Fe อิทธิพลของสิ่งเจือปนสำหรับโลหะผสมลวดบัดกรี

การมีอยู่ของสารเจือปน Fe ในระบบโลหะผสมลวดบัดกรี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสูตร Sn-Ag-Cu, Sn-Cu และ Sn-Pb ทำให้เกิดภาวะแทรกซ้อนทางโลหะวิทยาอย่างลึกซึ้ง เนื่องจาก Fe มีความสามารถในการละลายต่ำมากในดีบุกหลอมเหลว โดยทั่วไปจะต่ำกว่า 0.005% โดยน้ำหนักที่ 250°C และส่วนเกินใดๆ อย่างรวดเร็วจะทำให้สารประกอบระหว่างโลหะ FeSn2 ที่เสถียรเกิดนิวเคลียสอย่างรวดเร็วในระหว่างการแข็งตัว ซึ่งจากนั้นจะแยกส่วน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ขอบเขตเกรนและส่วนต่อประสานเฟส ซึ่งจะทำให้ทั้งการยึดเกาะเป็นกลุ่มและการยึดเกาะระหว่างพื้นผิวกับแผ่นทองแดงลดลง เมื่อเนื้อหา Fe เพิ่มขึ้นจาก 0.002 % โดยน้ำหนักเป็น 0.02 % โดยน้ำหนัก ขนาดอนุภาค FeSn2 โดยเฉลี่ยจะเพิ่มขึ้นจากคลัสเตอร์ซับไมครอนเป็นเกล็ดเลือดเหลี่ยมเพชรพลอย 2–5 μm ซึ่งช่วยลดการยืดตัวของแรงดึงได้อย่างมาก 22–35% ในชุดทดสอบหลายชุด ในขณะที่ยังคงความแข็งแรงของผลผลิตที่ใกล้คงที่ ซึ่งบ่งชี้ถึงการเปราะมากกว่าที่จะอ่อนตัวลง การหยาบของ FeSn2 ยังขัดขวางการเคลื่อนที่ของความคลาดเคลื่อนในระหว่างการรับแรงเฉือน และสร้างโซนความเข้มข้นของความเครียดเฉพาะที่ซึ่งเริ่มต้นรอยแตกขนาดเล็กภายใต้การหมุนเวียนแบบเทอร์โมกล โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจาก 500 รอบระหว่าง −40°C ถึง 125°C

ในระหว่างการบัดกรีแบบรีโฟลว์ สิ่งเจือปน Fe จะทำงานร่วมกันกับส่วนประกอบฟลักซ์อินทรีย์ โดยเร่งการสลายตัวของกรดผ่านวิถีออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจะลดพลังงานกระตุ้นที่มีประสิทธิภาพสำหรับการสลายเรซินขัดสนลงประมาณ 18 กิโลจูล/โมล ส่งผลให้ฟลักซ์หมดเร็วก่อนที่จะเปียกเต็มที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนพื้นผิวที่ถูกออกซิไดซ์ Cu ซึ่งการไล่ระดับแรงตึงผิวจะไวต่อการสะสมผลพลอยได้ที่ระเหยได้มากขึ้น ซึ่งส่งผลให้เกิดการบัดกรีที่ไม่สอดคล้องกัน ลดอัตราส่วนการแพร่กระจายบนบอร์ด OSP สำเร็จรูป และอัตราการเป็นโมฆะที่สูงขึ้นกว่า 25% ในแผ่นระบายความร้อน QFN เมื่อ Fe เกิน 0.015 wt% สิ่งสำคัญที่สุดคือ อนุภาค FeSn2 ทำหน้าที่เป็นแหล่งนิวเคลียสที่ต่างกันสำหรับการเจริญเติบโตของ Cu6Sn5 ในช่วงอายุ ทำให้ชั้น intermetallic หนาขึ้นเร็วขึ้นและไม่สม่ำเสมอมากขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะบัดกรีและทองแดง โดยการวัดแสดงความหนาของ IMC เพิ่มขึ้น 40% หลังจาก 1,000 ชั่วโมงที่ 150°C เมื่อเทียบกับตัวอย่างอ้างอิงที่สะอาดด้วย Fe

การจัดหาวัตถุดิบมีบทบาทชี้ขาดเนื่องจากการปนเปื้อน Fe มักมาจากตัวกลางการบดเหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้ในการบดลิ่ม Sn เศษ Sn รีไซเคิลที่มีขี้โลหะบัดกรีที่มี Fe-bearing หรือการบุเบ้าหลอมที่ไม่เหมาะสมในเตาหล่อแบบต่อเนื่องซึ่งมีการชะล้าง Fe ที่อุณหภูมิสูงกว่า 320°C; ดังนั้น การเปลี่ยนจากสเตนเลสสตีล 304 มาใช้เครื่องมือกราไฟท์เคลือบ SiC จะช่วยลดปิ๊กอัพ Fe ได้มากกว่า 70% ในการทดลองนำร่อง ในขณะที่การใช้การแยกแม่เหล็กต้นน้ำของการวาดลวดจะช่วยลดปริมาณ Fe จาก 0.032 wt% เป็น 0.008 wt% อย่างสม่ำเสมอใน 12 ล็อตการผลิต พารามิเตอร์การวาดลวดจะปรับการกระจาย Fe เพิ่มเติม เนื่องจากอัตราส่วนการลดที่มากเกินไปที่สูงกว่า 85% ส่งเสริมการกระจายตัวของ FeSn2 และการกระจายซ้ำไปตามแกนลวด ทำให้เกิดฮอตสปอตเฉพาะที่ของการจัดกลุ่มเฟสเปราะซึ่งสัมพันธ์อย่างมากกับการแตกหักระหว่างการทำงานของตัวป้อนอัตโนมัติและความเร็วในการป้อนที่ไม่สอดคล้องกันในเครื่องวางตำแหน่งความเร็วสูง

การตรวจสอบความถูกต้องของกระบวนการต้องรวมการทำแผนที่ EDX ของตัวอย่างลวดที่มีหน้าตัดขวางควบคู่ไปกับการติดตามค่าความร้อนจากการสแกนดิฟเฟอเรนเชียล เนื่องจากการก่อตัวของ FeSn2 จะยับยั้งความเข้มข้นสูงสุดของยูเทคติก และทำให้เริ่มการหลอมเหลวกว้างขึ้น 1.2–2.4°C ในกราฟ DSC ซึ่งให้วิธีการคัดกรองทางอ้อมแต่รวดเร็วเมื่อ SEM-EDS ไม่พร้อมใช้งาน สำหรับทีมจัดซื้อ การระบุขีดจำกัดสูงสุด Fe เป็น ≤0.010 wt% ในใบสั่งซื้อ ไม่ใช่เพียงค่าทั่วไปเท่านั้น เป็นสิ่งจำเป็น เนื่องจากใบรับรองผู้จำหน่ายมักจะรายงานเฉพาะระดับแบทช์เฉลี่ย Fe โดยไม่เปิดเผยค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน และคอยล์ค่าผิดปกติเดี่ยวที่มี 0.028 wt% Fe สามารถกระตุ้นให้เกิดความล้มเหลวของภาคสนามในโมดูล ADAS ของยานยนต์ภายใต้การสั่นสะเทือนและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การตรวจสอบแบบเรียลไทม์โดยใช้เครื่องมือ LIBS แบบมือถือที่ปรับเทียบกับ NIST SRM 1719a แสดงขีดจำกัดการตรวจจับที่ 0.003% โดยน้ำหนัก Fe ในแหล่งกำเนิด ช่วยให้สามารถปฏิเสธล็อตได้ทันทีก่อนที่การเก็บพักสายไฟจะเริ่มขึ้น จึงป้องกันการหยุดทำงานของสายดาวน์สตรีมที่เกิดจากการเปียกไม่ดีหรือข้อบกพร่องของหมอนรองศีรษะที่เชื่อมโยงกับความไม่เสถียรของฟลักซ์ที่เกิดจาก Fe