PCB線路板無鉛波焊的污染

PCB在Z方向的CTE約為55-60 ppm/，SAC305焊料的CTE僅為22 ppm/。一旦在波峰焊后，通過孔環(huán)表面和焊料之間的IMC由于少量鉛的阻礙而變得不良，則經(jīng)常發(fā)生銲點(diǎn)自圓環(huán)體的破裂。當(dāng)IMC生長良好且強(qiáng)度大時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)焊點(diǎn)本身撕裂的情況。從大量焊環(huán)，浮動(dòng)裂紋的統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，小孔小環(huán)(小于14mil)的浮動(dòng)裂紋不太容易開裂，這當(dāng)然來自于進(jìn)入孔內(nèi)的焊料量，即不同熱量造成的差異效應(yīng)。

在PCB電路板的無鉛波峰焊或回流焊中，如果某些焊點(diǎn)中零件腳的可焊膜在過渡期間仍采用錫鉛或含鉛的錫鉛和銀(Sn36Pb2 ag，177)的處理層，則在形成焊點(diǎn)的固化過程中，會(huì)擠出少量的鉛，并移動(dòng)到PCB銅墊的最終冷卻處。焊接時(shí)由于鉛的阻礙，無法成功生產(chǎn)出必要的良性IMC(C  u6Sn5)，進(jìn)一步形成了熔點(diǎn)為179的Sn/Pb/Ag三元合金，大大削弱了強(qiáng)度。此外，由于穿過孔環(huán)表面的焊點(diǎn)的收縮，錐形焊料體將產(chǎn)生表面裂紋，甚至銅環(huán)將從襯底傾斜。在少量鉛的污染下，幾乎不可避免的會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)至銲點(diǎn)開裂和銅環(huán)上浮，并且由于板在Z方向的收縮，機(jī)會(huì)率大于上述不同步焊料。

此時(shí)可采用顯微切片法進(jìn)一步確認(rèn)其失效模式(失效模式)，或采用“差示掃描量熱儀”。差示掃描量熱法)，SAC305的熔點(diǎn)根據(jù)它當(dāng)?shù)氐匿I點(diǎn)去量？是多少一旦當(dāng)?shù)氐娜埸c(diǎn)低于210~C，就可以確認(rèn)它受少量鉛或鉍的影響，它的不健康作用降低了熔點(diǎn)。所以被日本客戶詆毀的“錫鋅鉍”低溫焊料幾乎肯定會(huì)浮裂。

焊點(diǎn)開裂的另一個(gè)重要原因是焊點(diǎn)局部區(qū)域的少量鉛可能成為亞大群，在305中與錫和銀形成Sn36Pb2 Ag的局部三元合金，其共晶點(diǎn)(共晶點(diǎn))僅為177，成為焊料體的最終凝固區(qū)域，往往在強(qiáng)度不足的情況下成為開裂的敏感點(diǎn)。因此，眾所周知，焊點(diǎn)是由大量的鉛和錫，組成的，其均勻材料的強(qiáng)度和強(qiáng)度真正來源于鉛的貢獻(xiàn)；但是鉛一旦變成微量污染，由于材質(zhì)不均導(dǎo)致強(qiáng)度不足，工程師就要填了。

二、鉍污染

鉍污染的可能來源是sn8zn  3bi(MP  191-195)；日商人經(jīng)常指定使用它，比如NEC。這種波峰焊(或回流焊)焊料熔點(diǎn)低，價(jià)格便宜，還可以減少含鋅后水分生銹的傾向。另一種焊料SnAgBi  (mp215)也是業(yè)界使用的，但是比較脆，容易長晶須。鉍的其他來源可能是電鍍鉛的錫鉍合金的可焊涂層，或由共晶合金42Sn58Bi(m.P138)熱浸處理的涂層。這種膜延展性差但脆性高，彎腳時(shí)容易開裂。由于焊料中的鉍在高溫下移動(dòng)到銅表面，導(dǎo)致后續(xù)容易開裂的苦惱，所以焊盤表面必須改為ENIG處理，但容易造成黑焊盤的問題，為什么不賠償呢？

一旦懷疑焊點(diǎn)強(qiáng)度不足可能是低熔點(diǎn)合金的焦點(diǎn)造成的，在加熱溫度流量突然變化的情況下，利用DCS的方法即可查出焊料的熔點(diǎn)。

PCBA加工

3.錫槽中的銅污染

SAC305或SAC3807焊料中的原始銅含量分別為0.5%和0.7%bywt，連續(xù)波焊接操作板面中的銅含量必然會(huì)不斷溶解到熔池中。一般的經(jīng)驗(yàn)是，整體熔點(diǎn)(MP)也會(huì)隨著銅含量的增加而上升，但在設(shè)定的操作焊接溫度(260-265)、行進(jìn)速度(例如1.0-1.2 m/min)下，當(dāng)然是不允許隨量產(chǎn)的任何變化而舞蹈的。因此，焊接溫度和熔點(diǎn)之間的差異變小(即，工作范圍的大小)，使得粘度增加，然后板面密距密線之間的橋和短路隨著響應(yīng)而逐漸增加。

此外，一旦銅含量超過安全上限(0.9%bywt)，就會(huì)在熔池中形成六角針狀的CuSn晶體。這種針狀I(lǐng)MC的熔點(diǎn)為415，比重為8.28，所以在比重為7.44的SAC305池中，靜置自然會(huì)變成沉泥，可以撈出來。對(duì)產(chǎn)線來說，正確的做法是，當(dāng)銅含量從原配方的0.5%或0.7%增加時(shí)，添加的焊料應(yīng)替換為無銅的SAC300(單價(jià)相同)，僅通過添加錫和銀合金附件，即可用來淡化液態(tài)錫中銅含量增加的弊端。但是一旦CuSn已經(jīng)形成；針狀I(lǐng)MC不能再重熔，冷卻(235)和靜置(2小時(shí))后才能從池底撈出，目前最好方法。否則，液態(tài)錫的流動(dòng)性會(huì)變差，容易發(fā)生短路，并且板面焊點(diǎn)不可避免地會(huì)出現(xiàn)針狀外觀，因此每兩周分析一次銅含量來測量產(chǎn)線是安全的

幸運(yùn)的是，無鉛焊料的后起之秀SCN錫銅鎳(比如日商)的NS的SN100C銅溶解度比SAC合金低很多，但也不能超過0.9%(原配方是0.7%)，否則焊點(diǎn)的強(qiáng)度也會(huì)有問題。這種SCN不僅溶銅慢，價(jià)格更便宜，而且焊點(diǎn)外觀比SA  C漂亮很多，缺點(diǎn)是熔點(diǎn)略高(227)，不過好在焊接溫度達(dá)到265-270就可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，而且供應(yīng)商也只是受日商N(yùn)S家族專利限制，無法選擇。

第四，鐵污染。

波峰焊槽由不銹鋼制成時(shí)，其中的鐵成分會(huì)在液體SAC的長期高溫下受到錫的侵蝕，形成FeSn針狀I(lǐng)MC，逐漸溶解到錫槽中(見前面的圖2)，導(dǎo)致錫槽泵中的重要部件損壞。最徹底的解決辦法方法就是把錫槽和配件換成鈦合金，一勞永逸的避免麻煩。一旦錫槽中液態(tài)焊料的鐵污染超過0.02%(百萬分之200)，焊點(diǎn)將顯示出類似沙子的外觀。