Độ bền của mối nối của Thanh hàn không phải là đặc tính vật liệu nội tại mà là kết quả nổi bật được hình thành bởi sự tương tác động giữa hóa học hợp kim, các thông số Biên dạng nóng chảy lại, độ hoàn thiện bề mặt miếng đệm và lão hóa nhiệt sau hàn; ví dụ, Thanh hàn Sn63Pb37 thường mang lại độ bền cắt 28–32 MPa trên các miếng đồng được hoàn thiện bằng ENIG khi được làm lạnh ở 3°C/s sau khi nóng chảy lại cực đại ở 225°C, trong khi hợp kim tương tự trên được phủ OSP Cu có thể giảm xuống 24–27 MPa do sự hình thành hợp chất liên kim loại (IMC) mỏng hơn và mật độ khoảng trống giữa các bề mặt cao hơn.
Độ dày và hình thái của lớp Cu6Sn5 IMC tại giao diện hàn-đồng điều chỉnh trực tiếp cường độ mối nối, trong đó sự tăng trưởng của IMC tuân theo định luật parabol theo thời gian và nhiệt độ, do đó, việc duy trì 120 giây ở 180°C trong quá trình ngâm sẽ làm tăng độ dày IMC trung bình từ 1,8 μm đến 3,1 μm, ban đầu giúp củng cố liên kết nhưng vượt quá 4,5 μm sẽ gây ra độ giòn và giảm năng lượng đứt gãy tới 35% khi chịu tải cắt.
Các Biến thể của Thanh hàn không chì như SAC305 thể hiện nhiệt độ rắn cao hơn và phạm vi nhão hẹp hơn, gây ra gradient chất lỏng-chất rắn dốc hơn, khuếch đại sự phân chia cấu trúc vi mô trong quá trình hóa rắn và hiệu ứng này, kết hợp với động học khuếch tán chậm hơn trong các hệ thống Sn–Ag–Cu, dẫn đến các sợi nhánh β-Sn và phân cụm hạt Ag3Sn thô hơn, cả hai đều làm giảm sự truyền tải hiệu quả qua mối nối và giải thích lý do tại sao Các mối nối SAC305 trên miếng bạc ngâm có độ bền cắt trung bình thấp hơn 12–15% so với Sn63Pb37 trong các điều kiện nóng chảy giống hệt nhau.
Khả năng tương thích hoàn thiện bề mặt đóng vai trò quyết định trong khả năng tái tạo Độ bền chung, vì vàng nhúng niken điện phân (ENIG) cung cấp một rào cản đồng nhất chống lại quá trình oxy hóa đồng nhưng tạo ra Ni3Sn4 giòn ở giao diện Ni-solder khi phản xạ lại vượt quá 240°C trong hơn 60 giây, trong khi chất bảo quản hàn hữu cơ (OSP) mang lại khả năng làm ướt tuyệt vời cho Sn63Pb37 nhưng xuống cấp nhanh chóng trên 200°C, dẫn đến độ bám dính bề mặt không nhất quán và phân tán trong các giá trị Độ bền mối nối đo được vượt quá ±9% trong các lô sản xuất.
Tốc độ làm mát sau phản xạ nhiệt ảnh hưởng quan trọng đến quá trình sàng lọc cấu trúc hạt, vì quá trình làm mát nhanh hơn sẽ ngăn chặn sự phát triển quá mức của IMC và hạn chế sự thô của hạt β-Sn, đồng thời việc giảm tốc độ có kiểm soát ở mức 4°C/s mang lại các mối nối có cường độ năng suất cao hơn 11% so với làm mát 1°C/s trên cùng chất nền FR-4, mặc dù việc làm nguội quá nhanh dưới 2°C/s có nguy cơ gây nứt do sốc nhiệt trong BGA hoặc gói gốm diện tích lớn.
Tiếp xúc với chu trình nhiệt làm tăng tốc độ dày lên của IMC và hình thành khoảng trống Kirkendall ở ranh giới Cu–IMC, đặc Biệt là trong các hợp kim có hàm lượng đồng cao như Sn96.5Ag3.0Cu0.5, trong đó 500 chu kỳ giữa −40°C và 125°C làm tăng độ dày IMC trung bình từ 2,4 μm đến 6,7 μm và tương quan với việc giảm 42% Độ bền khớp trung bình, xác nhận rằng không thể có độ tin cậy lâu dài chỉ được suy ra từ dữ liệu thử nghiệm cơ học được phản xạ lại.
Chất hóa học cặn chất trợ dung tương tác mạnh với thành phần Thanh hàn, vì chất trợ dung không sạch chứa halogenua thúc đẩy sự ăn mòn cục bộ ở cạnh miếng hàn khi kết hợp với các hợp kim có Sn cao và quá trình thoái hóa này trở nên chiếm ưu thế sau khi bảo quản ở nhiệt độ 85°C/85% RH trong 1000 giờ, làm giảm độ bền đứt gãy bề mặt tới 28% mà không gây hư hỏng chất hàn số lượng lớn có thể nhìn thấy được.
Sự thay đổi độ bền chung trên một PCB thường có thể bắt nguồn từ sự chênh lệch khối lượng nhiệt cục bộ thay vì sự không nhất quán của Thanh hàn, bởi vì các gói thụ động 0402 và QFN-48 liền kề áp đặt tốc độ trích nhiệt khác nhau trong quá trình làm mát và điều này gây ra độ dốc độ dày IMC là ±1,3 μm trên khoảng 25 mm, chuyển trực tiếp thành độ phân tán cường độ cắt có thể đo được là ±7,2 MPa ngay cả khi sử dụng Thanh hàn được chứng nhận có <0>
Bầu không khí phản xạ lại quan trọng hơn đối với Thanh hàn có điểm nóng chảy cao như Sn96.5Ag3.0Cu0.5, vì môi trường nitơ có O₂ <100>
Cuối cùng, Độ bền liên kết của Thanh hàn phải được đánh giá trong bối cảnh toàn bộ quá trình của nó, chứ không phải dưới dạng giá trị bảng thông số kỹ thuật độc lập, vì những sai lệch nhỏ về tốc độ băng tải, độ chính xác của vị trí cặp nhiệt điện hoặc độ dày xếp chồng của bảng làm thay đổi cấu hình nhiệt đủ để thay đổi động học IMC, mật độ tạo mầm hạt và phân bố ứng suất dư, tất cả đều hội tụ để xác định tính toàn vẹn cơ học Cuối cùng của mỗi mối hàn.
