谈无铅焊锡回流焊后锡面发黄
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为什么轻触开关过回流焊后会发黄?
轻触开关使用的时候发黄是什幺事,因为导致的呢?下面给大家介绍一下。
轻触开关在生活中的应用很广泛,其厂家也很多,有的客户反映,轻触开关在过炉或是过回流焊后为啥会变黄,对于这个问题讯普小编来做一些详情介绍。
会造成轻触开关过回流焊后变黄大多是选用6T塑胶料,由于6T塑胶料自身就对比简单吸收水份,假如这塑胶吸收的水份对比少的话,估量按键在受热后改变不是很显着,但要是吸收的水份对比多的话变色就十分的显着但是对按键键自身的功能以及寿数是不影响的,由于改变的只是按键的外观色彩。
有很多客户误以为是按键不耐高温,本来不是的.要是不耐高温的话表现是塑胶的基座会变形或是塑胶基座熔化以及弹片变形等症状。
如果客户仍是忧虑这幺的状况会影响到轻触开关的品质,建议客户选用LCP料。
由于LCP料对比脆,不易吸收水份这幺在过回流焊后就不会轻触开关出现变色这种现像。
由于其体积小,寿命长,轻快的按触感等优点,使得在家用电器等很多领域得到广泛应用,而随着人民生活水平的不断提高,这些家用电器的更新换代越来越快,其需要的数量会越来越大,这也是我们看好它发展前景的最大潜力方向。
表贴式轻触开关的常见问题包括但不限于手感,附着力,盖子脱落,轻按不导通,电阻值偏高,过炉后按不动,下面详细分析一下轻触开关。
SMT无铅焊接问题大全以及解决方法1、焊接缺陷分为主要缺陷、次要缺陷和表面缺陷:a.主要缺陷导致产品的SMA功能失效。
b.次要缺陷是指焊点之间润湿尚好,SMA功能正常,但会影响产品的寿命。
c.表面缺陷是不影响产品的寿命和功能(通常以生产工艺、外观、来签别)。
(深圳BGA 焊接)2、问题形成及处理方案:A.锡珠原因:在元器件贴装过和中,焊膏被置放于片式元件的引脚与焊盘之间,如果焊盘和元件引脚润湿不良(可焊性差),液态焊料会收缩而使焊缝不充分,所有焊料颗粒不能聚合成一个焊点。
部分液态焊料会从焊缝流出,形成锡珠。
a.在印刷工艺中由于模板与焊盘对中偏移导致焊膏流到焊盘外。
b.贴片过程中Z轴的压力过太瞬间将锡膏挤压到焊盘外。
c.加热速度过快,时间过短焊膏内部水分和溶剂未能完全挥发出来,到达回流焊接区时引起溶剂、水分沸腾,溅出锡珠。
d.模板开口尺寸及轮廓不清晰。
解决方法:a.跟进焊盘、元件引脚和锡膏是否氧化。
b.调整模板开口与焊盘精确对位。
c.精确调整Z轴压力。
d.调整预热区活化区温度上升速度。
e.检查模板开口及轮廓是否清晰,必要时需更换模板。
B.立碑(曼哈顿现象),元件一端焊接在焊盘另一端则翘立。
原因:a.元件两端受热不均匀或焊盘两端宽长和间隙过大,焊膏熔化有先后所致。
b.安放元件位置移位。
c.焊膏中的焊剂使元件浮起。
d.元件可焊性差。
e.印刷焊锡膏厚度不够。
解决方法:a.元件均匀和合理设计焊盘两端尺寸对称。
b.调整印刷参数和安放位置。
c.采用焊剂量适中的焊剂(无铅锡膏焊剂在10.5±0.5%)。
d.无材料采用无铅的锡膏或含银和铋的锡膏。
e.增加印刷厚度。
C.桥接(不相连的焊点接连在一起),在SMT生产中最常见的缺陷之一,它会引起元件之间的短路。
原因:a.焊锡膏质量问题,锡膏中金属含量偏高和印刷时间过长。
b.锡膏太多、粘度低、塌落度差,预热后漫流到焊盘外,导至较密间隙之焊点桥接。
c.印刷对位不准或印刷压力过大,容易造成细间距QFP桥接。
高速纯锡镀层回流焊变色原因和控制对策孙红旗;孙江燕;贺岩峰【摘要】探讨了高速纯锡镀层回流焊变色的原因,分析了框架基材和电镀条件对镀层回流焊变色的影响,提出了调整电镀工艺条件、加强镀液维护、采取适当镀后处理等控制镀层回流焊变色的措施.【期刊名称】《电镀与涂饰》【年(卷),期】2016(035)015【总页数】4页(P808-811)【关键词】纯锡镀层;高速电镀;回流焊;变色;后处理【作者】孙红旗;孙江燕;贺岩峰【作者单位】上海新阳半导体材料有限公司,上海201616;上海新阳半导体材料有限公司,上海201616;上海新阳半导体材料有限公司,上海201616;长春工业大学化学工程学院,吉林长春 130012【正文语种】中文【中图分类】TQ153.13;TG178First-author's address: Shanghai Sinyang Semiconductor Materials Co.,Ltd., Shanghai 201616, China随着无铅化进程的推进,目前纯锡电镀或无铅合金电镀在集成电路引线框架、被动元器件和连接器行业已经成为一种广为接受的锡铅电镀的替代品[1]。
但无铅纯锡回流焊温度比锡铅回流焊温度要高,当回流焊温度从235 °C提高到260 °C时,纯锡镀层在回流焊过程中容易发生变色[2]。
因此,探索与解决纯锡镀层回流焊变色问题对电子封装无铅制程相当重要。
本文主要对高速纯锡镀层回流焊变色原因进行分析,并提出了一些行之有效的抑制镀层回流焊变色的方法。
镀层回流焊变色的直接原因是纯锡镀层表面氧化[3],即高温情况下镀层表面发生氧化变色,表现为镀层在回流焊条件下(对纯锡镀层而言,峰值温度为260 °C)处理一定时间后镀层表面变色,从黄色到棕色,甚至紫色。
当对纯锡镀层进行不同的热处理时,会因不同的热处理条件而产生不同厚度的氧化层,回流焊工艺温度和时间直接影响到镀层的可靠性和变色程度[4]。
无铅手工焊面临的问题与解决方法一、无铅焊料使用时的问题点无铅手工焊接在焊料的选择上有一定的限制,譬如Sn-Zn系合金、Sn-Bi系合金的线体成形性较困难,且合金本身易氧化。
或者使用中与焊剂的反应存在问题。
一般不采纳这二种无铅焊料。
目前推举使用的是熔点在210~230℃ Sn-Cu系合金和Sn-Ag-Cu系合金焊料。
众所周知,由于无铅焊料的流淌性差,使焊接时的扩展性(润湿性)大大不如原来的63-37共晶焊料,其扩展性只有原来的三分之一程度。
这种性质的焊料在展开手工焊时,不仅会对应组装基板与元件,也会体现在焊接用烙铁头部,尽管作业中想提高一些焊接温度,但对改善焊料的扩展性作用是不大的。
无铅焊料的熔点,比原来的焊料要高出20~45℃,因此手工焊时必须提高烙铁头的温度,通常使用的焊接温度是焊料的熔点温度加上50℃左右较妥当。
考虑到焊接用烙铁头温度会由于本身功率及头部重量而存在差异,故温度的设定要比焊接温度高100℃左右。
原来63-37共晶焊料的烙铁头温度约在340℃左右,使用Sn-O.7Cu焊料时的温度约在380℃.关于手工焊接来讲,超过350℃以上时已作为界限温度,这种状态下的焊接可加快烙铁头的损耗,在超出焊剂的活性范围时易产生焊剂的碳化,降低焊剂的活性效果,这也会成为焊接中常见的焊剂或焊料飞溅的缘故。
二、手工焊接的注意点及解决方法由上所述,在采纳直接加热方式进行无铅手工焊时,稍不注意就会产生各种各样的问题。
这些问题的发生讲明了正是由于无铅焊料所具的固有特性,使用中就容易出现不良。
我们在制定焊接工艺时,能够抓住下面几个差不多要点:①烙铁头温度的治理②焊接基板、部品等表面状态的治理③焊剂的选择、效果衡量及作用另外,要做到良好的无铅手工焊,作为重要因素的使用工具方面,以下几个要点是必须考虑的。
2.1 使用热恢复性能优良的烙铁在无铅手工焊场合,烙铁头的温度势必要比焊料的熔点高出20~45℃,考虑到被焊元件本身的耐热性和稳定地进行焊接操作,烙铁温度最好设定在350℃~360℃范围,这是为了执行良好的手工焊接而采纳偏低温度的一种做法。
焊接表面发黄的原因随着焊接技术的不断发展,焊接的应用范围也越来越广泛。
但是在实际的焊接工作中,有时候会遇到焊接表面发黄的情况。
那么,究竟是什么原因导致焊接表面发黄呢?本文将为大家详细介绍。
首先,导致焊接表面发黄的原因有很多种,其中最主要的一个原因是氧化。
当焊接金属表面暴露于空气中时,就会和空气中的氧气发生反应,形成氧化层。
这个氧化层的颜色就是黄色,因此,长时间的暴露在空气中会导致焊接表面发黄。
除了氧化之外,焊接表面发黄的另一个原因是焊接过程中使用的材料。
如果使用的焊接材料不够纯净,其中可能会含有一些杂质,这些杂质在焊接过程中会和铁发生反应,形成一层黄色的物质,这就是黄铁矾。
而黄铁矾的出现,会使得焊接表面变得黄色。
但是,除了上面两种原因之外,还有一些其他因素会导致焊接表面发黄。
比如说,焊接时的温度过高。
因为焊接过程中需要高温,所以当温度过高时,就会出现一些化学反应,从而导致焊接表面发黄。
此外,如果焊接表面存在水分或者油脂等物质,也会对焊接表面的颜色产生影响。
这些物质容易在焊接时被加热气化,从而导致焊接表面变得黄色。
除了上述原因之外,在实际的焊接工作中,焊接面板、焊丝等材料的选择也会对焊接表面的颜色产生影响。
如果选择的材料质量不好,或者是材料规格不符合要求,那么焊接表面就会发生变化。
不论是哪种原因导致的焊接表面发黄,都会对焊接质量产生影响。
焊接表面发黄不仅会影响焊接的美观度,也会降低焊接的质量,因此,在实际的焊接工作中,我们需要注意以下几点:首先,注意选择好的焊接材料和设备,确保其质量符合标准,同时选择与焊接面板匹配的焊接丝,避免因为规格不符合要求而造成的焊接表面发黄。
其次,注意焊接环境的干燥和清洁,避免水分、油脂等物质的污染,以防止焊接表面发黄。
最后,控制好焊接的温度和时间,在控制范围内,不要让焊接表面过于受热,避免因为温度过高而导致的焊接表面发黄。
综上所述,焊接表面发黄是焊接工作中的一种常见问题,而其产生的原因也是多方面的。
无铅手工焊面临的问题与解决方法一、无铅焊料使用时的问题点无铅手工焊接在焊料的选择上有一定的限制,譬如Sn-Zn系合金、Sn-Bi系合金的线体成形性较困难,且合金本身易氧化。
或者使用中与焊剂的反应存在问题。
一般不采用这二种无铅焊料。
目前推荐使用的是熔点在210~230℃Sn-Cu系合金和Sn-Ag-Cu系合金焊料。
众所周知,由于无铅焊料的流动性差,使焊接时的扩展性(润湿性)大大不如原来的63-37共晶焊料,其扩展性只有原来的三分之一程度。
这种性质的焊料在展开手工焊时,不仅会对应组装基板与元件,也会体现在焊接用烙铁头部,尽管作业中想提高一些焊接温度,但对改善焊料的扩展性作用是不大的。
无铅焊料的熔点,比原来的焊料要高出20~45℃,因此手工焊时必须提高烙铁头的温度,通常使用的焊接温度是焊料的熔点温度加上50℃左右较妥当。
考虑到焊接用烙铁头温度会由于本身功率及头部重量而存在差异,故温度的设定要比焊接温度高100℃左右。
原来63-37共晶焊料的烙铁头温度约在340℃左右,使用Sn-O.7Cu焊料时的温度约在380℃.对于手工焊接来说,超过350℃以上时已作为界限温度,这种状态下的焊接可加快烙铁头的损耗,在超出焊剂的活性范围时易产生焊剂的碳化,降低焊剂的活性效果,这也会成为焊接中常见的焊剂或焊料飞溅的原因。
二、手工焊接的注意点及解决方法由上所述,在采用直接加热方式进行无铅手工焊时,稍不注意就会产生各种各样的问题。
这些问题的发生说明了正是由于无铅焊料所具的固有特性,使用中就容易出现不良。
我们在制定焊接工艺时,可以抓住下面几个基本要点:①烙铁头温度的管理②焊接基板、部品等表面状态的管理③焊剂的选择、效果衡量及作用另外,要做到良好的无铅手工焊,作为重要因素的使用工具方面,以下几个要点是必须考虑的。
2.1 使用热恢复性能优良的烙铁在无铅手工焊场合,烙铁头的温度势必要比焊料的熔点高出20~45℃,考虑到被焊元件本身的耐热性和稳定地进行焊接操作,烙铁温度最好设定在350℃~360℃范围,这是为了执行良好的手工焊接而采用偏低温度的一种做法。
无铅喷锡SMT上锡不良的几种分析思路无铅喷锡在SMT上锡不良的几种分析思路1、无铅喷锡的历史演变:热风整平作为一种PCB焊锡面的表面处理方式在PCB行业已广泛应用了数十年,然而自WEEE(Waste from Electrical and Electronic Equipment)和ROHS(Restriction of Use of Hazardous Substances)的先后出台,所有电子产品无铅化的转变让所有人意识到有铅制程的气数已尽。
国内也于2007年6月份开始了无铅化的进程推进,无铅的表面处理方式也随之发展。
于是出现了多种无铅表面处理方式:(1)化学浸镍金(ENIG:Electroless Nickel and Immersion Gold)。
(2)化学浸锡(I-Tin:Immersion Tin)。
(3)化学浸银(I.Ag:Immersion Sliver)。
(4)有机保护膜(OSP:Organic Solderability Preservatives)。
(5)无铅焊料热风整平(HASL:Tot Air Solder Levelling)。
本文重点介绍此种表面处理方法在SMT生产过程中上锡不良的几种因素及处理对策。
2、无铅喷锡的工艺方法:要解决无铅喷锡在SMT生产时出现上锡不良,首先得对无铅喷锡工艺有个详细的了解。
下面介绍的为无铅喷锡工艺方法。
无喷锡分为垂直喷锡和水平喷锡两种,其主要作用为:A、防治裸铜面氧化;B、保持焊锡性。
喷锡的工艺流程为:前清洗处理→预热→助焊剂涂覆→垂直喷锡→热风刀刮锡→冷却→后清洗处理A.前清洗处理:主要是微蚀铜面清洗,微蚀深度一般在0.75-1.0微米,同时将附着的有机污染物除去,使铜面真正的清洁,和融锡有效接触,而迅速的生成IMC;微蚀的均匀会使铜面有良好的焊锡性;水洗后热风快速吹干;B.预热及助焊剂涂敷预热带一般是上下约1.2米长或4英尺长的红外加热管,板子传输速度取决于板子的大小,厚度和其复杂性;‘60mil(1.5mm)板子速度一般在4.6-9.0m/min之间;板面温度达到130-160度之间进行助焊剂涂敷,双面涂敷,可以用盐酸作为活化的助焊剂;预热放在助焊剂涂布以前可以有效防止预热段的金属部分不至于因为滴到助焊剂而生锈或烧坏;C.沾锡焊锡:融锡槽中含锡量约430公斤左右,为纯锡或SN100C共熔eutectic组成的焊锡合金,温度维持在260度左右;为避免焊锡与空气接触而滋生氧化浮渣,在焊锡炉的融锡便面故意浮有一层乙二醇的油类,该油类应考虑与助焊剂之间的兼容性compatible;板子通过传输轮滚动传输速度约9.1m/min,在锡炉区有三排上下滚轮,停留时间仅约2秒;前后两组滚轮之间的跨度为6英寸,滚轮长度为24英寸以上,故可以处理的板面上限为24英寸;上下风刀劲吹,上下风刀之间的间距为15-30mil,风刀与垂直方向的月呈2-5度倾斜有利于吹去孔内的锡及板面的锡堆;D.热风压力设定的相关因素:板子厚度,焊盘的间距,焊盘的外形,沾锡的厚度(垂直喷锡中为了防止风刀与已变形的板面发生刮伤,风刀与板面之间的距离相当宽,故容易造成焊盘锡面的不平)E.冷却与后清洗处理:先用冷风在约1.8米的气床上由下向上吹,而将板面浮起,下表面先冷却,继续在约1.2米转轮承载区用冷风从上至下吹;清洁处理除去助焊剂残渣同时也不会带来太大的热震荡thermal shock3、无铅喷锡PCB的几个关键点:A.水平喷锡的厚度:2.54um(100mil),5.08 um (200mil),7.62 um (300mil),可以通过微切片测定锡厚:细抛光后用微蚀方法找出铜锡合金之间的IMC厚度,微蚀药水的简单配制:双氧水与氨水1:3的体积比微蚀10-15秒钟;IMC的厚度一次喷锡一般在6微英寸(0.32um),2次在8个微英寸左右(0.447um);喷锡厚度可以用x-ray荧光测厚仪测定.B.喷锡厚度与风刀的关系:焊盘上能够保留的锡厚受两种作用力因素影响:a.表面张力surface tension决定最后平衡后的着锡厚度,焊盘的面积大时,其固化后着锡的厚度也较高b.风刀的压力;风刀压力大,最后着锡的厚度也会降低,外形较小的焊盘其表面张力通常比较大,可耐得住热风刀的推刮,故可以留下较厚的焊锡;外形较大的焊盘,表面张力较小,热风刀会刮去较多的锡,仅在焊盘末端留下较小的锡冠cresb;C.通孔壁上的锡厚:孔壁上由内层平环引出或延伸者,会造成一座散热座heat sink效应,使喷上的融锡比较容易冷却固化,固锡层较厚.一般无孔内平环的镀通孔内孔内所能保持的锡厚与通孔的纵横比似乎并无明显的关联;孔拐角处锡厚约0.75微米30微英寸左右,从孔两端转拐角到孔中心,锡厚渐增;孔径的缩减量约为18-30微米,以孔中央缩小得最为显着,该处沾锡层最厚;D. 喷锡完后的PCB表面俯视图:E. 喷锡完后的PCB纵切面图:4、IMC Intermetallic compound:对无铅喷锡有个基本概念后,在无铅喷锡的过程中,IMC是喷锡能完成的关键因素,因此本节来对IMC 进行解读。
在无铅环保产品的生产中,因为有许多用户导入无铅进程比较迟,所以往往会觉得无铅锡线和无铅锡条的使用效果比不上有铅锡线和有铅锡条。
众所周知,其实无铅产品无论在焊点方面还是牢固度方面都是要比有铅产品稍为逊色。
那么,我们应该如何解决无铅焊锡焊点不理想的问题呢?请注意以下几个方面:
1、上锡后产生了黄色焊点:产生这个现象是因为焊锡温度过高造成,应立即查看锡炉温度或烙铁头温度及温控器是否故障;
2、上锡后焊点凹凸不平:
主要现象表现为:焊点整体形状不改变,但焊点表面呈砂状突出表面。
请注意结晶体:必须定期检验焊锡内的金属成分,可要求供应商或委托第三方检验机构进行产品抽检;
检查锡渣:在焊接过程中,因锡液内含有锡渣而致使焊点表面有砂状突出,这时要注意锡槽焊锡液面是否过低,建议向锡槽内追加焊锡并清理锡槽周边;
注意外来物质:因为PCB板上的边角料、绝缘材等隐藏在零件脚内,在焊接的过程中就会因为杂质的存在而产生影响;
3、上锡后焊点暗淡:
产生该现象可分为二种情况看待:
(1)上锡后已经有一段时间(约半年左右),焊点颜色变暗:焊点因为正常氧化而产生此类现象;
(2)上锡后焊点即为灰暗:必须坚持定期检验焊锡内的金属成分;有机酸类的助焊剂在热的表面上或残留过久也会产生某种程度的灰暗色,建议在焊接后立刻清洗。
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谈无铅焊锡回流焊后锡面发黄刘 浩 范银星(深圳和而泰智能控制股份有限公司,广东 深圳 518057)摘 要 热风整平焊锡是在PCB表面形成一层既抗铜氧化,又可提供良好的可焊性的涂覆层。
随着家电产品类终端客户对产品焊接可靠性严格的要求,外观的严格标准也渐渐纳入整个产品的质量需求。
往往许多热风整平焊锡产品在经过高温后,比如一次回流焊而发生锡面的发黄,在空气中放置一段时间后,发黄更加严重或发紫。
本文主要讨论锡面发黄的关键因子,并提出一些参考解决方案。
关键词 锡/铜/镍;再流焊;锡面;发黄;金属合金层中图分类号:TN41 文献标识码:A 文章编号:1009-0096(2019)02-0055-04About tin surface yellowing after the LF- solder reflowLiu Hao Fan YinxingAbstract Hot air solder leveling is the coated solder on PCB surface process which form a layer of copper oxidation resistance layer, and it can provide good weldability. As the electronic products end customers pose strict requirements, and the reliability of the product welding appearance has grown into the strict standards of the entire product quality requirements. Constantly many tin products after high temperature, such as reflow soldering, occurs tin yellowed on the surface, when placed in the air after a period of time, it is more serious or has black yellow defect. This article focuses on the key factors of the tin surface yellowing, and puts forward some solution suggestions for the reference.Key words Sn-Cu-Ni; Reflow Soldering; Tin Surface; Yellow; IMC随着欧美与中国ROHS(欧盟关于在电气电子产品中限制使用等有害物质的指令)法规的进一步加速覆盖,无铅化焊接是推动印制电路板(PCB)生产以及电子组装行业变革与发展的热点。
无铅化焊锡与传统的锡铅焊料想比,不仅组成体系不一样,而且在各自性能上存在很大的差异。
目前对无铅焊锡体系进行研究与开发,以锡(Sn)金属为基础的无铅焊锡可分为二元体系,三元体系,四元体系,但从低共(晶)熔点,表面张力,熔融焊锡与铜面的接触角度、焊接温度、焊锡助焊剂、润湿时间以及焊点耐疲劳强度方面考虑,三元体系的无铅焊锡被广泛的应用。
三元体系的无铅焊锡以Sn-Ag-Cu和Sn-Cu-Ni两者居多。
由于银的价格成本因素考虑以及银的焊点光泽度问题,往往PCB无铅热风整平焊锡采用Sn-Cu-Ni三元体系的无铅焊锡。
作为兴起的无铅表面处理工艺,其焊料性能方面仍然存在一些不足,最频出现的问题就是下游组装厂商在高温回流焊后,三元体系锡层很容易产生发黄问题。
本文从此类发黄的角度,通过理论与实际相结合,探讨如何避免发生此类的异常,满足客户外观要求。
1 无铅热风整平和回流焊过程1.1 无铅热风整平的过程先将PCB 放置于锡炉挂钩上,将清洁好的PCB 浸上助焊剂,浸入熔融的三元无铅焊锡槽,从两个空气风刀之间通过,用空气刀的热压缩空气把PCB 上多余焊锡吹掉。
排出金属化孔内的多余焊锡,使PCB 导线线路上没有焊料堆积,也不堵孔,得到一个平滑均匀而光亮的焊料涂覆层。
热风整平焊锡涂覆工艺示意图及设备(见图1)。
1.2 回流焊参数制程材料:锡膏,品牌:ALPHA 。
设备链速:(90±10)cm/min (见表1)。
2 回流焊后锡面焊盘发黄分析回流焊后外观检查锡面焊盘出现发黄,进行表面形貌观察和成分对比分析(见图2、图3、表2、图4)。
测试可见,发黄位置C 、O 元素含量增多,失效位置的富氧层(氧化层)比正常位置厚很多,图1 热风整平焊锡示意图及设备JTE100±10 120±10 140±10 160±10 190±10 210±10 235±10 235±10 255±10 260±10图2 SEM(扫描电子显微镜)锡面形貌图3 SEM(扫描电子显微镜)焊锡剖面形貌表面锡的表面已经氧化。
锡的氧化分为常温自然氧化和高温状态氧化,此种锡面层处在不同高温条件下,也会产生不同的氧化程度。
因此经过回流焊后,锡面形貌发生了改变,可能是锡面氧化所致,也有可能是锡中间夹着这有机物高温下分解所致。
同时锡面回流变色与锡氧化层厚度有很大关系,随着时间的推移以及回流高温次数的增加,发黄程度越来越严重。
此外发黄表面EDS-Cu 元素,表明存在高温下的合金层生长过快,已生长至锡层表面。
尽管目前下游组装厂为了抑制锡面的氧化程度,回流焊加入惰性气体氮气作为保护气体,但因为产品本身的成本因素,仍然希望上游PCB 厂商对于锡面的抗氧化性进行改良。
3 锡面高温下抗氧化弱的原因探讨3.1 印制板涂覆焊锡厚度参考美国国家标准ANSI/IPC-SD-320B ,其2.10、2.1涂层厚度要求,应以焊料涂层的可焊性为原则。
对于锡厚的要求,提高锡厚对于改善锡面发黄问题确实无良好改进,也容易导致SMT (表面安装技术)生产中锡膏熔化的瞬间所形成的表面张力巨大差异,最终导致元件出现立碑效应。
(锡厚过薄,IMC (界面合金化合物)向锡面表层迁移。
高温状态下,Cu 原子扩散速度要快于Sn 原子,加之焊锡槽本身含有Cu ,加剧此种现象发生,某种意义上而言,锡面发黄为锡面合金的颜色。
下游组装厂商为了延长PCBA (印制电路板组装件)货架寿命,再后续时间进行最后加工焊接,焊盘不允许任何变色。
有些上游PCB 厂商为了应对此种特殊情况,完成一定锡厚的产品通过高加速寿命试验来观察锡面在持续变化的特定环境的稳定性,为热风整平焊锡质量改善过程中提供参考数据。
故需要对焊锡涂覆层的厚度有规定,不能偏薄,一般建议涂覆焊锡层厚度4~5 m m 左右。
3.2 添加微量Ge 元素尽管三元合金成分Sn-0.7Cu-0.05Ni 复合焊料性能比Sn-Cu 优越,但为了进一步提供其复合性能,有研究者往往加入部分微量稀有元素Ge ,以此来改良它的润湿性能,融化特性以及力学性图4 AES(线歇电子能光谱)图谱表2 EDS(电子扩散X射线能谱仪)图谱Normal-1 0.1 8.27 91.63 100Normal-2 0.1 6.67 93.23 100能。
如下为某大型PCB 厂商实际添加Ge 焊料的影响,后续将Ge 元素列入SPC (统计过程控制)重点管制(见图5)。
进行Ge 含量0、0.0027%和0.0078%的试验,Ge 为0.0078%的焊料没有锡面发黄。
试验表明Ge 元素具有表面偏析的特性,当微量元素Ge 浓度达到一定范围时,它会在液态Sn 表面高度富集,并形成一种致密的保护性氧化膜,从而提高Sn 的抗氧化能力。
避免了锡表面与高热空气状态下形成氧化亚锡。
焊料供应商推荐水平Ge 应达到0.005%~0.008%。
此外,Ge 焊料的添加能够较低被金属化合物吸收,让焊料微观组织明显细化,IMC 相晶粒尺寸减小到约10 m m ,当继续微量添加到质量分数0.1%时,细化的金属化合物均匀分布在晶界处。
总之在研究Sn-Cu-Ni 焊料过程中,往往希望通过添加第四中元素来改善合金系的各项性能,内部组织得到细化,IMC 的生长得到抑制。
3.3 助焊剂残留对于助焊剂残留类型有极性和非极性残留物,这些残留物经过高温回流焊,不可避免发生氧化分解反应,引起锡面发黄变色。
PCB 水洗的过程同样是一个稀释的过程。
热风整平焊锡后水洗过程控制方面:水的水质(DI 水或者自来水或循环水)、水洗的方式(高压水洗或者热水)、图5 添加Ge为0.0078%的焊料试验水量、时间(可以理解为后处理链速)及水洗后的干燥都需要严格的规范。
有某厂商提供PCB 在回流焊后发黄,使用橡皮擦拭后,长时间放置空气无发黄问题。
后续查询生产记录,要求后处理SOP (标准作业程序书)速度4~7 m/min ,实际6.9 m/min ,清洗速度太快,导致助焊剂清洁不尽风险。
后续修改MI (生产信息)指示,明确界定此款产品后处理速度为4 m/min ,避免助焊剂残留,后续不再发生此类发黄问题。
4 总结无铅焊锡的锡面回流焊后发黄因素还存在着其它方面几个因素:锡槽换缸频率过长,锡槽除Cu 方法频率不足,开缸焊锡杂质多或所补充添加锡条纯度低,助焊剂的抗氧化性差,在高温分解残留或者锡表层由于助焊剂活性弱而发生氧化反应等等。
从产生的原因及解决的方法考虑,我们既要从焊锡的组成纯度入手,提供其抗氧化性,也要从热风整平焊锡制程的各个管控点去把握。
希望通过此次案例及时分享给同行。
如存在不足之处,请不吝赐教,参考文献张怀武. 现代印制电路原理与工艺[M]. 第二版. 杨帆,张亮等. Sn-Cu-Ni 系电子封装互联材料的研究发展[M]. 江苏师范大学.张鹏. PCB 发黄失效第三方分析报告[J]. 胜宏科技(惠州)股份有限公司.[1][2][3]。