Процесс непрерывной подачи припойной проволоки на автоматических паяльных машинах сильно зависит от ее показателя прочности на разрыв. Когда прочность на разрыв ниже 120 МПа, небольшое проскальзывание между подающим и прижимным колесами приведет к периодическому разрыву проволоки. Особенно при высокоскоростной подаче припойной проволоки диаметром 0,3 мм частота обрывов проволоки резко возрастает с одного раза каждые 8 часов до более чем 3 раз каждые 2 часа. Если удлинение ниже 25%, сварщики, очевидно, почувствуют, что припойная проволока хрупкая и ее трудно растягивать во время операции протаскивания олова, а на конце паяного соединения легко образуются острые заусенцы, которые чрезвычайно склонны к перекрытию дефектов при пайке волновой пайкой двух панелей.
Однажды мы столкнулись с чередой виртуальных проблем с пайкой на производственной линии автомобильного блока управления двигателем. В ходе расследования выяснилось, что дело не в температуре или флюсе, а измеренная прочность на разрыв новой партии припоя составила всего 108 МПа, что на 9 % ниже номинального значения, а степень удлинения упала до 21 %. В результате в автоматической паяльной головке произошло 3 перерыва в подаче проволоки после 45 минут непрерывной работы. После каждого перезапуска первые три паяных соединения имели плохое смачивание, и припой не полностью растекался под микроскопом. Это показывает, что недостаточная прочность на разрыв не только влияет на механическую непрерывность, но и косвенно нарушает условия термодинамического равновесия для формирования паяного соединения из-за дрожания подачи проволоки.
В сценариях ручной пайки In влияние удлинения на производительность пайки более интуитивно понятно. Когда удлинение припоя находится в диапазоне от 30% до 35%, припой может естественным образом образовывать однородную жидкую пленку во время процесса протягивания жала паяльника, а паяные соединения становятся круглыми и полными. Как только удлинение падает ниже 28%, текучесть припоя резко падает при той же температуре паяльника, и необходимо повысить температуру или увеличить время пребывания до полного смачивания. Однако это увеличивает риск окисления медной фольги на контактных площадках печатной платы и термического повреждения компонентов, особенно для чувствительных к температуре устройств, таких как корпусные резисторы и конденсаторы 0402.
Прочность на разрыв и удлинение припоя также ограничивают экономичное применение серебросодержащей припоя. Например, если предел прочности припоя Sn96.5Ag3.0Cu0.5 достигает 145 МПа, а удлинение остается стабильным на уровне 32 %, стоимость перехода на альтернативу со снижением содержания серебра может быть снижена без ущерба для надежности подачи. Однако если для достижения высокого удлинения проводится чрезмерный отжиг, предел прочности на разрыв может упасть ниже 115 МПа, что вместо этого удваивает интенсивность отказов автоматической линии. В настоящее время так называемая «хорошая пайка» является лишь иллюзией, а реальная совокупная стоимость вместо этого возрастает.
При выборе материалов для производственной линии мы не можем смотреть только на данные о прочности на разрыв в одной точке, предоставленные поставщиками. Нам необходимо получить измеренные кривые прочности на разрыв и удлинения для трех распространенных диаметров: 0,5 мм, 0,8 мм и 1,2 мм из одной партии. Поскольку разница в скорости деформации в процессе холодного волочения приводит к тому, что удлинение припойной проволоки малого диаметра обычно на 3–5 процентных пунктов ниже, чем у припойной проволоки крупного диаметра. Если для оценки характеристик 0,5 мм используются данные только 1,2 мм, очень легко столкнуться с проблемами высокочастотного обрыва провода на ранней стадии внедрения. Это горький опыт, который мы неоднократно проверяли на пяти линиях SMT за последние три года.
