2020/11/11 • 没有评论

电子零件引脚过回焊炉高温后黄变、发紫、变蓝的机理原因与解决方法

188金宝搏苹果下载最近碰到几个网友提问关于元器件过完回焊炉后引脚黄变、发黄的问题。为何零件引脚过完回焊炉后会变色？零件引脚黄变异色后会影响到产品功能吗？该如何处理这种异色的电子零件及组装板呢？

其实元件引脚经过高温后会有造成异色的最主要原因为引脚的表面处理金属(metal surface treatment)上生成了一层薄薄的钝化薄膜，你也可以将之视为氧化薄膜，说穿了就是焊脚的表面金属氧化，而氧化薄膜的厚度则会直接影响到光线的反射与折射的角度，以前读书时应该都有做过「三菱镜」实验，光线经过折射后会呈现出不同的色彩，而零件引脚异色的产生大概也是类似的原理，只是稍有差异。

有网友提到助焊剂残留也会造成异色，的确在回焊后助焊剂也会在焊锡上形成一层透明的薄膜，但这层助焊剂薄膜一般非常厚，所以在回焊后不大会马上形成异色。助焊剂残留一般要摆放一段时间后才会逐渐变为乳白色或变黄，而且助焊剂一般只会残留在焊锡上，只要用酒精类溶剂就可以使其变软并擦拭清除。而文章中提到的异色则是在无焊锡处且无法用酒精类溶剂来清除的。

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零件引脚的异色其实是因为氧化钝化层形成了所谓的「光学薄膜」，当光线照射于薄膜时，因为光线中的色彩光具有不同的波长，光波会被薄膜的上、下界面分别反射及折射，又互相干扰(interference)并形成新的波长，最后就呈现出不同的色彩，怎么好像很复杂又很难懂的样子？这个在国、高中的课本上也都有读过喔！大家应该都还给老师了，其实在我们的日常生活当中的肥皂泡泡及水面上的油渍在阳光下呈现出不同的色彩就是「光学薄膜」，想知道更详细原理的朋友可以去查询「薄膜光学」或「薄膜干涉」的文献。

视光线被干涉的程度而定，光线最终会呈现出不同的色彩，随着引脚上氧化薄膜厚度增加，其呈现出来的光线不仅仅只会有黄色，还会出现有黄蓝色、蓝色、紫色、黑色等不同颜色。

引脚的氧化薄膜厚度与观察到的不同颜色

依据网友提供的经验，当零件引脚上产生了不同的氧化薄膜厚度时，其色彩将呈现出如下的不同颜色：
（请注意：光线的颜色会因为观察者的角度不同或观察的位置不同而可能呈现出不同的颜色，这是因为薄膜的厚度可能因观察的角度不同而发生变化，比如说引脚的弯曲处，或是薄膜不均匀处。）

氧化层厚度落在2-8奈米(nm)时：无异色
氧化层厚度落在8-15奈米(nm)时：呈现淡黄色
氧化层厚度落在15-20奈米(nm)时：呈现黄蓝色
氧化层厚度落在20-30奈米(nm)时：呈现蓝色
氧化层厚度落在30-50奈米(nm)时：呈现紫色
氧化层厚度落在50奈米(nm)以上时：呈现黑色
1nm(奈米) = 10Å(埃)

零件引脚氧化异色后会影响到产品功能吗？

这个就要看零件引脚氧化是发生在焊锡前或是焊锡后了，如果是在焊锡之后才发生的氧化异色，基本上不会对产品造成功能上的影响，因为有焊接的地方已经吃了锡，该处并没有形成氧化，而且仔细观察，有吃到锡的引脚处应该也都没有氧化异色问题，一般只有那些没有吃到锡的引脚处才会出现氧化异色。

但是异色可能会有外观(cosmetic)上的问题，如果这样的PCBA是直接出货给客户的话，一般还是要处理或与客户沟通后才能放行。如果担心有焊锡性问题，可以做推拉力测试，比较有无异色引脚的焊锡推拉力是否有差异来证明。

如果零件引脚的氧化异色是在焊锡前就已经发生，那可能就会有品质问题了，因为已经氧化的引脚就可能会造成吃锡不良，容易有空焊、假焊、包焊的风险。

零件引脚为何会发生氧化异色？

零件引脚会发生氧化异色通常是在经过高温后(比如回焊)或是零件受潮时才会发生，这是因为高温及湿气会促使氧化加速，增加氧化薄膜的厚度，目前发现金属表面处理镀层为「锡」与「镍」比较容易出现这种高温后异色的现象，因为这两种金属都会形成氧化薄膜，而且这两种金属也都是电子零件中常见的引脚表面处理。

(2023/3/9 修改内容)

只是为何同一颗零件有些批号的引脚会在过炉后发生引脚异色黄变，有些批号的零件则不会？或是不同厂牌的零件会有差别？这个问题应该就出在引脚的表面处里的镀层配方上了，一般会有这类问题的引脚镀层上大多是镀纯锡或镀纯镍，也可以是化学锡或化学镍，因为银及镍这两种金属在大气环境下容易在其金属表面钝化(氧化)生成薄膜保护层。大致上可以归纳为两个原因：

镀锡制程品质管控不当，镀锡槽不洁导致镀锡层含有杂质，使得锡镀层不够紧实、出现松散的空洞，回流焊高温后这些有问题的镀锡表面会变得更不平整。
纯锡镀层或镍镀层在回焊高温后发生氧化在金属表面生成钝化保护层，形成光学薄膜。

这问题应该就出在引脚的表面处里的镀层配方上了，一般会有这类问题的引脚镀层上大多是含有「镍(Ni)」这个金属，因为镍容易在金属表面形成钝化保护层，锡(Sn)虽然也会形成钝化层，但是一般不够细緻，比较无法形成良好的光学薄膜，所以锡造成异色的机率不高。

~~现代工业中一般最常见以「~~黄铜」当做零件引脚的主材料，引脚要先镀上镍，之后再镀上金或是锡为最后的表面处理，回焊高温时最外层的表面金层或锡层会溶解于焊锡中，而底层镍则大量析出取代成为表层，这应该就是镍钝化层形成的最主要原因与机理了，而咎其成因大多是因为最终的表面处理太薄所致，也就是金层或锡层太薄了。

一般发现零件有引脚异色，只要确认回焊过炉条件符合零件规格要求，证明完全依照零件商的要求条件过炉，再来就是把这问题反应给零件供应商换料就对了。