电路板无铅焊接允收规范

来源:本站作者:admin 日期:2023-07-10 浏览:

电路板厂家中新工法的出现,凡是板面少数还必须执行PTH的插孔波焊者,似可改为通孔中先印入尊龙人生就是博登录无铅锡膏,然后再将引脚挤入,于是只要经过一熔焊后,即可将贴脚与插脚同时焊牢。不过此种全新尝试,目前还在逐渐发展中。



图1.左图为銲点接触角大于90。接触角的示意图,右二图为球面接触角的示意图。



前言中新增者,还对无铅銲点外观目检规格加以说明,并与鍚铅者有所不同(事实上放鬆颇多)。为了减少争议起见,D版中特别附列多张彩色图样做为对比,且在右下角分别加贴黑底红圈与白字之无铅标志以示区别。而且还以两则黑点单列之条文,明白指出无铅銲点的特徵〈实际上就是的缺点),其他品质则与有铅之允收规格相同。两则条文如下:

1、表面粗糙(颗粒状或灰暗)

2、接角蜀角变大





橘皮状颍粒外貌的诠释无铅銲料之主流者为锡银铜SAC305或405 ,此等三元合金在热熔或冷固之过程中,很难达到共晶共熔组成的理想状态。一般熔焊操作的温时曲线,其峰温熔焊区段的升温与降温,保持正常情况时,则降温中SAC銲料中占最多量的锡会率先自行冷却而成为枝晶(之棒状突出物,其馀仍处于液态的共晶部份,且将随后冷却而成为较平滑的区间部份。因而总体外观上将出现许多颗粒状的突起,微切片中亦可清楚见到纯锡枝晶所均匀分佈的现象。而且另外形成Ag3Sn白色板条状的IMC也是有目共睹。事实上结构中颗粒状的纯锡枝晶对强度与可靠度的负面影响不大,反而是共晶区的微裂与Ag3Sn的IMC ,却是老化中开裂的起源。



图2、左二图为有铅插孔波焊与SMT贴焊的实物画面,右二图为无铅銲点之对比外观。



图3、左为无铅焊接所呈现BGA銲点之不均质组成,

其截面向外伸出者为Ag3Sn的板状结晶,

右图是SAC銲点经特殊蚀刻而突显Ag3Sn与Cu6Sn5之画面





镀通孔插脚波焊焊后发生吹孔,或SMT贴銲点呈现见底的针孔, 或外表之凹陷者,只要銲点尚能符合其他品质要求,则Class1可允收。但Class2与3却须视之为"製程警讯"。读者请注意,从品管与改善之原则看来,发生製程警讯时,客户方面必须见到改善方案与执行决心后,才能对现品考虑允收,是故『製程警讯』反而成了更为严肃的整体性问题。



图4、此五图中之1.2.3为典型之吹孔与针孔;而4与5则为銲点之表面凹陷。



图5、左图两引脚间已沾著大型之短路锡球,右图为众多扩散式的小锡球



图6、上二图为引脚间明显的搭桥短路,下二图为拖锡与锡网等严重异常。



液态无铅銲料流动性不足的诠释:

若将焊接峰温针对銲料熔点所高出的温度落差,解释成为"火力"或流动性时,对锡铅熔焊而言其火力平均为42℃ ,锡铅波焊平均可达67℃。但由于无铅銲料的熔点已较锡铅上升了 34℃或44℃,为了防止零组件与板材被强热所烫伤起见,只好将无铅熔焊与波焊的火力减弱为28℃与48℃。如此一来在火力不旺流动性变慢以致黏滞度增大下,当然就容易发生搭桥短路的诸多缺点了。



而且无铅波焊之锡池中,一旦铜污染量超过0.1%by wt时,则池中銲料的m.p还将再上升3℃。在不敢相对拉高峰温下,无铅焊接所需的火力当然就更为不足。此种液料动作之迟滞难免会发生拖泥带水的现象,于是各种狼狈不堪的锡桥锡网,等诸多不够乾淨俐落的严重缺点,也都一一现形。在无法除铜下只好添加纯鍚对铜污染予以稀释。



无铅波焊的焊温已高达265-270℃,对PCB板面上的各种铜件伤害极大。由于其熔(溶)铜速率加快与铜污染增多下,造成熔点上升流性而更加变慢下,不但板面遍佈破碎残锡外,而且銲点中与鍚池中所多的铜份,还会生成Cu6Sn5的针状结晶IMC。此种异物经由马达的扬波带出后,每每使得板面呈现荆棘满地与遍佈针状结晶的惨景,其后续还会引发更多的灾难。看样子无铅波焊快要走到了尽头,实在玩不下去了 。



图7、左为有铅焊接领域其峰温与火力的说明,右为无铅火力不足的图示表达。



当銲料已不再是共晶共熔之组成者,则热熔与冷凝过程中一定会出现浆态。此种固相与液相并存的状态,事实上相当不稳定,一旦自动输送中受到振动抖动等外力干扰时,不但局部銲料〈指纯鍚部份)会快速凝固形成骨状枝晶,或者出现应力条纹等明显外观;其表面有如青筋曝露血管突起之形貌者,特称之为"扰銲"。无铅銲点原本表面就已不够平滑,但若出现应力条纹太多又过份明显者,仍然是扰焊所致,三级板类仍均视为缺点。



至于表面贴装銲点的开裂,其原因也多半出自软弱浆态的时段中,遭到了过大应力的衝击,进而造成无铅銲点冷却后的开裂。三级板类均视之为缺点。此等拖泥带水的缺点在目前锡铅銲料中,也偶而会发生在波焊后的板面上,主要还是由于火力不足,流性迟缓,以致黏度增大所造成。



图8、从此D版三图中均可清楚看到发生应力线的外观。



图9、此D版二图均可见到銲点开裂的外观。



图10、波焊发生锡尖,主要原因就是火力不足与黏度太大所致。



由于PCB板厚Z方向的热胀系数(CTE),在无铅波焊的强热下平均达55-60 PPM/℃,而无铅銲料本身的CTE却仅只20-25 PPM/℃而已,以致尚未焊牢时就被CTE的差异所拉裂了 。若不幸无铅焊点中又出现铅污染或铋污染时,则还更是落井下石惨上加惨,有时焊点较牢者连铜环的外缘也被拉起。D版对于无铅波焊朝上之主板面浮裂者,三级板类均可允收。



事实上IPC各种规范均未涉及单面板的品质,主要原因是美国PCB与PCBA两大业界,多年来已不再生产单面板与单面板组装的产品,有所需求的美国品牌商,只要向亚洲业者购买最终之整机成为自已的品牌即可。因而单面板工艺所需的技术与品质文件都一向付之阙如。



图11、左为无铅波焊后第二面上銲环浮裂的现象,右为銲点开裂过大的外观



由于无铅銲料多半难以达到共晶组成,因而銲点在冷却固化的过程中,首先大部份纯锡会率先固化而成枝晶。此种高温中众多纯鍚枝晶间,尚存在高黏度的液态共晶式合金。一旦此种固液并存的浆态其维持之时间太长,或受到颇大外力振动干扰时,其最后待冷中央的液体部份,会形成强烈快速的冷却收缩,进而出现所谓的收口。



D版对此种无铅焊接裂缝颇大收口(见上图右)的允收规格是:銲体裂口尚未太深仍可见到锡底;亦或此种裂口尚未触及到引脚、銲垫或孔铜壁等基底者,则仍可允收。倘若无铅銲点之收口或裂口已见不到锡底,或已直接碰触到引脚或銲垫者,则仍然视为缺点。至于有铅焊接者,其銲点一向不允许出现收口或热裂口 。



首页
电话
短信