Vào lúc 2h sáng thứ Tư tuần trước, dây chuyền sản xuất bất ngờ phát ra chuông báo động và ngừng hoạt động. AOI liên tục báo cáo cầu nối và mối hàn không đủ ở tất cả 0201 vị trí điện trở trên 23 bo mạch chủ. Chúng tôi ngay lập tức dừng dây chuyền, tháo các tấm bảng và quan sát chúng dưới kính lúp, phát hiện các vệt nghiêm trọng và sự sụp đổ cục bộ ở các cạnh của bản In dán hàn. Sáng hôm đó, chiếc máy In đó vẫn chạy bình thường, điều này cho thấy vấn đề không phải do thiết bị bị lão hóa mà là do tình trạng chất hàn thay đổi đột ngột. Kiểm tra sâu hơn cho thấy có sự phân tầng nhẹ ở đáy lọ keo hàn và chất cặn khô, đóng vảy dọc theo mép chổi cao su, xác nhận rằng kem hàn Sn63Pb37 đã được bảo quản ở nhiệt độ phòng 28°C trong hơn 72 giờ, gây ra hiện tượng bay hơi từ thông tăng tốc. Phản ứng khẩn cấp là thay thế chất hàn và làm sạch hoàn toàn giấy nến bằng cồn isopropyl, nhưng 147 PCB đã bị loại bỏ vào ngày hôm đó.
Đằng sau lỗi này là độ nhạy cực cao của miếng dán hàn Sn63Pb37 với nhiệt độ, độ ẩm và thời gian tiếp xúc. Không giống như một số loại kem hàn không chì, nó không chứa dung môi có điểm sôi cao; Dòng chảy dựa trên nhựa thông của nó mất 0,3% hoạt động trong mỗi giờ tiếp xúc thêm trên 25°C, khiến tỷ lệ lỗi khi In ra tăng 12%. Rắc rối hơn là khi máy điều hòa không khí tại xưởng bị hỏng đột ngột khiến nhiệt độ lên tới 32°C, độ nhớt của kem hàn giảm mạnh từ 750 Pa·s xuống 420 Pa·s trong vòng 3 giờ, trực tiếp dẫn đến sự lắng đọng chất hàn không đồng đều dưới chổi cao su và độ lấp đầy khe hở của khuôn tô không đủ. Nếu quá trình sản xuất buộc phải tiếp tục vào thời điểm đó, 90% thành phần QFN sẽ xuất hiện các vết hàn hoặc hiện tượng mất hiệu lực quá mức trong quá trình chỉnh lại dòng tiếp theo.
Giải pháp giải quyết nguyên nhân gốc rễ lâu dài không chỉ đơn giản là thay đổi nhà cung cấp mà còn quản lý chất hàn Sn63Pb37 như một loại hóa chất có hoạt tính cao. Phải cung cấp tủ lạnh dán kem hàn được kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm (đặt ở 20±1°C, 50±5% RH). Sau mỗi lần mở nắp, không khí bên trong lọ phải được thay thế bằng nitơ trước khi đậy nắp lại. Tất cả chất hàn phải được để cân bằng ở nhiệt độ phòng trong 45 phút sau khi lấy ra khỏi tủ lạnh trước khi sử dụng; Thời gian cân bằng không đủ có thể khiến nước ngưng tụ trộn vào bột nhão và gây ra hiện tượng trào ngược. Chúng tôi đã từng gặp phải các vết nứt nhỏ ở mối hàn hàng loạt trên một bộ bảng giao diện USB do điều này và kiểm tra bằng tia X cho thấy tất cả các vết nứt lan truyền dọc theo lớp IMC, chính xác là do tác động bay hơi ngưng tụ.
Chìa khóa để phòng ngừa là thiết lập một sổ cái vòng đời dán hàn. Mỗi lọ phải được dán nhãn ghi thời gian mở, số phút phơi nhiễm tích lũy, số chu kỳ làm ấm và đường cong nhiệt độ và độ ẩm trong ngày. Khi một lọ đơn lẻ vượt quá 280 phút phơi nhiễm tích lũy hoặc trải qua hơn ba chu kỳ làm ấm lại, thì lọ đó phải được loại bỏ ngay cả khi bề ngoài bình thường. Điều này là do chì trong kem hàn Sn63Pb37 làm tăng tốc quá trình oxy hóa nhựa thông và các sản phẩm oxy hóa không thể phân hủy hoàn toàn ở nhiệt độ đỉnh nóng chảy lại 217°C, để lại vùng liên kết yếu ở bề mặt mối hàn. Mối nguy hiểm tiềm ẩn này không xuất hiện trong các thử nghiệm lão hóa ở nhiệt độ phòng, nhưng sẽ Biểu hiện dưới dạng các mối hàn hở trong chu kỳ sốc nhiệt -40°C thứ 37.
Một điểm khó khăn thực sự khác là phản xạ thứ cấp của bo mạch hai mặt. Khi mặt thứ hai được hàn bằng kem hàn Sn63Pb37, các mối hàn chì đã hình thành ở mặt thứ nhất sẽ trải qua quá trình kết tinh lại và làm thô IMC khi chúng đi qua điểm nóng chảy 217°C một lần nữa. Chúng tôi nhận thấy trên một bảng T-CON ô tô nhất định rằng độ bền cắt của các mối hàn đáy BGA đã giảm 38%. Nguyên nhân sâu xa là do việc đốt nóng nhiều lần các mối hàn Sn63Pb37 tạo ra hợp chất liên kim loại PbSn3 quá mức; pha này cứng và giòn, có hệ số tập trung ứng suất cao gấp 2,4 lần so với mối hàn nóng chảy đơn. Do đó, đối với tất cả các thiết kế gắn kết hỗn hợp hai mặt hiện tại, mặt thứ hai phải sử dụng chất hàn dán ở nhiệt độ thấp có điểm nóng chảy dưới 183°C, ngay cả khi chi phí tăng 17%, để tránh hiện tượng mỏi mối hàn.
Ngoài ra còn có vấn đề về tuổi thọ của stencil. Ion chì trong kem hàn Sn63Pb37 có tác dụng ăn mòn chậm trên giấy nến bằng thép không gỉ, đặc Biệt là giấy nến cắt bằng laser có kích thước khẩu độ nhỏ hơn 0,25 mm. Sau 48 giờ sử dụng liên tục, có thể quan sát thấy các vết ăn mòn có kích thước 0,8 μm trên thành khẩu độ dưới kính hiển vi. Những khiếm khuyết vi mô này làm giảm tốc độ truyền chất hàn từ 89% xuống 73%, được phản ánh trực tiếp dưới dạng tốc độ bù gấp đôi cho các mối hàn tụ điện 0402. Giải pháp không phải là thay giấy nến thường xuyên mà là làm sạch siêu âm bắt buộc bằng dung dịch axit xitric có độ pH=3,2 trong 15 phút sau mỗi 20.000 bản In, để trung hòa các ion chì còn sót lại và khôi phục màng thụ động trên thành khẩu độ. Mặt khác, một khi các hố mở rộng, ngay cả miếng dán hàn mới cũng không thể phục hồi độ chính xác đã mất.
Cuối cùng, liên quan đến việc làm lại: khi làm nóng cục bộ các mối hàn Sn63Pb37 bằng súng hơi nóng, nếu lưu lượng khí vượt quá 28 L/phút hoặc nhiệt độ vượt quá 320°C thì khả năng bị bong tấm là rất cao. Điều này là do sự hiện diện của chì làm cho tốc độ tăng trưởng IMC giữa mối hàn và lá đồng nhanh hơn 1,6 lần so với không có chì và cường độ liên kết bề mặt đạt đỉnh ở nhiệt độ 217°C với thời gian dừng là 90 giây. Ngoài cửa sổ này, lá đồng đệm sẽ bị rách do ứng suất nhiệt. Có lần chúng tôi đã nén thời gian làm nóng trước xuống còn 12 giây để tăng tốc độ sửa chữa trên bo mạch chủ điều khiển công nghiệp và kết quả là các miếng đệm của toàn bộ dãy chip SOP8 đều bị nhấc lên. Biện pháp khắc phục duy nhất là dây bay. Vì vậy, việc gia công lại các mối hàn Sn63Pb37 phải tuân thủ nghiêm ngặt nhiệt độ 217°C±3°C với thời gian dừng 85–95 giây; một giây nhiều hơn hoặc ít hơn sẽ tạo ra nguy cơ tách rời tiềm ẩn.
