การเปรียบเทียบระบบไร้สารตะกั่วของสารบัดกรี

การเลือกสารบัดกรีไร้สารตะกั่วจำเป็นต้องมีการประเมินอย่างรอบคอบขององค์ประกอบของโลหะผสม เคมีฟลักซ์ และการตอบสนองทางความร้อนในสภาวะการประกอบที่หลากหลาย เนื่องจากไม่มีระบบใดระบบเดียวที่ให้ประสิทธิภาพสูงสุดในทุกการใช้งาน และตัวเลือกที่ไม่ตรงกันทำให้เกิดข้อบกพร่องในการพิมพ์โดยตรง การเปียกไม่ดี หรือการแตกหักของข้อต่อหลังการรีโฟลว์ภายใต้ความเครียดแบบหมุนเวียนความร้อน SAC305 ยังคงเป็นเกณฑ์มาตรฐานอุตสาหกรรมเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวที่สมดุลใกล้ 217–220°C ความต้านทานการตกต่ำที่ดี และความน่าเชื่อถือที่ได้รับการพิสูจน์แล้วบนผิวเคลือบ ENIG และ OSP แต่ปริมาณธาตุเงินที่ค่อนข้างต่ำทำให้มีความไวต่อการเจริญเติบโตของสารประกอบระหว่างโลหะที่อุณหภูมิสูงขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับทางเลือกที่มีธาตุเงินสูงกว่า SAC405 มอบความต้านทานความเหนื่อยล้าจากความร้อนที่ดีขึ้นด้วยสัดส่วนซิลเวอร์ที่เพิ่มขึ้น แต่สิ่งนี้มาพร้อมกับต้นทุนวัสดุที่สูงขึ้น ประสิทธิภาพการปล่อยลายฉลุลดลงเล็กน้อย และกรอบเวลากระบวนการที่แคบลงระหว่างการรีโฟลว์ ซึ่งอุณหภูมิสูงสุดจะต้องเกิน 235°C โดยไม่ต้องถ่ายเกินขนาดเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้อินเตอร์เมทัลลิกมีความหนามากเกินไป SN100C ซึ่งเป็นโลหะผสมดีบุก-ทองแดง-นิกเกิลที่มีการเติมนิกเกิลเล็กน้อย ทำงานที่อุณหภูมิของเหลวต่ำกว่าประมาณ 227°C และแสดงการเปียกที่ดีเยี่ยมบนพื้นผิวทองแดงและ OSP อย่างไรก็ตาม การขาดเงินจะช่วยลดความเหนียวและเพิ่มความเสี่ยงที่จะเกิดการแตกหักเปราะใน BGA ในพื้นที่ขนาดใหญ่ซึ่งอยู่ภายใต้การโค้งงอของบอร์ดหรือการตกกระแทก SC27 ซึ่งเป็นตัวแปรดีบุก เงิน ทองแดง และบิสมัท สามารถบรรลุโซลิดัสกดดันที่อุณหภูมิใกล้ 138°C และของเหลวเต็มที่อุณหภูมิ 217°C ทำให้สามารถไหลกลับที่อุณหภูมิต่ำสำหรับส่วนประกอบที่ไวต่อความร้อน แต่ความเสี่ยงในการแยกบิสมัทเกิดขึ้นระหว่างการระบายความร้อนซ้ำๆ และจะต้องหลีกเลี่ยงความเข้ากันได้กับส่วนประกอบที่มีตะกั่วอย่างเคร่งครัด เพื่อป้องกันการลดจุดหลอมเหลวที่ร้ายแรง การออกแบบยานพาหนะ Flux จะปรับเปลี่ยนพฤติกรรมในโลกแห่งความเป็นจริงของโลหะผสมแต่ละชนิดอย่างมาก เนื่องจากไม่- สูตรทำความสะอาดที่มีความแข็งแรงของกรดที่ปรับแต่งโดยเฉพาะและโปรไฟล์การแข็งตัวของเรซินจะกำหนดความสะอาดของสารตกค้าง การบรรเทาปัญหาหัวในหมอน และความต้านทานการกัดกร่อนหลังการรีโฟลว์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจับคู่กับเงินแช่หรือการเคลือบ ENIG ที่แสดงแพลเลเดียมแปรผันหรือความหนาของทองที่ส่งผลต่อความสามารถในการบัดกรี อายุการใช้งานของลายฉลุจะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญระหว่างระบบ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้ว SAC305 จะรักษาประสิทธิภาพการถ่ายโอนที่สม่ำเสมอนานกว่า 4–6 ชั่วโมงภายใต้ความชื้นที่มีการควบคุม ในขณะที่ SN100C อาจแสดงค่าความหนืดที่ลอยเร็วกว่า 3 ชั่วโมง เว้นแต่จะแช่เย็นก่อนใช้งานและรักษาสภาวะแวดล้อมที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด ระดับโมฆะในแพ็คเกจ QFN และ LGA ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของโลหะผสมและจลนพลศาสตร์ของก๊าซที่ปล่อยออกมาเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับปริมาณการระเหยของฟลักซ์และการควบคุมอัตราทางลาดด้วย ดังนั้น SAC405 มักจะให้พื้นที่โมฆะต่ำกว่า SAC305 ถึง 10–15% ภายใต้การตั้งค่าโปรไฟล์ที่เหมือนกัน เนื่องจากการปรับเปลี่ยนเวลาการสลายตัวของฟลักซ์ ความเป็นไปได้ในการทำใหม่แตกต่างอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากข้อต่อ SN100C ต้องการความร้อนเฉพาะจุดที่สูงขึ้นเพื่อให้เกิดการหลอมใหม่ทั้งหมดโดยไม่รบกวนส่วนประกอบที่อยู่ติดกัน ในขณะที่ SC27 ช่วยให้รอบการทำงานซ้ำเร็วขึ้นและเย็นลง แต่มีความเสี่ยงที่จะเกิดการก่อตัวของโลหะระหว่างโลหะที่ไม่สมบูรณ์ หากเวลาคงอยู่ต่ำกว่า 60 วินาทีที่จุดสูงสุด ความเสถียรของอายุการเก็บรักษาจะลดลงที่สูงกว่า 25°C สำหรับทุกระบบ แต่ SC27 กลับแสดงความหนืดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วหลังจากผ่านไป 7 วันที่อุณหภูมิห้อง เทียบกับ 14 วันสำหรับ SAC305 ซึ่งต้องการการขนส่งแบบห่วงโซ่เย็นที่เข้มงวดมากขึ้น และระเบียบวินัยด้านสินค้าคงคลังที่หมดอายุก่อน-ใช้ก่อน การทดสอบความเข้ากันได้กับประเภทหน้ากากบัดกรีมีความสำคัญ เนื่องจากลามิเนต Tg FR-4 สูงพร้อมหน้ากากไร้ซิลิโคนรองรับการยึดเกาะที่ดีกว่าสำหรับ SAC405 ในขณะที่หน้ากากบัดกรีไร้ฮาโลเจนอาจมีปฏิกิริยากับชั้นออกไซด์ดัดแปลงนิกเกิลของ SN100C อย่างไม่อาจคาดเดาได้ ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของเนื้อปลาที่ไม่สอดคล้องกัน ความละเอียดในการพิมพ์ลดลงเหลือเพียง 0.3 มม. เป็นประจำทำได้สำเร็จด้วย SAC305 โดยใช้สเตนซิลขึ้นรูปด้วยไฟฟ้าขนาด 3.5µm แต่ SC27 ต้องการการควบคุมการกระจายขนาดอนุภาคที่เข้มงวดกว่า 20µm D90 เพื่อป้องกันการอุดตันในช่องรับแสงละเอียด และปริมาณโลหะที่ต่ำกว่า 88.5% เมื่อเทียบกับ 89.5% ของ SAC305 หมายความว่าปริมาณความสม่ำเสมอของปริมาณคราบจะลดลงเร็วขึ้นในระหว่างการดำเนินการพิมพ์แบบขยายออกไป การวัดความแข็งแรงของข้อต่อบนกระดานทดสอบที่เชื่อมต่อแบบเดซี่เชนเผยให้เห็นว่า SAC405 มีความต้านทานแรงเฉือนสูงกว่า SAC305 ถึง 5–8MPa หลังจากผ่านรอบความร้อน 1,000 รอบตั้งแต่ −40°C ถึง +125°C แต่ SN100C แสดงให้เห็นถึงความต้านทานการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวที่เหนือกว่าในการวิเคราะห์ภาคตัดขวาง แม้ว่าแรงดึงโดยเฉลี่ยจะต่ำกว่าเล็กน้อยก็ตาม การตรวจสอบรีโอโลยีของเพสต์แบบเรียลไทม์โดยใช้การวัดความหนืดแบบหมุนแสดงให้เห็นว่าการจัดเก็บที่อุณหภูมิ 5°C ช่วยยืดอายุการใช้งานได้ 2.3 เท่าสำหรับ SAC305 แต่เพียง 1.6 เท่าสำหรับ SC27 ซึ่งยืนยันว่าระบบที่ประกอบด้วยบิสมัทต้องการการจัดการอุณหภูมิเชิงรุกมากขึ้นตลอดห่วงโซ่อุปทานและพื้นโรงงาน