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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 shock
3、无铅喷锡PCB 的几个关键点：
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喷锡、熔锡、滚锡、沉锡、银及化学镍金制程
来源：本站整理
作者：佚名日 23:30
[导读] 喷锡、熔锡、滚锡、沉锡、银及化学镍金制程
1、Blue Plaque 蓝纹熔锡或喷锡的光亮表面，在高温湿气中一段时间后，常会形成一薄层淡蓝色的钝化层，这是一种锡的
喷锡、熔锡、滚锡、沉锡、银及化学镍金制程
1、Blue Plaque 蓝纹熔锡或喷锡的光亮表面，在高温湿气中一段时间后，常会形成一薄层淡蓝色的钝化层，这是一种锡的氧化物层，称为 Blue Plaque。 2、Copper Mirror Test 铜镜试验是一种对助焊剂(Flux)腐蚀性所进行鉴别的试验。可将液态助焊剂滴在一种特殊的铜镜上 (在玻璃上以真空蒸着法涂布 500A厚的单面薄铜膜而成)，或将锡膏涂上，使其中所含的助焊剂也能与薄铜面接触。再将此试样放置 24 小时，以观察其铜膜是否受到腐蚀，或蚀透的情形 ( 见 IPC-TM-650 之 2.3.32节所述)。此法也可测知其它化学品的腐蚀性如何。 3、Flux 助焊剂是一种在高温下，具有活性的化学品，能将被焊物体表面的氧化物或污化物予以清除，使熔融的焊锡能与洁净的底金属结合而完成焊接。Flux原来的希腊文是Flow(流动)的意思。早期是在矿石进行冶金当成"助熔剂"，促使熔点降低而达到容易流动的目的。 4、Fused Coating 熔锡层指板面的镀锡铅层，经过高温熔融固化后，会与底层铜面产生"接口合金共化物"层(IMC)，而具有更好的焊锡性，以便接纳后续零件脚的焊接。这种早期所盛行有利于焊锡性所处理的板子，俗称为熔锡板。 5、Fusing Fluid助熔液当"熔锡板"在其红外线重熔(IR Reflow)前，须先用"助熔液"进行助熔处理，此动作类似"助焊处理"，故一般非正式的说法也称为助焊剂(Flux)前处理。事实上"助焊"作用是将铜面氧化物进行清除，而完成焊接式的沾锡，是一种清洁作用。而上述红外线重熔中的"助熔"作用，却是将红外线受光区与阴影区的温差，藉传热液体予以均匀化，两者功能并不相同。 6、Fusing 熔合是指将各种金属以高温熔融混合，再固化成为合金的方法。在电路板制程中特指锡铅镀层的熔合成为焊锡合金，谓之Fusing制程。这种熔锡法是早期(1975年以前)PCB业界所盛行加强焊接的表面施工法，俗称炸油(Oil Fusing )。此法可将镀层中的有机物逐出，而使焊锡成为光泽结实的金属体，且又可与底铜形成IMC而有助于下游的组装焊接。 7、Hot Air Levelling 喷锡是将印过绿漆半成品的板子浸在熔锡中，使其孔壁及裸铜焊垫上沾满焊锡，接着立即自锡池中提出，再以高压的热风自两侧用力将孔中的填锡吹出，但仍使孔壁及板面都能沾上一层有助于焊接的焊锡层，此动制程称为"喷锡"，大陆业界则直译为"热风整平"。由于传统式垂直喷锡常会造成每个直立焊垫下缘存有"锡垂"(Solder Sag)现象，非常不利于表面黏装的平稳性，甚至会引发无脚的电阻器或电容器，在两端焊点力量的不平衡下，造成焊接时瞬间浮离的墓碑效应 (Tombstoning)，增加焊后修理的烦恼。新式的"水平喷锡"法，其锡面则甚为平坦，已可避免此种现象。 8、Intermatallic Compound(IMC) 接口合金共化物当两种金属之表面紧密地相接时，其接口间的两种金属原子，会出现相互迁移(Migration) 的活动，进而出现一种具有固定组成之"合金式"的化合物；例如铜与锡之间在高温下快速生成的Cu６Sn５(Eta Phase)，与长时间老化而逐渐转成的另一种Cu３Sn(Episolon Phase)等，即为两个不同的 IMC。即者对焊点强度有利，而后者却反到有害。除此之外尚有其它多种金属如镍锡、金锡、银锡等等各种接口间也都会形成 IMC。 9、Roller Tinning辊锡法，滚锡法是单面板裸铜焊垫上一种涂布锡铅层的方法，有设备简单便宜及产量大的好处，且与裸铜面容易产生"接口合金共化物层"(IMC)，对后续之零件焊接也提供良好的焊锡性，其锡铅层厚度约为1～2μm。当此焊锡层厚度比2μm大之时，其焊锡性可维持6个月以上。通常这种滚动沾锡的外表，常在其每个着锡点的后缘处出现凸起之水滴形状为其特点，对于 SMT 甚为不利。 10、Rosin松香是从松树的树脂油(Oleoresin)中经真空蒸馏提炼出来的水色液态物质，其成份中主要含有松脂酸(Abietic Acid)，此物在高温中能将铜面的氧化物或硫化物加以溶解而冲走，使洁净的铜面有机会与焊锡接触而焊牢。常温中松香之物性甚为安定，不致攻击金属，故可当成助焊剂的主成份。 11、Solder Cost焊锡着层指板面(铜质)导体线路接触到熔融焊锡后，所沾着在导体表面的锡层而言。 12、Solder Levelling喷锡、热风整平裸铜线路的电路板，其各待焊点及孔壁等处，系以 Solder Coating 方式预做可焊处理。做法是将印有绿漆的裸铜板浸于熔锡池之中，令其在清洁铜面上沾满焊锡，拉出时再以高温的热空气把孔中及板面上多余的锡量强力予以吹走，只留下一薄层锡面做为焊接之基地，此种制程称为"喷锡"，大陆业界用语为"热风整平"。不过业界早期除热空气外亦曾用过其它方式的热媒，如热油、热腊等做过整平的工作。 13、Solder Sag焊锡垂流物是指在喷锡电路板上，其熔融锡面在凝固过程中，由于受到风力与重力而下垂出现较厚薄不一的起伏外形，如板子直立时孔环下缘处所流集的突出物，或孔壁下半部的厚锡，皆称为"锡垂"。又某些单面板的裸铜焊垫(孔环垫或方形垫)，经过水平输送之滚锡制程后，所沾附上的焊锡层，其尾部最后脱离熔融锡体处，亦有隆起较厚的焊锡，也称为Solder Sag。HASL Hot Air Solder L 喷锡(大陆术语为"热风整平")IR I 红外线电路板业利用红外线的高温，可对熔锡板进行输送式"重熔"的工作，也可用于组装板对锡膏的"红外线熔焊"工作。 14、Immersion Plating 浸镀是利用被镀之金属底材，与溶液中金属离子间，两者在电位差上的关系，在浸入接触的瞬间产生置换作用 (Replacement)，在被镀底金属表面原子溶解拋出电子的同时，可让溶液中金属离子接收到电子，而立即在被镀底金属表面生成一薄层镀面谓之"浸镀"。例如将磨亮的铁器浸入硫酸铜溶液中，将立即发生铁溶解，并同时有一层铜层在铁表面还原镀出来，即为最常见的例子。通常这种浸镀是自然发生的，当其镀层在底金属表面布满时，就会停止反应。PCB 工业中较常用到"浸镀锡"，至于其它浸镀法之用途不大。(又称为 Galvanic Displacement)。 15、Tin Immersion浸镀锡清洁的裸铜表面很容易出现污化或钝化，为保持其短时间(如一周之内)之焊锡性起见，较简单的处理是采用高温槽液之浸镀锡法，使铜面浸镀上薄锡而暂时受到保护，此种"浸镀锡"常在PCB制程中使用。
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喷锡、熔锡、滚锡、沉锡、银及化学镍金制程术
1、Blue Plaque 蓝纹熔锡或喷锡的光亮表面，在高温湿气中一段时间后，常会形成一薄层淡蓝色的钝化层，这是一种锡的氧化物层，称为 Blue Plaque。 2、Copper Mirror Test 铜镜试验是一种对助焊剂(Flux)腐蚀性所进行鉴别的试验。可将液态助焊剂滴在一种特殊的铜镜上 (在玻璃上以真空蒸着法涂布 500A厚的单面薄铜膜而成)，或将锡膏涂上，使其中所含的助焊剂也能与薄铜面接触。再将此试样放置 24 小时，以观察其铜膜是否受到腐蚀，或蚀透的情形 ( 见 IPC-TM-650 之 2.3.32节所述)。此法也可测知其它化学品的腐蚀性如何。 3、Flux 助焊剂是一种在高温下，具有活性的化学品，能将被焊物体表面的氧化物或污化物予以清除，使熔融的焊锡能与洁净的底金属结合而完成焊接。Flux原来的希腊文是Flow(流动)的意思。早期是在矿石进行冶金当成"助熔剂"，促使熔点降低而达到容易流动的目的。 4、Fused Coating 熔锡层指板面的镀锡铅层，经过高温熔融固化后，会与底层铜面产生"接口合金共化物"层(IMC)，而具有更好的焊锡性，以便接纳后续零件脚的焊接。这种早期所盛行有利于焊锡性所处理的板子，俗称为熔锡板。 5、Fusing Fluid助熔液当"熔锡板"在其红外线重熔(IR Reflow)前，须先用"助熔液"进行助熔处理，此动作类似"助焊处理"，故一般非正式的说法也称为助焊剂(Flux)前处理。事实上"助焊"作用是将铜面氧化物进行清除，而完成焊接式的沾锡，是一种清洁作用。而上述红外线重熔中的"助熔"作用，却是将红外线受光区与阴影区的温差，藉传热液体予以均匀化，两者功能并不相同。 6、Fusing 熔合是指将各种金属以高温熔融混合，再固化成为合金的方法。在电路板制程中特指锡铅镀层的熔合成为焊锡合金，谓之Fusing制程。这种熔锡法是早期(1975年以前)PCB业界所盛行加强焊接的表面施工法，俗称炸油(Oil Fusing )。此法可将镀层中的有机物逐出，而使焊锡成为光泽结实的金属体，且又可与底铜形成IMC而有助于下游的组装焊接。 7、Hot Air Levelling 喷锡是将印过绿漆半成品的板子浸在熔锡中，使其孔壁及裸铜焊垫上沾满焊锡，接着立即自锡池中提出，再以高压的热风自两侧用力将孔中的填锡吹出，但仍使孔壁及板面都能沾上一层有助于焊接的焊锡层，此动制程称为"喷锡"，大陆业界则直译为"热风整平"。由于传统式垂直喷锡常会造成每个直立焊垫下缘存有"锡垂"(Solder Sag)现象，非常不利于表面黏装的平稳性，甚至会引发无脚的电阻器或电容器，在两端焊点力量的不平衡下，造成焊接时瞬间浮离的墓碑效应 (Tombstoning)，增加焊后修理的烦恼。新式的"水平喷锡"法，其锡面则甚为平坦，已可避免此种现象。 8、Intermatallic Compound(IMC) 接口合金共化物当两种金属之表面紧密地相接时，其接口间的两种金属原子，会出现相互迁移(Migration) 的活动，进而出现一种具有固定组成之"合金式"的化合物；例如铜与锡之间在高温下快速生成的Cu６Sn５(Eta Phase)，与长时间老化而逐渐转成的另一种Cu３Sn(Episolon Phase)等，即为两个不同的 IMC。即者对焊点强度有利，而后者却反到有害。除此之外尚有其它多种金属如镍锡、金锡、银锡等等各种接口间也都会形成 IMC。 9、Roller Tinning辊锡法，滚锡法是单面板裸铜焊垫上一种涂布锡铅层的方法，有设备简单便宜及产量大的好处，且与裸铜面容易产生"接口合金共化物层"(IMC)，对后续之零件焊接也提供良好的焊锡性，其锡铅层厚度约为1～2μm。当此焊锡层厚度比2μm大之时，其焊锡性可维持6个月以上。通常这种滚动沾锡的外表，常在其每个着锡点的后缘处出现凸起之水滴形状为其特点，对于 SMT 甚为不利。 10、Rosin松香是从松树的树脂油(Oleoresin)中经真空蒸馏提炼出来的水色液态物质，其成份中主要含有松脂酸(Abietic Acid)，此物在高温中能将铜面的氧化物或硫化物加以溶解而冲走，使洁净的铜面有机会与焊锡接触而焊牢。常温中松香之物性甚为安定，不致攻击金属，故可当成助焊剂的主成份。 11、Solder Cost焊锡着层指板面(铜质)导体线路接触到熔融焊锡后，所沾着在导体表面的锡层而言。 12、Solder Levelling喷锡、热风整平裸铜线路的电路板，其各待焊点及孔壁等处，系以 Solder Coating 方式预做可焊处理。做法是将印有绿漆的裸铜板浸于熔锡池之中，令其在清洁铜面上沾满焊锡，拉出时再以高温的热空气把孔中及板面上多余的锡量强力予以吹走，只留下一薄层锡面做为焊接之基地，此种制程称为"喷锡"，大陆业界用语为"热风整平"。不过业界早期除热空气外亦曾用过其它方式的热媒，如热油、热腊等做过整平的工作。 13、Solder Sag焊锡垂流物是指在喷锡电路板上，其熔融锡面在凝固过程中，由于受到风力与重力而下垂出现较厚薄不一的起伏外形，如板子直立时孔环下缘处所流集的突出物，或孔壁下半部的厚锡，皆称为"锡垂"。又某些单面板的裸铜焊垫(孔环垫或方形垫)，经过水平输送之滚锡制程后，所沾附上的焊锡层，其尾部最后脱离熔融锡体处，亦有隆起较厚的焊锡，也称为Solder Sag。HASL Hot Air Solder L 喷锡(大陆术语为"热风整平")IR I 红外线电路板业利用红外线的高温，可对熔锡板进行输送式"重熔"的工作，也可用于组装板对锡膏的"红外线熔焊"工作。 14、Immersion Plating 浸镀是利用被镀之金属底材，与溶液中金属离子间，两者在电位差上的关系，在浸入接触的瞬间产生置换作用 (Replacement)，在被镀底金属表面原子溶解拋出电子的同时，可让溶液中金属离子接收到电子，而立即在被镀底金属表面生成一薄层镀面谓之"浸镀"。例如将磨亮的铁器浸入硫酸铜溶液中，将立即发生铁溶解，并同时有一层铜层在铁表面还原镀出来，即为最常见的例子。通常这种浸镀是自然发生的，当其镀层在底金属表面布满时，就会停止反应。PCB 工业中较常用到"浸镀锡"，至于其它浸镀法之用途不大。(又称为 Galvanic Displacement)。 15、Tin Immersion浸镀锡清洁的裸铜表面很容易出现污化或钝化，为保持其短时间(如一周之内)之焊锡性起见，较简单的处理是采用高温槽液之浸镀锡法，使铜面浸镀上薄锡而暂时受到保护，此种"浸镀锡"常在PCB制程中使用。
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