前面一篇介紹了pcb線路板無(wú)鉛焊接中任意出現(xiàn)的焊點(diǎn)空洞，本文將介紹電路板無(wú)鉛焊接中的另外兩種隱憂：焊環(huán)浮裂與引腳錫須。
SAC所形成的焊點(diǎn)與PCB之間還將存在更多的應(yīng)力，而此應(yīng)力又將是波焊后其焊點(diǎn)填錫浮離的主要成因。
零件腳必須先要做上可焊性之皮膜，對(duì)于無(wú)鉛製程之實(shí)戰(zhàn)性皮膜而言，目前只有電鍍純錫層可用。焊接后全未沾錫的上半引腳，其后續(xù)老化過(guò)程中一定會(huì)生須，而且還都是危險(xiǎn)的長(zhǎng)須；連高錫成份的焊點(diǎn)本身也會(huì)生出矮胖的短須，程度上自不如前者那麼嚴(yán)重。從多量的焊點(diǎn)切片看來(lái)，無(wú)鉛焊接在空洞方面，的確要比目前的有鉛焊接要來(lái)得嚴(yán)重。而波焊后焊點(diǎn)從銅環(huán)上的浮離，或連帶孔環(huán)也從基材上翹起，都極少在有鉛焊接中發(fā)生過(guò)。至于錫須則幾乎已成為高純度鍍錫與焊錫難以避免的宿命，本文將針對(duì)此二項(xiàng)與焊接有關(guān)的缺點(diǎn)加以探討，期能在排解困難與預(yù)防方面有所助益。
有鉛共熔合金之波焊時(shí)，倘若錫池中發(fā)生銅污染時(shí)，則其IMC某些位置也會(huì)朝向焊點(diǎn)射出Cu6Sn5的針狀結(jié)晶，對(duì)焊點(diǎn)強(qiáng)度亦將形成負(fù)面影響。
一、焊環(huán)浮裂
無(wú)鉛波焊(例如S A C 305)約在260一2 6 5℃的峰溫下，經(jīng)歷約4秒以上的焊接反應(yīng)，其隨后的固化過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生：
（1）填錫主體自銅環(huán)表面的浮起，而且板子上下兩面焊環(huán)都會(huì)浮裂；
（2）甚至連帶銅環(huán)也一併自樹(shù)脂基材表面上浮離(Pad Lifting) ；
（3）插腳焊點(diǎn)填錫的撕裂(Hot Tearing) ；等三種差異不大的劣質(zhì)焊接情形。
（一）、鉛污染與含鉍焊料之填錫浮起
當(dāng)進(jìn)行無(wú)鉛焊接時(shí)，在焊料、零件腳、與焊墊等三種參與成員中，都必須要達(dá)到全部無(wú)鉛才行。否則任何一方面含有鉛量時(shí)，都將會(huì)造成銅錫介面互熔結(jié)合處的不牢，進(jìn)而發(fā)生固化后容易開(kāi)裂的“鉛污染”負(fù)面效應(yīng)。此乃由于無(wú)鉛焊點(diǎn) 。中一旦出現(xiàn)少許的鉛份，則焊接反應(yīng)的錫銅I M C產(chǎn)生過(guò)程中，鉛會(huì)加速的朝介面移動(dòng)，進(jìn)而妨礙了Cu6Sn5，良性IM C的生成，以致無(wú)法形成強(qiáng)力的焊點(diǎn)。
此點(diǎn)與含鉍焊料出現(xiàn)的“鉍裂”(B i s m u t h S e g r e g a t i o n)在機(jī)理上頗為相似，所差異處只是后者液態(tài)焊點(diǎn)中，少許離群的鉍量，卻是出自S n／B i~卻的枝狀固體時(shí)，被該固體所趕出在外的游離份子，進(jìn)而朝向銅墊表面移動(dòng)并阻止了Cu6Sn5的形成，亦經(jīng)常發(fā)生“填錫體”(Fillet)與銅面的分離。
其次由于無(wú)鉛焊接的高溫與長(zhǎng)熱，造成Cu6Sn5層的增厚(一般正常I M C只有2-3μm)，此種銅層大幅流失的現(xiàn)象，很容易在切片上看到。I M C太厚了其結(jié)合強(qiáng)度與后續(xù)使用壽命當(dāng)然也隨之減少。
（二）、銅環(huán)浮離(Pad Lifting)
當(dāng)焊環(huán)寬度變窄與板厚增大時(shí)，其焊后冶卻收縮的過(guò)程中，會(huì)見(jiàn)到焊料在XY方面的熱脹系數(shù)(CTE)超過(guò)板材，而板材卻又在Z方向的CTE大于焊料；兩種惡勢(shì)力的合作下，難免將造成銅環(huán)自基材表面的浮離。此種遭受強(qiáng)大熱應(yīng)力(Thermal Stress)而發(fā)生的浮環(huán)異常,早巳在業(yè)界時(shí)有發(fā)生并不稀奇。
（三）、焊點(diǎn)撕裂
凡焊料的組成份(C O mp O S it i 0 n)偏離其共熔合金組成者(Eut e C t i C A 11 O y)，則冷卻固化中都會(huì)出現(xiàn)對(duì)強(qiáng)度不利的漿態(tài)(P a S ty Ran g e)。此種危險(xiǎn)的時(shí)段中，一旦輸送中又發(fā)生震動(dòng)時(shí)，其焊點(diǎn)結(jié)晶組織中就會(huì)存在微裂，其外表也經(jīng)常呈現(xiàn)結(jié)晶粗糙不平滑之皺紋。且事后的老化(A g i n g)將更令其微隙持續(xù)劣化而變成巨裂。無(wú)鉛焊料S A C的三元合金，連原始配方都很難達(dá)到共熔組成，何況是量產(chǎn)中不斷受到銅份的滲入，要想完全避免焊點(diǎn)之撕裂，其實(shí)并不容易。尤其某些產(chǎn)品還要進(jìn)行多次焊接，完全保證不裂當(dāng)然就難上加難了。
二、引腳錫須
零件腳電鍍純錫后，其皮膜會(huì)逐漸冒出單晶式的錫原子長(zhǎng)須，此種異?，F(xiàn)象早在1940年代即已出現(xiàn)在文獻(xiàn)中。后來(lái)197 0年間美國(guó)太空總署(NA S A)某人造衛(wèi)星中之關(guān)鍵元件，發(fā)生因錫須而失效的嚴(yán)重災(zāi)情時(shí)，才引起世人對(duì)錫須的認(rèn)知。其實(shí)不只是電鍍純錫層會(huì)冒出很長(zhǎng)的錫須(2 50μm以上)，連高錫量的無(wú)鉛焊料(含S n 9 5％以上)，也會(huì)長(zhǎng)出不太危險(xiǎn)的粗短錫錐或錫樁，只有加入重量比1 O％以上的鉛量后，錫須才不再發(fā)生。
且由于無(wú)鉛焊料沾錫時(shí)間(wetting Time)較長(zhǎng)以致動(dòng)作遲緩，進(jìn)而造成接觸角太大，常使得焊墊邊緣發(fā)生露銅。且無(wú)鉛焊點(diǎn)也因加速冷卻下經(jīng)常出現(xiàn)撕裂，下二圖即為典型的實(shí)例。
左爲(wèi)無(wú)鉛焊接之墊面外緣露銅，右爲(wèi)無(wú)鉛焊焊點(diǎn)被拉裂之俯視外觀。
三、結(jié)語(yǔ)
無(wú)鉛焊接在政治壓力與商業(yè)利益交織下，目前已成為smt貼片加工廠家勢(shì)不可擋必將到來(lái)到業(yè)界的大革命。所有生產(chǎn)P C B之廠商與P C B A之組裝業(yè)者，都將會(huì)蒙受極大的災(zāi)難。而此二業(yè)界也多半集中在亞洲，臺(tái)灣與中國(guó)大陸尤其是首當(dāng)其衝。屆時(shí)無(wú)窮的煩惱必將傷透無(wú)盡的腦筋，最好還是先做好心理的準(zhǔn)備，以儘量減少可能的傷害。
標(biāo)簽: pcba
