錫銅鎳無鉛熱風(fēng)整平產(chǎn)品回流焊后焊盤變色的研究與解決

張秋榮 顧 湧 徐 歡 李 楠

（天津普林電路股份有限公司，天津 300250）

1 前言

此問題在2010年經(jīng)過多次試驗(yàn)已經(jīng)有了解決方案，就是在加工產(chǎn)品之前向錫銅鎳焊料中加入預(yù)計(jì)數(shù)量的高鍺焊料，將焊料中的鍺含量提高到50×10-6℃以上，這個(gè)能徹底解決焊接后錫面發(fā)黃的問題；但是成本非常高，對(duì)于小訂單的客戶不適用，也一直未能找到其他行之有效的辦法。曾經(jīng)我們懷疑是長時(shí)間錫料不換新導(dǎo)致里面雜質(zhì)多，但是開新缸后，跟蹤一周的時(shí)間，回焊后錫面又變黃了，仍然不能解決此問題。面對(duì)成本的考量，形式非常嚴(yán)峻，這就要求我們必須尋找到新方法、新的工藝，既能解決錫面發(fā)黃的問題，達(dá)到客戶滿意；又能將廠區(qū)加工成本降到最低，將公司利益最大化。

為了解決此問題，之前做過各種實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，包括改變加工參數(shù)、更換助焊劑、增加錫厚度以及實(shí)驗(yàn)各種酸洗包括用稀硫酸、酸洗液、清洗劑在出貨前清洗等，均不能達(dá)到理想的效果，因此我們?cè)诳蛻舻姆e極配合下，進(jìn)行了大量的回流焊接測(cè)試，終于找到了有效表面處理方法：用4%～6%稀磷酸進(jìn)行最終的表面沖洗，可以最終達(dá)到我們期望的效果：表觀不受影響的同時(shí)，回流焊接后錫面也不發(fā)黃，滿足了客戶的要求。

2 清洗的原理和清潔的效果

（1）磷酸是中強(qiáng)酸，既可以將錫面上的雜質(zhì)離子清洗干凈，又不會(huì)對(duì)錫面造成強(qiáng)腐蝕，造成錫面花影響表觀。

（2）我們對(duì)處理產(chǎn)品后的稀磷酸進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)溶液中含有銅離子和少量的鎳離子，說明磷酸洗會(huì)將錫表面少量的銅洗下來。

（3）同時(shí)對(duì)沖洗前和沖洗后的錫表面進(jìn)行EDX掃描，發(fā)現(xiàn)表面的許多雜質(zhì)離子被去除了，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過磷酸銑的表面，比較光潔，測(cè)出的雜質(zhì)元素非常少，只含有C、N、Si、Cu、Sn，而沒有經(jīng)過磷酸洗的板子，上面的氧化點(diǎn)和渣子相對(duì)較多，測(cè)試出的元素也多，不僅含有C碳、N氮、Si硅、Cu銅、Sn錫，上面還檢驗(yàn)出了許多其他的雜質(zhì)元素，如Cl氯、Na鈉、S硫、K鉀，而稀磷酸則可以清潔這些雜質(zhì)離子（圖1）。

圖1

3 小樣試驗(yàn)和性能論證階段

（1）為了驗(yàn)證其影響點(diǎn)，我們進(jìn)行了各種模擬試驗(yàn)，來驗(yàn)證磷酸洗對(duì)PCB所產(chǎn)生的影響（表1）。

表1

（2）上面驗(yàn)證了磷酸洗的有效性后，后續(xù)為了證明磷酸濃度對(duì)焊接后焊盤發(fā)黃的影響，我們?cè)O(shè)計(jì)了DOE試驗(yàn)，對(duì)不同濃度、不同酸洗時(shí)間的效果，以期找到最佳的磷酸濃度和處理時(shí)間的組合，結(jié)果如表2。

表2

（3）上面已經(jīng)確定了最佳的磷酸濃度和時(shí)間，接下來為了驗(yàn)證酸洗后對(duì)表觀長時(shí)間不產(chǎn)生影響，我們對(duì)4%和5%的磷酸處理10 s后的樣品做高溫老化試驗(yàn)，觀察錫面是否會(huì)產(chǎn)生變化，老化后對(duì)可焊性是否產(chǎn)生影響：

溫濕度循環(huán)設(shè)定：25 ℃升溫至65 ℃需要2.5 h；65 ℃保持3 h；65 ℃降溫至25 ℃需要2.5 h，期間濕度保持在85%～93% ，共20個(gè)循環(huán)，一共需要160 h（約7天）。

表3

（4）上面確定了高溫老化測(cè)試不會(huì)影響產(chǎn)品的可焊性，接下來需要驗(yàn)證高溫高濕老化測(cè)試后對(duì)PCB表觀是否會(huì)產(chǎn)生影響，查詢IPC標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)條件如表4。

（5）小樣試驗(yàn)和性能測(cè)試階段的小結(jié)：

①磷酸濃度控制在4%～5%，處理時(shí)間為5 s ～ 10 s時(shí)為最佳浸洗時(shí)間。

表4

做老化試驗(yàn)，①120度烘烤24小時(shí)后，表觀無色差變化，可焊性也合格，可以確認(rèn)經(jīng)過磷酸處理后對(duì)產(chǎn)品的性能無影響。②高溫高濕老化測(cè)試后，表觀無色差變化，可焊性也合格，可以確認(rèn)經(jīng)過磷酸處理后對(duì)產(chǎn)品的性能無影響。

磷酸的成本比高鍺焊料的成本低很多，后續(xù)我們會(huì)按照此試驗(yàn)結(jié)果在線體進(jìn)行小批量試驗(yàn)。

（6）成本的對(duì)比：

使用磷酸成本大幅度降低了，每次至少可以節(jié)約成本1 740元，查詢歷史數(shù)據(jù)，每年平均添加18次，那么每年至少可以節(jié)約此項(xiàng)成本31 320元。

目前有此種需求的客戶在增加，成本的降低也是不可估量的。

4 線體小批量生產(chǎn)的試驗(yàn)階段

4.1 指定專用的設(shè)備

（1）此設(shè)備的特點(diǎn)必須是第一個(gè)槽子是獨(dú)立的酸洗槽，其余的均為水洗、烘干的水平設(shè)備（圖2）。

圖2

（2）起草了工藝變更單，指導(dǎo)線體執(zhí)行。

（3）對(duì)在線的客戶有此要求的480片交貨板全部進(jìn)行酸洗，進(jìn)行小批量生產(chǎn)。

（4）小結(jié)：跟蹤客戶處回流焊接的結(jié)果，產(chǎn)品全部符合客戶要求，光板經(jīng)過二次回流焊后，表面不發(fā)黃，可焊性和表觀均滿足客戶的要求?？蛻粼O(shè)備的圖片如圖3。

4.2 大批量試驗(yàn)階段

圖3

后續(xù)對(duì)1560片成品板進(jìn)行大批量的加工，然后從中拿取二片產(chǎn)品去客戶處做回流焊測(cè)試，二次回焊后焊盤無變色，發(fā)給客戶后，客戶將全部產(chǎn)品焊接后均合格，完全滿足了客戶要求。

5 總結(jié)

通過以上的改善措施，我們已經(jīng)從根本上解決了客戶反饋無鉛熱風(fēng)產(chǎn)品回流焊接后焊盤發(fā)黃的問題，使我們走出了高成本對(duì)我們?cè)斐傻睦_。今天，我們終于給自己和客戶交了一個(gè)滿意的答卷，成本降到了最低，同時(shí)滿足了客戶要求。希望通過我們的總結(jié)與實(shí)踐為同行提供更多的啟示和幫助。本文不足之處，歡迎指正。