°C и относительной влажности 85%, чем базовый уровень, подтверждая, что многократная плавка фундаментально изменяет электрохимическую стабильность независимо от состава сплава.
Вязкость материала заметно меняется после второй плавки из-за изменения распределения частиц по размерам в переплавленных слитках, что увеличивает сопротивление накачке в автоматизированных системах подачи припойных стержней до 22% и вызывает периодические сбои в экструзии, если настройки крутящего момента мотор-редуктора не откалиброваны вручную. Этот эффект усугубляется, когда переработанный припой смешивается с первичным сырьем, поскольку несоответствие плотности вызывает расслоение в расплавленных резервуарах, что приводит к неравномерной подаче сплава к соплам припоя волной и повышенным показателям перемычки на разъемах с шагом 0,5 мм.
Условия хранения между расплавами критически модулируют скорость разложения, а воздействие окружающего воздуха в течение более 90 минут после затвердевания перед следующим тепловым циклом повышает содержание оксидов в 3,2 раза по сравнению с обработкой с азотной защитой, в то время как повторяющийся термический удар от быстрой закалки в водяной бане приводит к появлению подповерхностных микротрещин, которые распространяются во время последующего оплавления, еще больше снижая усталостную долговечность. Не существует стандартизованного отраслевого порога для максимально допустимого количества многократных плавок, но внутренний анализ отказов двенадцати поставщиков EMS уровня 1 показывает, что частота отказов соединений резко возрастает после трех полных циклов повторной плавки, особенно в автомобильной и аэрокосмической промышленности, требующей> 10 000 термических циклов.
