สารบัดกรีชนิดใดที่ให้อายุการใช้งานการหมุนเวียนความร้อนที่ดีขึ้น เมื่อบอร์ดมองเห็นการเคลื่อนตัวของอุณหภูมิ -40°C ถึง +125°C ซ้ำๆ ในรอบหลายพันรอบ，SAC305 หรือ SN63 คำถามนี้เกิดขึ้นเป็นประจำระหว่างคุณสมบัติของหน่วยควบคุมยานยนต์ โมดูลเบสแบนด์ 5G และเครื่องแปลงพลังงานทางอุตสาหกรรม ซึ่งโหมดความล้มเหลวของสนามติดตามโดยตรงไปยังความล้าของข้อต่อบัดกรี แทนที่จะเป็นข้อบกพร่องในการทำให้เปียกในตอนแรก คำตอบไม่ใช่เฉพาะโลหะผสมเท่านั้น มันขึ้นอยู่กับว่าการตอบสนองทางโลหะวิทยาของสารบัดกรีแต่ละอันมีปฏิกิริยาอย่างไรกับการไล่ระดับความเครียดในระดับบอร์ดในโลกแห่งความเป็นจริง ความเข้ากันได้ของแผ่นเคลือบ และความสม่ำเสมอของโปรไฟล์การจัดเรียงใหม่

SAC305 (Sn96.5Ag3Cu0.5) ละลายที่ 217°C โดยมีช่องว่างระหว่างโซลิดัส-ของเหลวแคบ ก่อตัวเป็น Ag₃Sn และ Cu₆Sn₅ สารประกอบระหว่างโลหะที่กระจายตัวสม่ำเสมอทั่วทั้งข้อต่อ และแสดงความแข็งแรงของผลผลิตที่สูงกว่าและความต้านทานการคืบคลานมากกว่ายูเทคติก Sn63Pb37 ซึ่งละลายอย่างรวดเร็วที่ 183°C และอาศัยเฟสที่มี Pb มากเพื่อเริ่มต้นการแตกร้าวแบบทื่อ ภายใต้การหมุนเวียนด้วยความร้อน ข้อต่อ SAC305 จะพัฒนาการเจริญเติบโตของรอยแตกตามขอบเกรนที่ช้าลง เนื่องจาก Cu ยับยั้ง Sn เกรนที่หยาบและปรับแต่งเมทริกซ์ β-Sn ในขณะที่ SN63 แม้ว่าจะมีกลไกที่นุ่มนวลกว่าและมีความเหนียวมากกว่าในช่วงแรก แต่ก็ทนทุกข์ทรมานจากการเร่งการแยกตัวของ Pb ที่ขอบเขตของเกรนหลังจากการให้ความร้อนซ้ำหลายครั้ง ส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสของโมฆะในช่วงต้นใกล้กับแผ่น Cu และเสร็จสิ้น Ni/Au

การขยายตัวทางความร้อนที่ไม่ตรงกันทำให้เกิดความเสียหายที่เกิดจากการหมุนเวียนส่วนใหญ่ และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของ SAC305 (CTE mut 22 PPM/°C) ตั้งอยู่ใกล้กับลามิเนต PCB ทั่วไป (14–17 PPM/°C) และร่องรอยทองแดง (17 PPM/°C) มากกว่า SN63 (CTE mut 25 PPM/°C) ช่วยลดความเครียดเฉือนสะสมต่อรอบได้มากถึง 18% ในการประกอบ QFN-32 บน FR-4 พร้อมทองแดง 1 ออนซ์ นอกจากนี้ SAC305 ยังรักษาความเค้นตกค้างที่ลดลงหลังการรีโฟลว์ เนื่องจากพฤติกรรมการแข็งตัวแบบค่อยเป็นค่อยไป ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการฉีกขาดจากความร้อนใน BGA ระดับละเอียด โดยที่การเปลี่ยนผ่านยูเทคติกอย่างรวดเร็วของ SN63 อาจทำให้เกิดช่องว่างการหดตัวเฉพาะจุดภายใต้การทำความเย็นที่มีข้อจำกัด

ในเชิงโครงสร้างจุลภาค แผนภาพเฟสแบบไตรภาคของ SAC305 ให้ผลลัพธ์โครงสร้างเดนไดรต์ β-Sn หลักที่ล้อมรอบด้วยบริเวณยูเทคติก Sn–Ag–Cu ที่ทำหน้าที่เป็นตัวดักจับรอยแตกร้าว ในขณะที่ระบบไบนารี่ Sn–Pb ของ SN63 สร้างทรงกลม Pb ขนาดใหญ่ที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์ Sn ทรงกลมเหล่านี้กลายเป็นเส้นทางพิเศษสำหรับรอยแตกร้าว การแพร่กระจายเมื่อ Pb แพร่กระจายไปยังอินเทอร์เฟซที่เย็นกว่าระหว่างการปั่นจักรยาน การวิเคราะห์ภาคตัดขวางหลังจาก 1,500 รอบแสดงให้เห็นว่าข้อต่อ SAC305 ยังคงความสมบูรณ์ของหน้าตัดแบบเดิม >85% ที่ส่วนต่อประสานของแผ่น ในขณะที่ข้อต่อ SN63 แสดงการแยกส่วนระหว่างพื้นผิว ≥40% ในพาหนะทดสอบที่เหมือนกันโดยใช้การเคลือบ ENIG และโปรไฟล์การรีโฟลว์มาตรฐานซึ่งมีจุดสูงสุดที่ 245°C

จากจุดยืนของกระบวนการ SAC305 ต้องการการควบคุมการไหลซ้ำที่เข้มงวดมากขึ้น: liquidus ที่สูงกว่าต้องการหน้าต่างที่มีเวลาเหนือของเหลว (TAL) นานขึ้น (60–90 วินาที) เพื่อให้แน่ใจว่ามีการรวมตัวกันอย่างสมบูรณ์ และเวลาในการแช่ที่ไม่เพียงพอจะเพิ่มความเสี่ยงของการบัดกรีเป็นก้อนจากสารระเหยของฟลักซ์ที่ติดอยู่ ในขณะที่ SN63 จะทำให้เปียกได้เต็มที่ใน <45>

สำหรับการใช้งานที่มีความน่าเชื่อถือสูงเกิน 1,000 รอบความร้อน เช่น โมดูลควบคุมเครื่องยนต์ ฮาร์ดแวร์สัญญาณรถไฟ หรือโปรเซสเซอร์ภาพทางการแพทย์ SAC305 เป็นตัวเลือกที่ชัดเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจับคู่กับการเคลือบ OSP หรือ ENIG และโปรไฟล์การรีโฟลว์ที่ได้รับการตรวจสอบสำหรับอุณหภูมิสูงสุด 235–245°C สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคที่คำนึงถึงต้นทุนซึ่งมีอายุการใช้งานภาคสนามต่ำกว่า 500 รอบ เช่น หูฟังบลูทูธ ตัวควบคุมไฟอัจฉริยะ หรืออุปกรณ์เสริม USB-C SN63 ยังคงใช้งานได้หากอนุญาตให้มีการประกอบแบบมีสารตะกั่ว ให้ปริมาณงานที่เร็วขึ้น ใช้พลังงานน้อยลง และแก้ไขข้อบกพร่องได้ง่ายขึ้น เมื่อจำเป็นต้องปฏิบัติตามข้อกำหนด RoHS และการหมุนเวียนด้วยความร้อนเกิน 500 รอบ SAC305 จะไม่สามารถต่อรองได้ ไม่มีโลหะผสมไร้สารตะกั่วทางเลือกอื่นที่สมดุลระหว่างความต้านทานความล้า ความเสถียรของโครงสร้างจุลภาค และความทนทานของกระบวนการในสภาพแวดล้อมที่มีความร้อนสูง