ความแข็งแรงของรอยต่อของแท่งบัดกรีไม่ใช่คุณสมบัติของวัสดุที่แท้จริง แต่เป็นผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์แบบไดนามิกระหว่างเคมีของโลหะผสม พารามิเตอร์โปรไฟล์การรีโฟลว์ ผิวสำเร็จของแผ่นอิเล็กโทรด และการเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนหลังการบัดกรี ตัวอย่างเช่น แท่งบัดกรี Sn63Pb37 โดยทั่วไปจะให้ค่าแรงเฉือน 28–32 MPa บนแผ่นทองแดงที่ขัดผิวด้วย ENIG เมื่อเย็นลงที่ 3°C/s หลังจากการรีโฟลว์สูงสุดที่ 225°C ในขณะที่โลหะผสมชนิดเดียวกันบน OSP ที่เคลือบด้วย Cu อาจลดลงเหลือ 24–27 MPa เนื่องจากการก่อตัวของสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก (IMC) ที่บางลงและความหนาแน่นของช่องว่างระหว่างผิวที่สูงขึ้น
ความหนาและสัณฐานวิทยาของชั้น IMC Cu6Sn5 ที่ส่วนต่อระหว่างโลหะบัดกรีและทองแดงจะปรับความแข็งแรงของข้อต่อโดยตรง โดยที่การเติบโตของ IMC เป็นไปตามกฎพาราโบลาที่มีเวลาและอุณหภูมิ ดังนั้นการคงอยู่ที่ 180°C เป็นเวลา 120 วินาทีในระหว่างการแช่จะเพิ่มความหนาเฉลี่ยของ IMC จาก 1.8 μm เป็น 3.1 μm ซึ่งในตอนแรกจะเสริมความแข็งแกร่งของพันธะ แต่เกินกว่า 4.5 μm จะทำให้เกิดความเปราะบางและลดพลังงานการแตกหักได้มากถึง 35% ภายใต้ กำลังรับแรงเฉือน
ตัวแปรแท่งบัดกรีไร้สารตะกั่ว เช่น SAC305 แสดงอุณหภูมิโซลิดัสที่สูงขึ้นและช่วงแป้งที่แคบกว่า ทำให้เกิดการไล่ระดับของเหลวและโซลิดัสที่สูงชันซึ่งขยายการแยกโครงสร้างจุลภาคระหว่างการแข็งตัว และผลกระทบนี้เมื่อรวมกับจลนพลศาสตร์การแพร่กระจายที่ช้าลงในระบบ Sn–Ag–Cu นำไปสู่เดนไดรต์ β-Sn ที่หยาบกว่าและการจัดกลุ่มอนุภาค Ag3Sn ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ลดการถ่ายโอนโหลดที่มีประสิทธิภาพ ข้ามข้อต่อและอธิบายว่าทำไมข้อต่อ SAC305 บนแผ่นเงินแช่จึงแสดงความต้านทานแรงเฉือนเฉลี่ยต่ำกว่า Sn63Pb37 ถึง 12–15% ภายใต้เงื่อนไขการไหลซ้ำที่เหมือนกัน
ความเข้ากันได้ของพื้นผิวมีบทบาทสำคัญในความสามารถในการทำซ้ำของ Joint Strength เนื่องจากการแช่ทองนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า (ENIG) เป็นตัวป้องกันที่สม่ำเสมอต่อการเกิดออกซิเดชันของทองแดง แต่ยังแนะนำ Ni3Sn4 ที่เปราะที่ส่วนต่อประสานของ Ni เมื่อการรีโฟลว์เกิน 240°C เป็นเวลานานกว่า 60 วินาที ในขณะที่สารกันบูดในการบัดกรีแบบอินทรีย์ (OSP) ให้ความสามารถในการเปียกที่ดีเยี่ยมสำหรับ Sn63Pb37 แต่เสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วเหนือ 200°C ส่งผลให้เกิดการยึดเกาะและการกระจายของพื้นผิวที่ไม่สอดคล้องกันในค่าความแข็งแรงของข้อต่อที่วัดได้เกิน ±9% ในล็อตการผลิต
อัตราการทำความเย็นหลังการรีโฟลว์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการปรับแต่งโครงสร้างเกรน เนื่องจากการระบายความร้อนที่เร็วขึ้นจะยับยั้งการเจริญเติบโตมากเกินไปของ IMC และจำกัดการแข็งตัวของเกรน β-Sn และการลาดลงที่ควบคุมได้ที่ 4°C/s ทำให้ข้อต่อมีความแข็งแรงของผลผลิตสูงขึ้น 11% เมื่อเทียบกับการทำความเย็นที่ 1°C/s บนซับสเตรต FR-4 เดียวกัน แม้ว่าการดับอย่างรวดเร็วเกินไปที่ต่ำกว่า 2°C/s จะเสี่ยงต่อการแตกร้าวจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วใน BGA พื้นที่ขนาดใหญ่หรือบรรจุภัณฑ์เซรามิก
การเปิดรับการหมุนเวียนด้วยความร้อนช่วยเร่งความหนาของ IMC และการก่อตัวของโมฆะ Kirkendall ที่ขอบเขต Cu –IMC โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโลหะผสมที่มีทองแดงสูงเช่น Sn96.5Ag3.0Cu0.5 โดยที่ 500 รอบระหว่าง −40 ° C และ 125 ° C เพิ่มความหนา IMC เฉลี่ยจาก 2.4 μm เป็น 6.7 μm และสัมพันธ์กับค่ามัธยฐานข้อต่อที่ลดลง 42% ความแข็งแกร่ง ซึ่งยืนยันว่าความน่าเชื่อถือในระยะยาวไม่สามารถสรุปได้จากข้อมูลการทดสอบทางกลแบบรีโฟลว์เพียงอย่างเดียว
เคมีของฟลักซ์ตกค้างมีปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับองค์ประกอบของแท่งบัดกรี เนื่องจากฟลักซ์ที่ไม่ทำความสะอาดที่มีฮาไลด์ส่งเสริมการกัดกร่อนเฉพาะที่ที่ขอบแผ่นบัดกรีเมื่อจับคู่กับโลหะผสม Sn สูง และเส้นทางการย่อยสลายนี้จะมีความโดดเด่นหลังจากการเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 85°C/85% RH เป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง ซึ่งช่วยลดความเหนียวของการแตกหักของพื้นผิวได้สูงสุดถึง 28% โดยไม่มีการเสื่อมสภาพของโลหะบัดกรีจำนวนมากที่มองเห็นได้
ความแปรผันของความแข็งแรงของรอยต่อใน PCB เดียวมักจะตรวจสอบย้อนกลับได้จากความแตกต่างของมวลความร้อนเฉพาะที่ มากกว่าความไม่สอดคล้องกันของ Solder Bar เนื่องจากพาสซีฟ 0402 ที่อยู่ติดกันและแพ็คเกจ QFN-48 กำหนดอัตราการสกัดความร้อนที่แตกต่างกันในระหว่างการทำความเย็น และสิ่งนี้ทำให้ IMC มีไล่ระดับความหนาของ ±1.3 μm ตลอดช่วง 25 มม. แปลโดยตรงเป็นการกระจายกำลังรับแรงเฉือนที่วัดได้ ±7.2 MPa แม้เมื่อใช้แท่งบัดกรีที่ผ่านการรับรองด้วย <0>
บรรยากาศการไหลกลับมีความสำคัญมากกว่าสำหรับแท่งบัดกรีที่มีจุดหลอมเหลวสูง เช่น Sn96.5Ag3.0Cu0.5 เนื่องจากสภาพแวดล้อมไนโตรเจนที่มี O₂ <100>
ท้ายที่สุดแล้ว ความแข็งแรงของข้อต่อของ Solder Bar จะต้องได้รับการประเมินภายในบริบทของกระบวนการทั้งหมด ไม่ใช่เป็นค่าแผ่นข้อมูลจำเพาะแบบสแตนด์อโลน เนื่องจากการเบี่ยงเบนเล็กน้อยในความเร็วของสายพานลำเลียง ความแม่นยำในการวางเทอร์โมคัปเปิล หรือความหนาของชั้นซ้อนของบอร์ดจะเปลี่ยนโปรไฟล์ทางความร้อนมากพอที่จะเปลี่ยนจลนศาสตร์ของ IMC ความหนาแน่นของนิวเคลียสของเกรน และการกระจายความเค้นตกค้าง ซึ่งทั้งหมดนี้มาบรรจบกันเพื่อกำหนดความสมบูรณ์ทางกลขั้นสุดท้ายของข้อต่อบัดกรีทุกจุด
