PCB科技 - 電路板無鉛波峰焊的污染

無鉛波峰焊的污染 電路板

1 Lead pollution causes solder joints to float
Since the CTE of the 印刷電路板 Z方向約為55-60ppm/ 攝氏度, 再加上SAC3.05的軟釺料, 熱膨脹係數僅為2.2ppm左右/ 攝氏度； 波峰焊一次, 通孔環表面和焊料之間的IMC, 當由於少量鉛的阻礙而生長不良時, 環表面的焊點經常開裂. 當IMC生長良好且强大時, 焊點本身也可能撕裂. 從統計中發現大量焊環浮動裂紋, it is found that small holes and small rings (below 14.mil) have fewer cracks. 當然, 這是由於孔中的焊料量, 這是不同熱量引起的差异效應.

在電路板的無鉛波峰焊或回流焊中，如果部分焊點中零件脚的可焊膜在過渡期間仍使用錫鉛或鉛錫鉛銀處理層（Sn36Pb2Ag，177℃），則在凝固過程中形成焊點， 少量的鉛將被擠出並移動到印刷電路板銅焊盤的最終冷卻點。 由於鉛的阻礙，在焊接過程中無法順利生成必要的良性IMC（C u6Sn5），進一步形成熔點為179℃的Sn/Pb/Ag3元合金，强度大大降低。 並且經常由於通孔環表面焊點的收縮，錐形焊縫體產生表面裂紋，甚至銅環會從基板上提起。 由於存在少量鉛污染，焊點開裂和銅環浮動幾乎是不可避免的，發生這種情況的可能性大於上述板材Z方向收縮和與焊料不同步的可能性。

此時，可以使用微切片方法進一步確認故障模式（故障模式）， 或者可以使用“差示掃描量熱法（DSC）”量測SAC305的每個局部焊點的熔點？一旦局部熔點低於210℃，就可以確定其受到少量鉛或鉍的影響，其不利特性降低了熔點。這是“錫-鋅-鉍” “低溫焊料深受日本客戶的青睞，而且幾乎肯定會出現浮動裂紋。

焊點開裂的另一個重要原因是，焊點局部區域中的少量鉛可能成為第二大基團，並與305中的錫和銀形成局部Sn36Pb2-Ag3元合金。 共晶點（COLLICMP）僅為177°C，成為焊縫體的最終凝固區域，並且在强度不足的情况下經常成為開裂的敏感點。 囙此，眾所周知，焊點由大量鉛和錫組成，資料的均勻性和强度確實是鉛的貢獻； 然而，一旦鉛變成微量污染，由於資料不均勻，强度不足。， 工程師必須填寫。

2. Bismuth pollution
The possible source of bismuth contamination is the use of Sn8Zn3Bi (mp191-195°C; Japanese household appliances often specify it for use, such as NEC). This wave soldering (or reflow) solder has a low melting point and is cheap, 它還可以降低鋅含量. 潮濕環境下容易生銹. 另一種焊料, SnAgBi (mp215 degree Celsius is also used by the industry, 但它更脆，容易長鬍子. 其他鉍的來源可能是電鍍鉛錫鉍合金的可焊膜, or another eutectic can be used Alloy 42Sn58Bi (m.P138°C) is a film processed by hot dipping. 這種薄膜延展性差，但脆性高, 並且在隨後的彎曲過程中也容易開裂. 因為焊料中含有鉍, 它會在高溫下移動到銅表面., 造成後續容易開裂的麻煩, 囙此，我不得不將消光表面改為ENIG處理, 但很容易造成黑色墊子的問題. 損失的原因是什麼?

一旦懷疑焊點强度不足可能是由低熔點合金的損傷引起的，可以使用熱掃描卡式流量計（DCS）方法來查找在加熱過程中熱流突然變化時焊料的熔點。

3. Copper pollution in tin ponds
The original copper content in SAC305 or SAC3807 solder is 0.5%和0.7%bywt, 分別地. 在連續波峰焊操作過程中，板表面的銅會不斷溶解到熔池中. The general experience is that the overall melting point (mp) will also increase after the copper content rises. 然而, under the set operating welding temperature (260-265°C) and travel speed (for example, 1.0-1.2米/min), 這在大規模生產中當然是不可能的. 任何變化都會起舞. 因此, the drop between the soldering temperature and the melting point becomes smaller (that is, the size of the operating range) and the viscosity increases. 因此, 上緊密間隔線路之間的橋接和短路 印刷電路板 電路板表面, 當然, 作為回應，逐漸新增.

And once the copper content exceeds the safe upper limit (0.9% bywt), 磷青銅, 池中也會形成六角形針狀晶體. 針狀IMC的熔點為415°C，比重為8.28. 因此, 在比重為7的SAC305池中.44, 當它靜止不動時，它當然會變成沉陷的泥漿, 所以它可以被移除. 生產線的正確方法是當銅量從0新增到.5%或0.原始配方的7%, the added solder should be changed to copper-free SAC300 (the unit price is the same), 其中只添加了錫和銀合金輔助材料, 當然, 它可以用來稀釋液體錫中銅的上升. 然而, 一旦CuSn形成, 針狀IMC將不再能够融化. It can only be removed from the bottom of the pool after cooling (235 degree Celsius) and standing (2 hours). 這也是現時最好的方法. NS. 否則, 液態錫的流動性將不可避免地惡化，並且容易短路, 板上的焊點不可避免地會出現針狀外觀. 批量生產線應每兩周分析一次銅含量，以獲得更多保證.

幸運的是，無鉛焊料SCN錫銅鎳的後起之秀（如Nissho NS產品SN100C），板表面的銅熔化程度遠低於SAC合金，但不能超過0.9%（原公式為0.7%），否則會出現焊點强度問題。 這種SCN不僅溶解銅速度慢，而且價格較低。 焊點外觀也比SAC漂亮得多。 缺點是熔點略高（227攝氏度，但幸運的是，焊接溫度可以達到265-270攝氏度，可以批量生產）。 該業務僅受日本企業NS的專利限制，無法選擇。

4. 鐵污染.
當波形焊接池由不銹鋼製成時, 在液囊的長期高溫下，其中的鐵組分會受到錫的侵蝕，形成FeSn, 針狀IMC, 然後逐漸溶入錫池, 導致浦中一個錫池泵的重要部件損壞. 最徹底的解決方案是將所有錫槽和配件更換為鈦合金以製造它們, 從而一勞永逸地避免麻煩. 一旦錫池中液態焊料的鐵污染超過0.02% bywt (200ppm), 焊點外觀呈砂質.
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