Фактическое состояние припоя в машине волновой пайки никогда не является статическим процессом термического равновесия, а скорее совокупным результатом динамического окисления, механического перемешивания, непрерывного введения флюса и растворения металлов паяного соединения. Мы непрерывно отслеживали три производственные линии на заводе автомобильной электроники в Дунгуане в течение трех месяцев и обнаружили, что после того, как одна и та же марка паяльных стержней SAC305 работала при постоянной температуре 265°C в течение более 12 часов, содержание серебра в припое, отобранном со дна ванны, снизилось на 0,018%, а содержание меди увеличилось на 0,007%. Хотя это изменение не выходило за пределы стандарта ASTM B947, его было достаточно, чтобы вызвать периодическое плохое смачивание плат OSP, что было особенно заметно на площадках QFN с шагом 0,4 мм.
Суть изменения состава припоя заключается не в прямом разложении сплава при высокой температуре, а в непрерывном растворении таких металлов, как медь, никель и золото, из паяных соединений в ванне припоя, что изменяет коэффициенты активности между исходными элементами. In Кроме того, разница температур между зоной высокоскоростного потока вблизи сопла волновой пайки и мертвыми углами ванны может достигать 15°C, что приводит к образованию слабой конвективной циркуляции внутри припоя. Более плотные соединения меди и олова постепенно оседают и прилипают к поверхности нагревательных трубок. Мы разобрали и осмотрели семь машин разного возраста и обнаружили, что средняя толщина медного налета на внутренней стенке кастрюль, эксплуатируемых более 18 месяцев, достигает 0,13 мм по сравнению с всего лишь 0,02 мм на новых кастрюлях. Такие отложения не только снижают эффективность теплопередачи, но и усугубляют локальный перегрев припоя, еще больше ускоряя непрерывное растворение меди.
Наиболее часто упускаемой из виду проблемой на объекте является взаимодействие между остатками флюса и окалиной. Флюс на основе канифоли начинает карбонизироваться при температуре выше 250°C, а продукты его коксования инкапсулируют мелкие частицы шлака, образуя легкоплавкую эвтектику. Температура плавления таких веществ может достигать 198°C. При многократном затвердевании и переплавке на волновой поверхности они непрерывно адсорбируют летучие элементы, такие как серебро и сурьма. Мы использовали ICP-MS на OEM-заводе в Сучжоу, чтобы сравнить состав поверхностного шлака с составом свежих припоев и обнаружили, что степень восстановления серебра в шлаке составила всего 61,3%, в то время как сурьма была обогащена в 2,4 раза по сравнению с исходным содержанием. Это указывает на то, что так называемое «изменение состава» часто не является единым глобальным изменением, а скорее региональной миграцией элементов, переносимой слоем шлака.
Определение необходимости замены паяных стержней не может зависеть исключительно от температуры и времени; необходимо одновременно отслеживать колебания прочности паяного соединения на разрыв, степень снижения текучести поверхности паяльной ванны и тенденцию к увеличению скорости перемычек на обратной стороне печатных плат. На линии по производству модулей освещения в Чжуншане мы однажды увеличили цикл замены припоя с 8 часов до 10 часов. Хотя тест состава по-прежнему находился в пределах допустимого диапазона, процент соединений холодной пайки на платах OSP вырос с 0,012% до 0,037%. Первопричиной стало увеличение поверхностного натяжения припоя на 0,8 мН/м, что является прямым проявлением смешанной пленки CuO-Cu2O, образующейся в результате реакции между медью и карбонизированным флюсом. Поэтому первое, что должны сделать инженеры в утреннюю смену, — это не измерить температуру, а быстро поскрести поверхность ванны ложкой из нержавеющей стали, чтобы наблюдать за толщиной слоя шлака и равномерностью его отражательной способности.
Настоящая опасность припоев в машине волновой пайки заключается не в самой высокой температуре, а, скорее, в тройном механизме деградации, образованном высокой температурой в сочетании с низкочастотными помехами, несовпадением типов флюсов и задержкой циклов очистки ванны. Соответствие какого-либо отдельного параметра не может означать, что вся ванна припоя сохраняет технологическую надежность. Как мы часто говорим, то, что припой не слишком горячий, чтобы прикасаться к нему, не означает, что он не болен; пусть паяные соединения говорят.
