淺析電裝焊接中的“去金”工藝問題及策略

包崇偉

摘 要：本文通過對電子產(chǎn)品的裝聯(lián)中對"去金"問題以及對可靠性的影響進(jìn)行簡要的分析，并結(jié)合航天產(chǎn)品的相關(guān)工藝規(guī)范的要求，提出了具體的"去金"工藝措施，并進(jìn)行了工藝方法的探討。結(jié)果表明，元器件去金提高了焊點的可靠性，但對于元器件引線的"去金"問題應(yīng)慎重對待，針對電裝行業(yè)的相關(guān)工藝規(guī)范要求，為避免"金脆"現(xiàn)象的發(fā)生，元器件引線的鍍金層在焊接前應(yīng)予以去除。簡要分析了金脆現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理，探討了高可靠性應(yīng)用場合去金的必要性，并結(jié)合工作實際介紹了幾種實用的去金工藝方法。針對電裝生產(chǎn)中的"金脆"問題，展開機(jī)理分析，探討電子元器件去金的必要性。對電裝常見各類元器件的搪錫去金處理方法進(jìn)行梳理，并通過微觀組織對比分析得到表貼器件最佳去金處理方法。

關(guān)鍵詞：電裝焊接；"去金"工藝問題；策略

引言：元器件在印制電路板上的安裝一般采用“軟釬焊”工藝。按照航天相關(guān)電裝標(biāo)準(zhǔn)，焊料一般局限于幾種含鉛的共晶焊料，以縮短焊料從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的時間，改善焊料的金相組織，減少“晶須”的發(fā)生金由于其具有優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性，不易氧化、焊接性好，耐磨、導(dǎo)電性好、接觸電阻小等優(yōu)點，在電子行業(yè)被普遍應(yīng)用。目前在電子行業(yè)根據(jù)不同的要求與應(yīng)用場合有三種類型鍍金：一是鍍硬金，厚度應(yīng)用在反復(fù)使用插拔的金手指鍍金，金層不僅要求耐磨，且有較高的厚度；二是焊接用鍍金，焊接的實質(zhì)是在鎳表面進(jìn)行，金層是為了保護(hù)新鮮鎳表面不被氧化的，所以金層在保證鎳表面不氧化的條件下，金層應(yīng)越薄越好；三是金屬絲焊接用鍍金，由于金屬絲金絲等直接焊接在金層上的。因此，要求有較厚的金層，一般金層厚度應(yīng)在 0.5 μm 左右。為了防止電路板以及元器件引線的氧化問題，提高焊接性能，大量使用了鍍金的 PCB 板和元器件引線。該現(xiàn)象引起了人們的重視，隨后在航天系統(tǒng)內(nèi)部提出鍍金引線在焊接前要進(jìn)行搪錫處理問題。近年來，關(guān)于去金問題在航天以及其他軍工產(chǎn)品等需要高可靠焊接的產(chǎn)品上被很多次提出來，以至于“去金”問題受到越來越多的重視。

二、去金的工藝要求

“金脆”的危害已經(jīng)被大家充分認(rèn)識，但是業(yè)對于鍍金層表面的處理，即“除金工藝”看法尚不一致，有些標(biāo)準(zhǔn)要求“強制去金”，有些標(biāo)準(zhǔn)則僅為“推薦去金”，表1列出了電裝常用國內(nèi)外軍工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)鍍金表面去金的要求。總結(jié)業(yè)內(nèi)的看法，可以得出大致的結(jié)論，一般認(rèn)為鍍金層厚度在1.27μm時，能在2 s內(nèi)溶于低熔點的錫鉛焊料中，當(dāng)大于1.27μm時，金元素擴(kuò)散后將足以使焊點產(chǎn)生脆性。因此，目前各種標(biāo)準(zhǔn)一般要求，大于1.27μm時應(yīng)進(jìn)行至少一次搪錫去除，而當(dāng)鍍金層大于2.5μm時，則要求2次搪錫處理。除表面安裝元器件外，應(yīng)從鍍層為2.5μm 或更厚的元器件被焊表面將金層除去，對于表面安裝元器件至少應(yīng)將95% 的總鍍金表面的金層去除，同時在元器件被焊表面不應(yīng)再有金層“金脆”危害的研究進(jìn)一步加深以及質(zhì)量問題在航天型號產(chǎn)品等高可靠場合的發(fā)生，對鍍金層的處理必將趨于更嚴(yán)格化的要求。

三、搪錫工藝及可靠性分析

電子產(chǎn)品裝聯(lián)過程中，與“金脆”現(xiàn)象有關(guān)的因素主要包括印制板焊盤、焊料和元器件焊端。首先是焊料問題，一般認(rèn)為焊料中金雜質(zhì)含量較少，不會引發(fā)“金脆”現(xiàn)象；其次是印制板焊盤鍍層問題，目前，印制板焊盤處理方式多采用化學(xué)鎳金工藝，此種方式的金層厚度一般很薄，大多控制在0.05μm～0.08μm，研究表明，金層厚度在0.075μm～0.375μm之間，“金脆”現(xiàn)象是可以忽略的，因此印制板焊盤也無須進(jìn)行特殊的去金處理；最后是元器件焊端鍍層問題，元器件從封裝上一般可分為無引線和有引線兩種，無引線元器件鍍層厚度一般很薄，可不進(jìn)行搪錫處理，但是有引線元器件一般鍍金層較厚，需要采用搪錫法進(jìn)行去金處理。手工搪錫法。使用烙鐵進(jìn)行手工搪錫，搪錫溫度一般為260 ℃～280 ℃，時間為2 s～3 s，然后用吸錫繩加熱后吸除表面的搪錫層，若表面鍍金層大于2.5μm，應(yīng)再進(jìn)行一次搪錫處理。為防止金脆，鍍金的引線和接線端子必經(jīng)過搪錫處理，對鍍金表面的處理問題已經(jīng)明確提出，受到工藝項目重點關(guān)注。

四、“去金”的工藝措施及成效

1.雙波峰焊工藝

焊點中的 Au-Sn 合金對焊點的可靠性的影響在業(yè)界逐漸得到共識，但是焊接前對于鍍金表面的處理問題方面爭議較多。一般認(rèn)為，鍍金厚度在 1.27μm 時，能在 2 s 內(nèi)溶于低熔點的錫 - 鉛焊料中，從 Au 在錫鉛焊料中的熔解曲線也可以看出；當(dāng)鍍金厚度 >1.27 μm 時，有足夠的金元素向焊料中擴(kuò)散而產(chǎn)生脆性。對于 PCB 板的焊盤鍍金問題，為了減少 Cu - Au合金的危害，PCB 板的鍍金層下面一般是鍍鎳阻擋層。但SMT工藝中，Ni 金板金鍍層以及一些元器件的金鍍層都非常薄， 一般認(rèn)為，少量的金不至于引起金脆，所以對表貼器件一般不采取去金措施。采用雙波峰焊工藝進(jìn)行元器件的焊裝時，前一波峰可以起到去金的作用，后一波峰進(jìn)行最后的焊接，因此可以不做專門的去金搪錫工序，但對錫槽中的焊料的成分要進(jìn)行控制，以防止焊料中的金含量或其他雜質(zhì)含量超標(biāo)。應(yīng)再進(jìn)行一次搪錫處理。該方法也適用于電連接器焊杯去金處理。浸錫法去金處理。采用雙錫鍋或流動的焊料熔液進(jìn)行，一個搪錫鍋用于去金，錫鍋溫度的設(shè)定可略小于手工烙鐵搪錫。該方法適用于分立插裝元器件，小型的波峰焊返修設(shè)備也可用于分立插裝元器件的去金處理。

2.再流焊去金。

再流焊工藝去金實際上是針對表面貼裝元器件的端電極（引線）采取的不得已的方法，由于高可靠元器件全部采用陶瓷封裝，元器件的搪錫和焊接過程必須采用逐步升溫的辦法。采用工藝電路板先將需要去金的元器件按照回流焊設(shè)定的溫升曲線進(jìn)行焊接，降溫前將工藝板上的元器件取下采用吸錫槍（或吸錫繩）吸除表面焊料，然后自然冷卻。該過程也可在溫度可控的加熱板上進(jìn)行，條件允許的話也可采用返修工作站進(jìn)行搪錫處理。操作時，搪錫去金的溫度和時間是主要工藝參數(shù)要進(jìn)行嚴(yán)格控制，以免對元器件造成損壞。實際上，對于一次搪錫后的效果做量化分析檢測成本太高。因此，為了達(dá)到去金效果，對于插裝元器件而言，一般可以直接進(jìn)行二次搪錫。從操作上而言，搪錫去金工藝對于插裝元器件、導(dǎo)線和各種接線端子容易實現(xiàn)。但對于表面貼裝元器件及其引線間距窄而薄，容易變形；而且對于高可靠的元器件都采用陶瓷本體，陶瓷在熱沖擊下更容易產(chǎn)生裂紋，因此，搪錫去金處理十分困難。特別是 PCB 上使用的電連接器，它們的接觸偶大多是鍍金的，在要求去金時，必須考慮它們的絕緣材料耐溫問題；焊劑、焊料在焊接時產(chǎn)生的芯吸現(xiàn)象，極易滲入引腳內(nèi)部的問題；另外接觸偶密度也越來越高，不僅是操作困難的問題，帶來的隱形質(zhì)量風(fēng)險更大。

4 結(jié)語：

本文首先對電裝生產(chǎn)過程中去金問題進(jìn)行了機(jī)理闡述，接著對行業(yè)內(nèi)各去金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了匯總，最后對各類不同器件裝焊過程中的搪錫方法具體分析，并通過試驗對比得到表貼器件搪錫處理的最佳方法。在電子裝聯(lián)中，焊接過程中形成的合金會降低焊點的強度。鍍金層除與不除、如何去除是工藝工作中常遇到的事情。因為去金時的溫度沖擊會對元器件的可靠性帶來風(fēng)險，必須針對具體的鍍金對象來選擇安全可靠的除金工藝，特別是針對表面貼裝器件的去金更要慎重對待，從而才能達(dá)到更好的“去金”效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]成剛.電裝焊接中的“去金”問題及措施[J].宇航材料工藝，2012（5）：84-87.

[2]張偉，石寶松，孫慧，等.電子產(chǎn)品元器件去金工藝研究[J].電子工藝技術(shù)， 2013（9）

[3]周濤，等. 錫焊料及其在微電子封裝中的應(yīng)用[J].電子與封裝，2005（8）：8

[4]航天電子電氣產(chǎn)品手工焊接工藝技術(shù)要求[S].QJ3117—99，國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)1999

[5]航天電子電氣產(chǎn)品手工焊接工藝技術(shù)要求[S].QJ3012—99，國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)1999