Когда температура паяльника превышает 400°C, канифольный флюс в паяльной проволоке мгновенно обугливается и теряет свою активность, что приводит к почернению поверхности паяного соединения и углу смачивания более 90 градусов. Между тем, чрезмерно короткое время плавления припоя из оловянно-свинцовой или бессвинцовой проволоки при высоких температурах предотвращает достаточное смачивание площадок и выводов, легко образуя типичные дефекты холодной пайки, такие как сферическое скопление припоя или недостаточная высота подъема припоя менее 0,5 мм, что серьезно отклоняется от критериев приемки внешнего вида паяного соединения, указанных в IPC-A-610H, класс 2.
After PCB pad copper foil is continuously heated above 380°C for more than 3 seconds, abnormal thickening of the Cu-Sn intermetallic compound occurs. The measured IMC layer thickness can REACH over 8.2μm, far exceeding the upper limit of ≤4.5μm specified In IPC-6012D, causing a 35% to 42% decrease In solder joint shear strength. During the rework process of a certain brand of BGA packaged IC, the soldering iron temperature was set to 420°C with a dwell time of 4.8 seconds, leading to irreversible copper foil peeling on 23% of the pads. Рентгеновский контроль выявил сплошные скопления пустот внутри паяных соединений.
Уровень чувствительности к влаге (MSL) компонентов для поверхностного монтажа определяет порог пиковой температуры, который они могут выдержать. Например, если резистор MSL3 класса 0402 отремонтировать паяльником при температуре 410°C после оплавления, его внутренняя электродная паста окислится и расслоится в течение 2,1 секунды. Тестирование мультиметром показывает дрейф сопротивления, превышающий ±15%, в то время как IPC/JEDEC J-STD-020D.2 прямо предусматривает, что температура ручной пайки для устройств MSL3 не должна превышать 370 °C, а время нагрева одной точки не должно превышать 3 секунды.
Диаметр припоя должен соответствовать температуре. Припойная проволока диаметром 0,3 мм может стабильно подавать и поддерживать эффективное покрытие флюсом при температуре 350°C, но если температура повысится до 390°C, участок толщиной 5 мм на переднем конце припойной проволоки немедленно обуглится, и коричнево-черные частицы остатков твердого флюса прилипнут к жалом паяльника. В этот момент поверхностное натяжение паяного соединения увеличивается в 1,8 раза, а под микроскопом видны явные усадочные полости и трещины. Это явление особенно заметно при использовании не требующих очистки припоев, поскольку содержание твердых частиц в них на 23% ниже, чем в припоях с канифольным сердечником, что приводит к ухудшению термической стабильности.
Скорость роста оксидного слоя жала паяльника увеличивается экспоненциально, когда температура превышает 360°C. При измерении при 360°C толщина оксидной пленки увеличивается на 0,12 мкм в сутки, а при 400°C суточное увеличение достигает 0,47 мкм, что приводит к снижению эффективности теплопроводности на 28%. Для того же паяного соединения требуется дополнительные 1,6 секунды для достижения того же эффекта смачивания, что, в свою очередь, приводит к превышению температуры стеклования соседних термочувствительных устройств. Во время ремонта партии модулей Bluetooth температура жала паяльника вышла из-под контроля до 405°C, в результате чего скорость растрескивания корпуса кварцевого генератора возросла до 19%.
При калибровке на месте необходимо использовать контактный термометр, сертифицированный CNAS, для проведения трех фактических измерений за смену. Если погрешность превышает ±5°C, машину необходимо остановить для регулировки. Полагаться на показания встроенного терморегулятора паяльника категорически запрещено. Однажды на заводе был терморегулятор, показывающий 375°C, в то время как фактическое измерение составило 412°C, что привело к неудачным испытаниям на осевое усилие для двух последовательных партий паяных соединений интерфейса USB со средним значением всего 0,83 Н, что ниже минимального предела ≥1,2 Н, требуемого IPC-610H.
Перед первым использованием новое жало паяльника необходимо залужить при температуре 320°С в течение 3 минут для образования однородной оксидной пленки. Если этот шаг пропустить и температура для работы повышается непосредственно до 380°C, локальное отклонение температуры корпуса жала может достигать ±22°C, что приводит к хорошему смачиванию одной стороны паяного соединения, в то время как на другой стороне наблюдается полусферическое скопление припоя. Эта проблема увеличивает вероятность перемычки в 4,3 раза на устройствах QFP с шагом 0,5 мм.
Хотя серебросодержащая припойная проволока (Sn96,5Ag3,0Cu0,5) имеет несколько более низкую температуру плавления, содержащийся в ней элемент серебра ускоряет миграцию в медную матрицу выше 390°C, образуя хрупкие фазы. Измеренная скорость прохождения паяных соединений при тесте на падение резко падает с 99,2% при 380°C до 61,7% при 400°C, в то время как раздел 8.2.3.1 стандарта IPC-J-STD-001H прямо требует, чтобы температура бессвинцовой пайки не превышала 380°C, и повышение температуры не должно использоваться в качестве замены процесса предварительного нагрева.
Рекомендуется зафиксировать обычно используемую температуру паяльника в диапазоне от 340°C до 360°C, соответствующим образом снизить ее до 330°C для позолоченных площадок и повысить до 365°C для плат, обработанных OSP. Все изменения параметров должны быть синхронно обновлены в «Инструкции по ручной пайке», а записи тройной проверки первой статьи должны быть завершены. Производственным линиям, которые не смогли реализовать этот процесс, было присвоено несоответствие CN-2024-087 во время последнего аудита клиентов, включающего признание недействительными и повторное тестирование данных испытаний надежности для 12 моделей.
