无铅锡膏波焊特殊现象与焊料介绍

1、QFP二受热銲点劣化

问题：电路板正面某些QFP引脚在无铅锡膏已先行回焊牢固后，当其再次进入底面进行无铅波焊之二次高热中，偶而会发现有几隻脚会出现熔脱浮离之不良现象(事实上电路板反面二次回焊者将会更惨)。

方法：完全排除任何铅的来源，避免使用含铋的引脚皮膜或銲料，彻底杜绝局部低熔点的发生才是正途。

2、不可多次波焊以免失环

採SAC合金进行波焊者，其锡温常高达260一265℃经4—5秒之强热锡波接触后，待焊面PTH孔缘已遭严重蚀铜，故最好的解决办法是只实施单次波焊。一旦还需要二次过波补焊时，不但孔缘铜层更被蚀薄，甚至一旦见底断开时，则底板面上的铜环即可能遭到锡波的衝刷带走而造成失环。故儘可能不要进行二次波焊以减少报废。

3、底板面亦可进行QFP的波焊

当电路板需要SMT元件双面贴焊，而电路板底面亦另有QFP主动元件，同时还需通孔插脚之波焊者，电路板厂一般做法是正板面先行锡膏回焊，然后将板子翻面架空再对底面印刷锡膏，把所有SMT大小元件再次进行架空回焊。最后才对插脚元件在托盘保护下进行底面局部波焊。如此一来总共要经过三次无铅的强热折磨，电路板材及各种元件均将遭到严重的伤害。

4、顶面孔环应加以缩小

PCB现行的各种设计规范或工具(Layout软体)，多半是延续历年来有铅焊接的成规。事实上无铅銲料由于内聚力增大以致沾锡能力(指上锡或散锡)较差，正常扬波泵浦之转速下，欲推送锡波~，I／L顶甚至溢出而沾满正面孔环者，其机会已经不多OJ—STD一001D在其表6—5中对Class2、3的板类，也只要求进孔锡量到达7 5％即已及格。因而顶面孔环无需保持与底面相同大小，否则OSP皮膜之顶环者徒然留下外围无锡的露铜，该已受损之O S P皮膜，很难保证铜面于后续使用中不致生锈与迁移。

5、多孔区填锡会造成爆板

老式设计在BGA腹底板中经常密设众多通孔，做为多层佈线的层间互连功用。当此等密孔区通过锡波填锡的瞬间，所涌入的大量热能必将考验多层板在Z方向忍耐的极限，而经常造成板体Z方向的进裂甚至断孔。另外还有一种密孔区的填锡是为了连接器的引脚插焊，此时涌锡所挟带的热量虽仍很大，但部份却被引脚所吸收，因而其板材Z方向的进裂反倒比空孔还低一些。此等危机只要孔铜厚度还够(0.7 mil以上)，镀铜层的延伸率(Elongation)尚能维持在2 0％以上者，在纵横比还不算太高者尚不致发生断孔的悲剧。

二、无铅锡膏波焊焊料

1、锡银铜合金SAC Alloy

无铅波焊众多焊料中，以锡银铜最被各种学术团体及OEM与ECM等大公司所认同，其中主流SAC305者为日本千住金属之专利。其次SAC405或SAC3807是美国爱荷华大学的专利，其馀SAC3713 、 SAC410 、 SAC3205 、SAC4717等则较少见到。一般而言降温用的Ag量约在3.0-4.0wt%之间，铜量约在0.5-0.9wt%之间，其熔点（mp)则因测试仪器不同又各异。甚至同採微差扫瞄卡计DSC对不同来源的样本〈例如来自锡棒与锡池者）测量者，则亦有少许差别。故知三相合金SAC305号称共熔点为217℃者，其实上只是一种理论数値或少量刻意小心的配方而已，一般商品实测mp的范围将有217-221℃的变化。

2、锡铜合金SC Alloy

此种81199.3 + Cu0.7的共熔合金，其重量单价虽只有Sn63的1 .3倍而稍贵，但却较贵。便宜颇多，但其共熔点却又差强人意的高出10℃而达227℃ 。更不幸的是此SC生长锡鬚的速度不但比SAC快，甚至比纯锡镀层还要快。冷却后的外观也更为粗糙而裂口亦更多，溶铜速率几乎快到了不行！

现行市场中无论是喷锡或波焊，似乎已找不到用户了 。不过零件脚之表面处理却可能採用电镀锡铜或浸镀锡铜，其成本要比SAC电镀层便宜。然而目前此等镀液的成熟度都还有问题。

3、锡铜镍SCN Alloy

上述SC合金中只要加入0.02-0.05wt%的镍后，整体品质竟然完全改观，其良好表现著实令人刮目相看。然而这种优异波焊或喷锡的焊料，已被日商NS申请专利，其商品SN100C也成为喷锡与波焊的热门生意了。此种SCN的熔点虽仍为227℃，但其溶铜速率却大幅降低，进而可减缓因溶铜而熔点上升的趋势(通常锡池中每增0.1wt％之溶铜量者，其mp约上升3℃)。SCN此种减少溶铜抑制熔点上升，使得液态焊料之黏度不致大增下，搭桥短路或缩锡等不良行迳，当然也就大大为之减少了。

4、锡银合金SA Alloy

锡96.5％bywt与银3.5％bywt之比例者，为两相之共熔合金焊料(m.P.221℃，一旦Ag超过5％则其熔点将会大幅上升)，此料之沾锡品质与后续强度都还不错，早先曾用于汽车零组件(如Ford公司)与水管主干之焊接用途，也可用于零件脚的无铅表面皮膜处理。由于不含铜份故用于PCB 焊接时，很容易遭到铜的侵入，不太适合于波焊。不过当採用SAC3O5之波焊者，一旦其锡池中含铜量超过0.85％bywt，将因熔点上升但操作温度却又无法同步拉高下，导致黏度变大拖泥带水而容易引发搭桥短路等问题。因而添加补充锡池之耗量时，可採只加SA不加SAC的方式以降低其含铜量。然而已经形成Cu6S n5之针状IMC者，则将因无法回熔，此种工MC之熔点为415℃，只好予以捞除)情况下，只能做为SAC液态合金冲淡其溶铜量之用途。