2013/09/11 • 29条评论

无铅喷锡板(HASL)上锡不良原因(资料收集)

其实188金宝搏苹果下载个人原本不太建议使用喷锡(HASL)板来执行现在的SMT制程，尤其是双面的SMT制程，因为不良率(Defect rate)真的很高，而且还不太容易克服。

相信大部分玩SMT工艺的朋友在碰到这类SMD零件吃锡不良时，最开始都会先怀疑是否为锡膏(solder paste)印刷不良(钢网的厚度、开孔、压力…等)、锡膏过时效氧化、SMD零件脚氧化、或是迴流焊的温度曲线没有调好。

不知道大家有没有想过，这些HASL表面处理的焊锡不良原因可能有一大部分是来自喷锡版的喷锡厚度，以前大家比较熟悉的应该都是化金(ENIG)的金层与镍层的厚度会造成焊锡的问题，可是喷锡板的锡层太薄会造成焊锡不良吗？下面是我收集到的一些资料，给大家参考。(文章中的图片只是参考用，并不是案例的图片)

有经验的朋友也欢迎提供您宝贵的意见。

(2016/7/30更新)188金宝搏苹果下载最近发现HASL表面处理板似乎有死灰復燃的迹象，原因好像是因为OSP表面处理板的长期信赖度不佳所致，因为OSP初期的确会生成具有良好的强度IMC之Cu₆Sn₅，但使用一段时间后会渐渐生成不良IMC的Cu₃Sn，引发零件掉落的问题，所以隐隐地有一股潮流往HASL的方向回流的趋势。

另外，经过一段时间的制程改善，HASL的表面平整度似乎也得到了一定的改善了，再加上开始有板厂在喷锡中加入镍(Ni)用以抑制Cu₃Sn生成速度，改善原来HASL长期信赖度的问题，所以现在剩下的唯一问题就是喷锡厚度的掌握了。

不过HASL还是有一个致命伤，就是双面回焊的第二面还是容易因为已经过一次高温回焊造成喷锡重新熔融垄起现象而引起表面不平整问题，最终引起空焊问题。这个问题似乎还是无解～

文章标题

文章大意

无铅喷锡(HASL) 上锡不良案例研究 (简)

分析HASL板子第二面回流焊后吃锡不良的原因。有金相切片分析的结果，显示不吃锡焊垫的地方已经出现铜锡完全合金化的现象，此种铜锡合金已经无法再提供可焊性。

检视同批次未焊锡的PCB空板并做切片分析，发现未经焊接的PCB焊垫锡镀层表面已存在严重的合金发生暴露现象。PCB空板的做切片也可以发现到铜锡合金生成，量测厚度大约为2µm，考虑到合金化会导致厚度增加，推测原本的喷锡厚度应该在2µm以下，因此推断根本原因为原来喷锡的厚度太薄(2µm以下)，以致铜锡合金化暴露于焊垫的表层，没有足够的锡可以再予锡膏结合，进而影响到焊垫吃锡的效果。

双面喷锡板单面上锡不良如何处理 (简)
连结已遗失

这应该是一篇整理文，集合各方意见的文章，但是谈到最后大多归咎于喷锡厚度太薄，以致造成焊锡不良。

喷锡厚度建议至少要高于100u"(2.54µm)以上于大面铜区，200u"(5.0µm)以上于QFP及週边零件，450u"(11.4µm)以上于BGA焊垫，比较能解决第二面过迴流焊发生拒焊的问题，但喷锡厚度越厚，就越不利细间脚的零件，容易形成短路的问题。

PCB的制程上，越小的焊盘喷锡的厚度也会越厚，容易对细间脚零件造成短路。

喷锡板储存时间越长，长成IMC(Cu₆Sn₅)的厚度就会越厚，就会越不利后续的迴流焊焊锡。

通常喷锡板的锡越平整，则厚度就变得越薄。

「双面喷锡板」经常发生第一面过炉没问题，第二面过炉焊不上不润湿问题之可能原因与机理

这应该是典型喷锡厚度不足所造成，一般喷锡厚度要求要在2.54µm以上于大面铜区为佳，最小也不应低于2µm，建议5µm以上于QFP及週边零件，11.4µm以上于BGA焊垫。第一次回焊时，喷锡板两面已经有表面处理的「锡」会因为热能而与铜箔开始起反应而生成铜锡共化物(IMC)， Cu₆Sn₅。

第一面的零件与锡膏则会在第一次生成IMC时黏贴于PCB上。

等到第二次要过炉时，因为第二面表面处理的锡已经在第一次过炉时与铜箔生成了IMC，用掉了一大部分的锡，一旦喷锡厚度不足时，剩余的锡量不足以和附加上来的锡膏连结在一起，于是造成第二面润湿不良的问题。这也可以解释为何第二面的锡膏大多跑到零件的引脚上，而无法与焊盘润湿，表示回焊温度足够但是PCB的表面拒焊。

而且已经生成的IMC其熔点至少比SAC的熔点增加了至少10°C以上，也就是说如果想要让已经生成的IMC融化可以考虑增加锡炉的温度来克服或是延长回焊区的时间，但这必须考虑板上的电子零件、锡膏与板材是否可以承受更高的温度或时间，比较好的方法还是回头要求增加喷锡的厚度。

延伸阅读：
整理几种常见PCB表面处理的优缺点
 [讨论]SMD零组件内部焊接需要使用高温锡吗？
设计Thermal Relief pad(热阻焊垫/限热焊垫)降低焊接不良

LTS低温焊锡可靠度验证

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29个回应

羊羊

2016/08/19

188金宝搏苹果下载您好,
请教一下
敝司在客户端为DIMM孔上锡不良
切片量测孔铜厚度,粗糙度亦无发现异常,也无发现孔破
锡膏与零件脚孔壁形成一个风筝型
若打EDS也无法有效分析出假设之污染化合物(只能显示C,H,O…这种元素)
且客户反应其他板厂无此现象
不良率达16%…
如何继续调查分析真因谢谢

- 188金宝搏苹果下载
  
  2016/08/19
  
  羊羊,
  如果你的零件为DIMM连接器，而不是DIMM记忆卡，你应该是採用了PIH或PIP桶孔零件过回焊的制程，这种制程的孔洞直径与零件的pin脚直径有非常大的关系，一般建议焊脚直径/通孔直径的比率为0.5～0.8，否则容易发生填孔不足的问题。锡膏量也是个问题。
  如果要查询有无污染化合物，应该使用FTIR才比较有机会找到污染化合物，不过你确定真的是污染造成的焊锡问题？有没有先试过使用烙铁可否吃锡？
  也许我误会了你的问题。
  
Hugh

2016/06/01

熊大,

刚在查些关于吃锡不良资讯时, 看到你这篇, 但不是我要找的ENIG 部分锡缩

意外发现你这页的图出现在某大陆pcb厂,浮水印被切掉..
http://www.slpcb.com/Article/wqpxdianlubanlbsxb_1.html

- 188金宝搏苹果下载
  
  2016/06/01
  
  Hung,谢谢提醒。
  
卡斯

2015/06/18

熊大您好，后来追查结果是电镀出问题~

镍跟钖原本是不大容易相容的元素，电镀商未用适合沾钖制程说（未打底）

但我想这应该也是他们想隐瞒什么吧．．

- 188金宝搏苹果下载
  
  2015/06/18
  
  卡斯;
  谢谢您的反馈结果。如果可以帮忙说明电镀商如何说明电镀问题就可以更加帮助了解问题。
  关于「镍跟钖原本是不大容易相容的元素」，这个个人存保留意见，因为很多的板子都是用Ni来跟锡做结合的，比如说ENIG标面虽然镀金，但是金只是起到保护氧化的作用而已，实际与锡膏起化学反应的还是Ni，最后会形成Ni3Sn4的化合物。
  不过Ni如果保存的环境不佳还是会氧化，会造成吃锡问题。另外，铁件的吸热比较大，需要比较就的时间才能达到銲锡温度，回焊的温度也要注意。
  电镀如果有问题应该是有杂质或镀层太薄吧！
  
卡斯

2015/06/03

狂人大您好，小弟客户反应铁壳脚在走SMT时拒钖7%不良(不好吃钖)，铁壳是镀

镍50U”，目前使用库存品，使用钖炉试钖都正常，请问．．．我该用什么方法来

证明，我的产品是好的，不是出在我身上呢？另外我也想了解～如果是电镀引起

的，要往哪个方向去查明，该如帮助客户异常改善．．

PS.我刚涉足这个电子业,问的问题如果..太蠢还请大大别见笑

- 188金宝搏苹果下载
  
  2015/06/03
  
  建议实际到客户现场去查看吃锡不良的样品并做判断。
  卡斯;
  一般来说吃锡好不好就是用烙铁去焊看看能不能吃得上锡。
  另外，一般铁壳过回焊最大的问题是平整度不佳，以我们公司的产品来说会要求平面度在0.1mm以内，因为锡膏的厚度一般也仅在0.1mm~0.127mm之间，而且过回焊时铁框会有形变，锡膏也会因为助焊剂挥发而减少一半的体积，造成吃不到锡的问题。
  建议要澄清是那种问题？
  
文扬

2014/12/12

狂人大您好,
经过这段时间的实验, 跟您更新一下目前调查的进度, 这批吃锡不良的板子, 经过交叉验证, 证实确实是喷锡制程中, “锡银铜”与”锡铜镍”制程差异所造成! 也就是说, 当焊垫是走锡铜镍制程时, 焊垫的熔点是227度, 而成分为”锡银铜”的锡膏, 熔点是217度, 当迴焊炉的温度没有根据”锡铜镍”去做调整时, 便容易造成大批的板子吃锡不良, 且有拒焊的现象产生!
因此未来我司在与PCB板厂的规范中, 都会将喷锡制程必须走”锡银铜”放入标准, 避免同样的现象再次发生, 也与您分享这个经验 🙂

- 188金宝搏苹果下载
  
  2014/12/12
  
  文扬;
  感谢您的分享，只是你们的炉温的peak值应该会落在240~250度C之间，是因为熔锡的时间太短，某些零件没有达到融锡温度所造成的吗？
  
文扬

2014/12/05

狂人大您好,
求偿当然是一个考量的问题, 但其实我们公司更重视的是配合厂商是如何处理问题的, 就算真的是板厂的问题, 我们也愿意一起去分担这笔赔偿金额(毕竟制程上没办法管控到及时发现, 也难辞其咎), 但是倘若厂商只是不断的想撇清责任, 最后以勉为其难的态度赔款, 这也不是我们想要的结果, 因为这样未来只会不断发生这种事情, 而并没有从根本上去解决问题!! 我们真正想要的是一个负责任的供应商, 可以一起讨论解决问题呀!!

目前厂内的空板都是厂商重工后的板子, 昨天尝试直接刷锡膏过迴焊炉, 看起来是没有问题! 昨晚想到这样的实验无法抓出锡层太薄的问题, 因此我们今天会再实验, 先以第一面过炉, 然后再刷锡膏去过第二面, 看是否能重现不吃锡的问题!! 若是可以, 就可以接着去做”重工后空板切片”与”过一次锡炉后切片”的实验了!!

我手边有份自己制作的报告, 可以寄给您看看, 不过我要寄到哪个信箱呢??另外, 南部这边是否有推荐的实验室可以做相关的切片检验报告?

- 188金宝搏苹果下载
  
  2014/12/05
  
  文扬;
  1. 邮件寄到researchmfg小老鼠gmail.com。
  2. 南部以前似乎是找金属研究中心，但不知道现在如何了，北部真的比较多可以找工研院或是宜特。
  3. 你的态度很好，但建议你找双方的的高层谈一下，把你们的想法跟对方沟通。另外，这有时候是双方长期配合的问题，如果你们以前不是用这样的态度对待对方，对方应该会心存畏惧。
  
文扬

2014/12/04

狂人大您好,
最近公司发生一件喷锡板翻面不吃锡的问题, 我们认定锡面有问题, 厂商本来解释是我司的迴焊炉温度曲线设定有问题, 后来排除温度问题后, 厂商又提到我司的锡膏是採用”锡96.5银3.0铜0.5″, 而他的喷锡制程是採用”锡铜镍”, 因此造成两个系统差异, 导致焊接状况不良! 我对这个说法并不认同, 因为喷锡制程不管是走”锡银铜”或是”锡铜镍”, 进到我司的板子, 基本上都是铜上有IMC合金, IMC合金上有锡, 银与镍的成份都是非常微量的, 不应该是造成De-Wetting的主因!
根据与技高锡膏厂的讨论, 与参考板上的文章, 我更怀疑的是喷锡制程中是否有污染, 与喷锡的厚度是否有达到低标”100u吋 or 2.54um”, 想询问狂人大的意见, 我司是否应该要更进一步去做切片检查喷锡厚度, 釐清这个问题呢? 或是还有没有其他的建议呢?

P.S. 厂内也有De-Wetting的打件板, 若是狂人大不介意的话, 我也可以寄实品过去, 或者亲自去拜访一趟, 我们真的很想找出真正的问题点!!!

- 188金宝搏苹果下载
  
  2014/12/04
  
  文扬;
  如果你的目的是要跟PCB板厂求偿，找第三方作切片是一定要的，最好还可以找到还没过炉的空板，这样才可以看出上面的喷锡厚度是否足够。再来，已经过完第一次炉的板子也要切片看第二面的铜锡合金是否已经长到了表层，这样就会形成拒焊。这些都得作切片，光用肉眼是很难判断的，所以就算寄给我也很难告诉你答案，方便的话倒是可以先看看照片，如果拒焊不严重，也可以考虑手焊补上锡，然后用推力来判断是否可以允收。
  经费够的话，实验室不一定只能找一家作切片。
  如果对方认为是锡膏成分搭配的问题，那第一面应该也会有拒焊的问题，如果板厂坚持，那就请对方拿出証据证实问题真的是如此。
  回过头来也要检讨看看贵司的PCB是否储存过久，或是打完第一面后，隔太久时间才打第二面，过炉的温度太高也不利第二面焊锡。
  
Mr_Reflow

2014/12/03

HASL随着无铅化的要求已经逐渐退出了，现在的主流表面处理趋向于OSP和ENIG了。HASL对焊接质量的影响，一些大公司其实都有研究，和您这篇稿子讲的差不多，喷锡厚度是关键因子。当然这个不是HASL没落的主要原因，最主要还是无铅化的要求和现代电子产品高密小型化，HASL的焊盘不平整问题。

最近我倒是遇到个问题想问一下：ENIG的黑盘问题，貌似还没怎么搞明白。看了很多资料、论文，也都语焉不详。所以想请教一下:针对黑盘问题，PCB板厂应该如何管控？通过控制哪些制程参数可以降低黑盘风险或者是发生的概率？

- 188金宝搏苹果下载
  
  2014/12/03
  
  你好;
  建议你可以参考此篇白榕生老师的文章。
  就了解，黑垫的根本原因就是镍氧化。
  目前黑垫的控制为化学槽液过程中磷(P)的含量以及金的厚度，再来就是包装及储存了。
  磷的含量过高会导致金水攻击镍层，以致在镍金戒面形成黑垫。
  金层太薄盖不住底下的镍层于是与空气接触造成氧化。金层太厚不利焊接，因为金在焊接过程中与IMC无关。一般建议的金厚度为1.2~3u”。
  
Jack

2013/11/22

请问狂人兄:
喷锡厚度一般有厚度标准吗?
如果SMT制程上碰到缩锡或拒焊现象,
请问在SMT上可有方法能有效克服或改善吗?
以上这些情况.对于电子产品可靠度表现上存在着一定程度的影响
是否有建议的方式可做制程管制.预先将不稳定产品先行于制程上卡下
不让产品流出造成异常客诉等.
以上.谢谢

- 188金宝搏苹果下载
  
  2013/11/23
  
  Jack;
  1. 如果你对HASL有这么多担心，那为何还要使用HASL的板子呢？
  2. 建议你把文章中的两篇文章连结读过一次，这样你会HASL有比较深入的瞭解，也会对你所问的问题有答案。
  3. 个人不建议双面焊锡的制程採用HASL的板子，因未拆封后且经过一次高温后的板子会在第二面形成的IMC，不利二次迴流焊。
  
maggiegaga

2013/09/25

谢谢提供，感谢~!

maggiegaga

2013/09/17

狂人哥，谢谢回覆…
您的意思是说低温的锡膏在板上都不吃锡–是低温锡膏品质的问题 or 低温的锡膏在板上都吃锡–是板子的问题?

- 188金宝搏苹果下载
  
  2013/09/19
  
  maggie;
  如果高温锡膏与低温锡膏在喷锡板子上都不吃锡，这样子版子的问题比较大，拿去分析镀锡的厚度就可以知道了。
  如果高温锡可以吃锡，但是低温锡不吃锡，就比较有可能低温锡有问题。
  这只是一种简单的比较法。这时候就可以找低温锡的厂商来看看问题点。
  
Maggiegaga

2013/09/16

狂人哥，
最近遇到一个拒焊的问题，客户使用sba无铅免洗焊钖膏,合金:Snbi35Ag1.0 成份:Sn:Bal Bi35±0.5 Ag 1.0±0.1 溶解温度 139~187℃–但PCB喷钖制程为锡镍铜，是不是造成拒焊的最主要原因，因为上件的不良率非常高。

- 188金宝搏苹果下载
  
  2013/09/16
  
  Maggie;
  对于喷全锡的板子，使用低温锡膏并不一定是拒焊的主要原因。
  建议你先确认拒焊的部位发生在板端还是零件端？
  如果是板端，建议在板子上沾些低温及高温锡膏作比较，然后使用烙铁头看看板子能不能吃锡，如果膏低温的锡膏都不吃锡，那表示板子有问题，否则可能要检查一下贵公司使用的低温锡膏品质。
  
ewew

2013/09/14

138度的低温锡膏,应该是锡铋合金的吧??
你应该先去了解低温锡膏的特性之后,
再去看整个制程中是否有需要改善的地方
遇到瓶颈再来发问,这样才会比较好吧!!!

亓健源

2013/09/13

smt将LED以138℃低温锡膏焊于喷锡板上时,铝基板于运输途中为何有LED脱落状况?

- 188金宝搏苹果下载
  
  2013/09/14
  
  亓健源;
  LED零件脱落有好几可能，比如说吃锡不良或是未沾锡(non-wetting)造成，还是零件被撞掉，或是产品无法承受运输途中的摔落及震动而掉落，每个现象的原因都不一样，你应该先聊解一下LED 脱落的现象，然后做判断。
  
Jack

2013/09/12

我司也有发生锡缩问题.最后从环境管制与放宽缩锡标准来因应.

paul3650

2013/09/12

1.喷锡板喷锡太厚会造成mark 置放机读不过因mark上的锡形成凸点
2.大pad pad喷锡厚薄不均造成过reflow 后有锡缩

- 188金宝搏苹果下载
  
  2013/09/14
  
  Paul;
  印象中应该可以选择【Fiducial mark】不喷锡。
  不过喷锡太厚薄不均匀的确会造成细间脚零件吃锡不良的问题，或是喷锡较薄处有缩锡的问题。

无铅喷锡板(HASL)上锡不良原因(资料收集)

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