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)生銲點自圓環(huán)體的破裂。當(dāng)IMC生長良好且強(qiáng)度大時，可能會出現(xiàn)焊點本身撕裂的情況。從大量焊環(huán)，浮動裂紋的統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，小孔小環(huán)(小于14mil)的浮動裂紋不太容易開裂，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，則在形成焊點的固化過程中，會擠出少量的鉛，并移動到PCB銅墊的最終冷卻處。焊接時由于鉛的阻礙，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，幾乎不可避免的會出現(xiàn)導(dǎo)至銲點開裂和銅環(huán)上浮，并且由于板在Z方向的收縮，機(jī)會率大于上述不同步焊料。

此時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的熔點根據(jù)它當(dāng)?shù)氐匿I點去量？是多少一旦當(dāng)?shù)氐娜埸c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。所以被日本客戶詆毀的“錫鋅鉍”低溫焊料幾乎肯定會浮裂。

焊點開裂的另一個重要原因是焊點局部區(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(共晶點)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。因此，眾所周知，焊點是由大量的鉛和錫，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)焊料熔點低，價格便宜，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，彎腳時容易開裂。由于焊料中的鉍在高溫下移動到銅表面，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？

一旦懷疑焊點強(qiáng)度不足可能是低熔點合金的焦點造成的，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。

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不斷溶解到熔池中。一般的經(jīng)驗是，整體熔點(MP)也會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)，就會在熔池中形成六角針狀的CuSn晶體。這種針狀I(lǐng)MC的熔點為415，比重為8.28，所以在比重為7.44的SAC305池中，靜置自然會變成沉泥，可以撈出來。對產(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，添加的焊料應(yīng)替換為無銅的SAC300(單價相同)，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)后才能從池底撈出，目前最好方法。否則，液態(tài)錫的流動性會變差，容易發(fā)生短路，并且板面焊點不可避免地會出現(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%)，否則焊點的強(qiáng)度也會有問題。這種SCN不僅溶銅慢，價格更便宜，而且焊點外觀比SA  C漂亮很多，缺點是熔點略高(227)，不過好在焊接溫度達(dá)到265-270就可以實現(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，其中的鐵成分會在液體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)，焊點將顯示出類似沙子的外觀。