เมื่อเวลา 02.00 น. ของวันพุธที่ผ่านมา สายการผลิตส่งสัญญาณเตือนและปิดตัวลงอย่างกะทันหัน AOI รายงานอย่างต่อเนื่องและมีการบัดกรีไม่เพียงพอที่ตำแหน่งตัวต้านทาน 0201 ทั้งหมดบนเมนบอร์ด 23 ตัว เราหยุดเส้นทันที นำกระดานออก และสังเกตมันใต้แว่นขยาย พบว่ามีรอยขรุขระและการยุบตัวเฉพาะบริเวณที่ขอบของรอยประสาน เครื่องพิมพ์เครื่องเดียวกันนี้ทำงานได้ตามปกติในเช้าวันนั้น ซึ่งบ่งชี้ว่าปัญหาไม่ได้อยู่ที่อายุของอุปกรณ์ แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในสภาพของสารบัดกรี การตรวจสอบเพิ่มเติมพบว่ามีการแบ่งชั้นเล็กน้อยที่ด้านล่างของโถวางโลหะบัดกรีและคราบที่แห้งและเกรอะกรังตามขอบไม้กวาดหุ้มยาง ซึ่งยืนยันว่าวางบัดกรี Sn63Pb37 ถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้อง 28°C เป็นเวลานานกว่า 72 ชั่วโมง ทำให้เกิดการระเหยของฟลักซ์แบบเร่ง การตอบสนองฉุกเฉินคือการเปลี่ยนสารบัดกรีและทำความสะอาดลายฉลุด้วยไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์อย่างทั่วถึง แต่ PCB 147 ชิ้นถูกทิ้งในวันนั้น

เบื้องหลังความล้มเหลวนี้คือความไวสูงสุดของสารบัดกรี Sn63Pb37 ต่ออุณหภูมิ ความชื้น และเวลาสัมผัส ต่างจากสารบัดกรีไร้สารตะกั่วบางชนิด เนื่องจากไม่มีตัวทำละลายที่มีจุดเดือดสูง ฟลักซ์ที่ใช้ขัดสนจะสูญเสียการทำงานของมัน 0.3% ทุกๆ ชั่วโมงที่เพิ่มขึ้นของการสัมผัสที่อุณหภูมิสูงกว่า 25°C ส่งผลให้อัตราข้อบกพร่องในการพิมพ์เพิ่มขึ้น 12% ปัญหาที่ยากกว่านั้นคือเมื่อเครื่องปรับอากาศที่ทำงานขัดข้องอย่างกะทันหันทำให้อุณหภูมิสูงถึง 32°C ความหนืดของสารบัดกรีลดลงจาก 750 Pa·s เป็น 420 Pa·s ภายใน 3 ชั่วโมง ส่งผลโดยตรงต่อการสะสมของโลหะบัดกรีที่ไม่สม่ำเสมอใต้ไม้กวาดหุ้มยางและการเติมรูลายฉลุไม่เพียงพอ หากการผลิตถูกบังคับให้ดำเนินการต่อ ณ จุดนั้น ส่วนประกอบ 90% ของ QFN จะแสดงลูกบอลบัดกรีหรือเป็นโมฆะมากเกินไปในระหว่างการจัดเรียงซ้ำในภายหลัง

วิธีแก้ปัญหาที่ต้นตอในระยะยาวไม่ได้เป็นเพียงการเปลี่ยนซัพพลายเออร์ แต่ยังจัดการสารบัดกรี Sn63Pb37 ให้เป็นสารเคมีที่มีฤทธิ์สูง ต้องมีตู้เย็นวางบัดกรีแบบควบคุมอุณหภูมิและความชื้น (ตั้งไว้ที่ 20±1°C, 50±5% RH) หลังจากเปิดฝาแต่ละครั้ง อากาศภายในขวดจะต้องถูกแทนที่ด้วยไนโตรเจนก่อนที่จะปิดผนึกอีกครั้ง ต้องปล่อยให้วางบัดกรีทั้งหมดปรับสมดุลที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 45 นาทีหลังจากนำออกจากตู้เย็นก่อนใช้งาน เวลาปรับสมดุลที่ไม่เพียงพออาจทำให้น้ำควบแน่นผสมลงในส่วนผสมและกระตุ้นให้เกิดการไหลซ้ำ ครั้งหนึ่งเราเคยพบรอยร้าวขนาดเล็กของรอยต่อประสานแบบแบตช์บนชุดบอร์ดอินเทอร์เฟซ USB ด้วยเหตุนี้ และการตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์พบว่ารอยแตกทั้งหมดแพร่กระจายไปตามชั้น IMC ซึ่งเกิดจากการกระทบของการควบแน่นเป็นไอ

กุญแจสำคัญในการป้องกันคือการสร้างบัญชีแยกประเภทวงจรการใช้งานแบบบัดกรี แต่ละขวดจะต้องมีป้ายกำกับเวลาเปิด นาทีการสัมผัสสะสม จำนวนรอบการอุ่น และกราฟอุณหภูมิและความชื้นในแต่ละวัน เมื่อขวดโหลหนึ่งใบเปิดรับแสงสะสมเกิน 280 นาที หรือผ่านการอุ่นซ้ำมากกว่า 3 รอบ จะต้องทิ้งขวดนั้นทิ้ง แม้ว่ารูปลักษณ์จะดูเป็นเรื่องปกติก็ตาม เนื่องจากสารตะกั่วในสารบัดกรี Sn63Pb37 ช่วยเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของโรซิน และผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันไม่สามารถสลายตัวได้เต็มที่ที่จุดสูงสุดของการไหลกลับที่ 217°C ทำให้เกิดโซนพันธะอ่อนที่ส่วนต่อประสานของสารบัดกรี อันตรายที่ซ่อนอยู่นี้ไม่ปรากฏในการทดสอบอายุที่อุณหภูมิห้อง แต่จะแสดงให้เห็นเป็นข้อต่อบัดกรีแบบเปิดในระหว่างรอบที่ 37 ของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน -40°C

จุดที่น่าปวดหัวอีกประการหนึ่งคือการจัดเรียงรองของกระดานสองด้าน เมื่อบัดกรีด้านที่สองด้วยสารบัดกรี Sn63Pb37 ข้อต่อตะกั่วบัดกรีที่เกิดขึ้นแล้วในด้านแรกจะผ่านการตกผลึกใหม่ของ IMC และการทำให้หยาบเมื่อผ่านจุดหลอมเหลวที่มีอุณหภูมิ 217°C อีกครั้ง เราพบบนบอร์ด T-CON ของยานยนต์บางรุ่นว่าความต้านทานแรงเฉือนของข้อต่อบัดกรีด้านล่างของ BGA ลดลง 38% สาเหตุที่แท้จริงคือการให้ความร้อนซ้ำๆ ของข้อต่อบัดกรี Sn63Pb37 ทำให้เกิดสารประกอบระหว่างโลหะ PbSn3 มากเกินไป ระยะนี้แข็งและเปราะ โดยมีปัจจัยความเข้มข้นของความเครียดสูงกว่าข้อต่อประสานแบบรีโฟลว์เดี่ยวถึง 2.4 เท่า ดังนั้น สำหรับการออกแบบการติดตั้งแบบผสมสองด้านในปัจจุบันทั้งหมด ด้านที่สองต้องใช้ครีมบัดกรีที่อุณหภูมิต่ำซึ่งมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่า 183°C แม้ว่าต้นทุนจะเพิ่มขึ้น 17% เพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวของความล้าของข้อต่อโลหะบัดกรี

นอกจากนี้ยังมีปัญหาเรื่องอายุการใช้งานของลายฉลุอีกด้วย ไอออนของตะกั่วในสารบัดกรี Sn63Pb37 มีฤทธิ์กัดกร่อนช้าๆ บนสเตนซิลสเตนเลสสตีล โดยเฉพาะสเตนซิลที่ตัดด้วยเลเซอร์ที่มีขนาดรูรับแสงเล็กกว่า 0.25 มม. หลังจากใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลา 48 ชั่วโมง จะสังเกตเห็นหลุมการกัดกร่อนขนาด 0.8 μm บนผนังรูรับแสงใต้กล้องจุลทรรศน์ ข้อบกพร่องระดับจุลภาคเหล่านี้ลดอัตราการถ่ายโอนของสารบัดกรีจาก 89% เป็น 73% ซึ่งสะท้อนโดยตรงเป็นอัตราออฟเซ็ตสองเท่าสำหรับข้อต่อบัดกรีตัวเก็บประจุ 0402 วิธีแก้ปัญหานี้ไม่ใช่การเปลี่ยนลายฉลุบ่อยครั้ง แต่จำเป็นต้องทำความสะอาดอัลตราโซนิกด้วยสารละลายกรดซิตริก pH=3.2 เป็นเวลา 15 นาทีหลังจากงานพิมพ์ทุกๆ 20,000 ครั้ง เพื่อทำให้ไอออนตะกั่วที่ตกค้างเป็นกลาง และคืนฟิล์มทู่ที่ผนังรูรับแสง มิฉะนั้น เมื่อหลุมขยายตัว แม้แต่การบัดกรีแบบใหม่ก็ไม่สามารถกู้คืนความแม่นยำที่สูญเสียไปได้

สุดท้ายนี้ เกี่ยวกับการทำงานซ้ำ: เมื่อทำความร้อนข้อต่อบัดกรี Sn63Pb37 เฉพาะที่ด้วยปืนลมร้อน หากกระแสลมเกิน 28 ลิตร/นาที หรืออุณหภูมิสูงเกิน 320°C อาจเกิดการยกแผ่นอิเล็กโทรดได้อย่างมาก เนื่องจากการมีตะกั่วทำให้อัตราการเติบโตของ IMC ระหว่างรอยประสานและฟอยล์ทองแดงเร็วกว่าแบบไร้สารตะกั่วถึง 1.6 เท่า และกำลังการยึดเกาะระหว่างพื้นผิวสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ 217°C โดยใช้เวลา 90 วินาที นอกเหนือจากหน้าต่างนี้ แผ่นฟอยล์ทองแดงจะถูกฉีกออกเนื่องจากความเครียดจากความร้อน ครั้งหนึ่งเราบีบอัดเวลาอุ่นเครื่องเป็น 12 วินาทีเพื่อเร่งการซ่อมแซมบนเมนบอร์ดควบคุมทางอุตสาหกรรม และผลก็คือ แผ่นของชิป SOP8 ทั้งแถวถูกยกขึ้นทั้งหมด วิธีแก้ไขเพียงอย่างเดียวคือการบินด้วยสายไฟ ดังนั้น การแก้ไขข้อต่อบัดกรี Sn63Pb37 จะต้องปฏิบัติตามอุณหภูมิ 217°C±3°C อย่างเคร่งครัด โดยใช้เวลาพัก 85–95 วินาที ไม่มากก็น้อยหนึ่งวินาทีจะสร้างความเสี่ยงที่ซ่อนอยู่จากการถูกปลดออกจากตำแหน่ง