Dây hàn dựa trên công thức hợp kim ở nhiệt độ thấp, thường chứa eutectic bismuth, indium hoặc thiếc-bismuth có điểm nóng chảy dưới 150°C, mang lại sự linh hoạt trong quá trình nhắm mục tiêu cho các thành phần dễ bị tổn hại về nhiệt, tuy nhiên tính toàn vẹn cấu trúc của nó suy giảm rõ rệt khi chịu áp lực cơ học, tiếp xúc với nhiệt kéo dài hoặc chu trình nhiệt lặp đi lặp lại, vì điểm nóng chảy thấp hơn tương quan mạnh với độ kết dính mạng tinh thể giảm, khả năng chống di chuyển sai lệch giảm và phạm vi hóa rắn hẹp hơn thúc đẩy sự phân tách vi mô trong quá trình làm mát.
Thành phần hợp kim của dây hàn nhiệt độ thấp vốn đã hy sinh độ dẻo để hóa rắn nhanh, vì việc bổ sung bismuth trên 47 phần trăm trọng lượng tạo ra các pha giàu Bi dễ gãy dọc theo ranh giới hạt, trong khi hàm lượng indi quá cao làm mềm ma trận và tăng tốc độ khuếch tán ở các bề mặt đồng, dẫn đến hình thành khoảng trống sớm và độ tin cậy của mối hàn bị suy yếu, đặc Biệt là trong điều kiện rung hoặc tải uốn gặp phải trong các cụm thiết bị điện tử đeo được và ô tô.
Đặc tính làm ướt của dây hàn hợp kim ở nhiệt độ thấp suy giảm đáng kể trên các miếng PCB hoàn thiện OSP và bề mặt ENIG do động học kích hoạt từ thông chậm ở các đỉnh nóng chảy lại dưới 200°C và do sức căng bề mặt giảm của hợp kim Bi-Sn nóng chảy cản trở dòng mao dẫn tự phát vào các khoảng trống bước nhỏ, dẫn đến sự hình thành phi lê không nhất quán, độ che phủ miếng đệm không hoàn chỉnh và tỷ lệ khuyết tật đầu gối cao hơn trong các hoạt động làm lại QFN và BGA.
Sự tăng trưởng hợp chất giữa các kim loại ở bề mặt tiếp xúc hàn-đồng vẫn không ổn định về mặt nhiệt động trong các hệ thống hợp kim nhiệt độ thấp, vì sự hình thành Cu6Sn5 bị ức chế dưới 210°C và quá trình tạo mầm Cu3Sn bị trì hoãn vượt quá 180°C, khiến sự phân bố độ dày IMC không đồng đều trên các mối nối, tăng điện trở suất bề mặt theo thời gian và giảm ngưỡng tạo khoảng trống Kirkendall trong các thử nghiệm chu trình điện được thực hiện ở 85°C/85% RH trong 1000 giờ.
Khả năng chống mỏi nhiệt của dây hàn hợp kim nhiệt độ thấp giảm mạnh sau 500 chu kỳ trong khoảng từ −40°C đến +125°C, không chỉ do sự khuếch đại không khớp hệ số giãn nở nhiệt giữa các chất nền SnBi và FR-4, mà còn do quá trình tạo hạt thô dần dần của các sợi nhánh chính Sn và sự kết tụ pha Bi làm gãy tính liên tục dưới Biến dạng tuần hoàn, do đó đẩy nhanh quá trình lan truyền vết nứt dọc theo các đường dẫn giữa các hạt yếu trước đây không thể quan sát được trong các khớp SAC305 thông thường.
Độ ổn định khi lưu trữ gây ra một hạn chế vận hành khác, vì dây hàn hợp kim ở nhiệt độ thấp oxy hóa nhanh hơn trong không khí xung quanh do hoạt động bề mặt bismuth cao hơn và năng lượng bám dính màng oxit thấp hơn, đòi hỏi phải làm sạch nitơ trong quá trình tháo Cuộn ống, bôi chất trợ dung ngay lập tức trước khi cấp liệu và kiểm soát độ ẩm nghiêm ngặt dưới 30% RH trong tủ lưu trữ Cuộn để ngăn chặn sự suy giảm chất trợ dung và bóng hàn trong quá trình In.
Độ dẫn điện của dây hàn hợp kim nhiệt độ thấp giảm 15–22% so với giá trị tương đương Sn63Pb37 tiêu chuẩn do sự tán xạ electron ở ranh giới pha Bi–Sn và giảm đường tự do trung bình trong cấu trúc vi mô tách Biệt, khiến nó không phù hợp với các dấu vết dòng điện cao mang trên 3A mà không bù diện tích mặt cắt và hạn chế sử dụng nó trong các mô-đun nguồn trong đó nhiệt lượng joule phải duy trì dưới mức tăng tiếp giáp với môi trường xung quanh dưới 5°C/W.
Việc thu hẹp cửa sổ quy trình trở nên không thể tránh khỏi khi thay thế dây hàn hợp kim nhiệt độ thấp bằng dây chuyền SMT truyền thống được hiệu chuẩn ban đầu cho các Biên dạng đỉnh 220–250°C, vì tốc độ gia nhiệt trước phải được làm chậm lại để tránh bắn tung tóe chất trợ dung do nổ dung môi sớm, kéo dài thời gian ngâm để đảm bảo nhiệt độ lõi đồng đều mặc dù độ xuyên thấu khối nhiệt thấp hơn và tốc độ dòng nitơ tăng ít nhất 30% để ngăn chặn quá trình oxy hóa Bi trong quá trình duy trì trạng thái nóng chảy.
Độ bền cắt mối nối đo được trên mỗi IPC-J-STD-002 giảm từ 32 MPa trong SAC305 xuống 18–21 MPa trong dây hàn Sn42Bi58 sau quá trình lão hóa môi trường trong 24 giờ và tiếp tục giảm xuống 12–14 MPa sau khi lão hóa bằng hơi nước ở 100°C trong 8 giờ, xác nhận rằng sự hấp thụ độ ẩm làm tăng tốc độ phân hủy thủy phân của các chất kích hoạt gốc nhựa thông và thúc đẩy sự phân tách bề mặt ở Lớp rào chắn Ni(P) trong lớp hoàn thiện ENIG.
Các quyết định thay thế phải cân nhắc sự cân bằng giữa giới hạn an toàn nhiệt và khả năng sống sót cơ học lâu dài, bởi vì việc chọn dây hàn hợp kim nhiệt độ thấp chỉ để bảo vệ MLCC hoặc trình điều khiển OLED sẽ bỏ qua tính giòn không thể đảo ngược của nó sau ba lần hàn lại, khả năng không tương thích của nó với thiết bị hàn sóng thiếu kiểm soát nhiệt độ bể chính xác 138–145°C và không có khả năng duy trì tải sốc cơ học vượt quá 1500g mà không bị gãy hàng loạt trong các tình huống thử nghiệm thả rơi thiết bị cầm tay.
