一種電鍍錫回流焊縮錫的檢測方法

唐小俠 萬克寶

（蘇州維信電子有限公司，江蘇 蘇州 215128）

0 前言

印制電路板（PCB）表面涂飾采用錫及其合金鍍層，不僅提高了線路的可焊性和耐氧化性，而且成本低，工藝制程穩(wěn)定，因此在撓性印制板（FPCB）制造中廣泛應(yīng)用于焊接鍍層。

錫及合金可以采用熱浸鍍、電鍍和化學(xué)鍍等方法沉積在基體金屬上，其中電鍍方法是應(yīng)用最為廣泛的。電鍍錫有4種基本工藝：堿性錫酸鹽工藝、酸性硫酸鹽工藝、酸性氟硼酸鹽工藝和酸性有機酸鹽工藝。其中分別以硫酸鹽體系和甲基磺酸鹽體系為代表的酸性硫酸鹽工藝和有機酸鹽工藝為最常見。而甲基磺酸鹽體系最能滿足節(jié)能環(huán)保、清潔生產(chǎn)的潮流。甲基磺酸屬強酸，對二價錫離子的絡(luò)合能力強，鍍液穩(wěn)定性較強，主鹽溶解度大，更適用于高速鍍錫。甲基磺酸也可提高表面活性劑和其他有機添加劑的可溶性，且鍍液毒性小，廢水處理容易，因而甲基磺酸體系電鍍錫及合金最適合應(yīng)用在PCB行業(yè)。[1]

因在銅上電鍍錫，銅錫易相互擴散生成金屬間化合物，為滿足回流焊工藝，要求電鍍錫或錫合金厚度較厚，一般不小于10 μm；如果為預(yù)鍍錫，厚度則需要更高，要在15 μm以上。其中預(yù)鍍錫在回流焊爐中，錫鍍層會經(jīng)過加熱、熔化、完全熔融和冷卻再結(jié)晶等過程。如無異常，再結(jié)晶后，金屬錫或合金仍然完全均勻地覆蓋在基材表面上；但有時，再結(jié)晶后，金屬錫或合金會聚集在某處，不能實現(xiàn)完全均勻覆蓋在基材表面，這種現(xiàn)象在PCB行業(yè)中被稱為“縮錫”或“聚錫”。

本文結(jié)合FPCB生產(chǎn)實例，通過對比回流焊和加熱平臺模擬測試，分析并討論了縮錫問題的檢測方法。

1 實驗部分

1.1 問題描述

作者公司某型號FPCB為新上線預(yù)鍍錫的電鍍錫產(chǎn)品，在回流焊制程后發(fā)現(xiàn)大量縮錫問題，如圖1（a）所示。嚴(yán)重影響FPCB質(zhì)量。且因在回流焊制程后才被發(fā)現(xiàn)，若和其他元件一起報廢，導(dǎo)致報廢成本高。急需一種簡易的測試方法，可以在回流焊制程前或電鍍錫制程后檢測出產(chǎn)品是否有縮錫問題。

圖1 縮錫問題圖片

1.2 試驗方案

本次實驗采用25 mm×50 mm（用防鍍保護膜遮蔽后有效電鍍面積為0.1 dm2） Dossan 122512雙面ED（電解銅箔）和上述FPCB作為電鍍錫試驗板。其電鍍錫的工藝流程如下：

貼防鍍保護膜→除油→水洗→微蝕→水洗→預(yù)浸酸→水洗→電鍍錫（某品牌藥水）→水洗→烘干→撕掉防鍍保護膜→水洗→烘干

其中雙面ED銅試驗板為實驗室制備，相應(yīng)藥水也在實驗室配制；上述FPCB電鍍錫試驗板則在產(chǎn)線制備。

共制備4種樣品: 包括ED銅試驗板有A和B樣品，F(xiàn)PCB電鍍錫試驗板有C和D樣品。其中A和C樣品電鍍錫藥水成分一致；B和D樣品電鍍錫藥水成分一致。如表1所示。

表1 試樣區(qū)分

1.3 試驗分析儀器

回流焊機-HELLER 雙軌氮氣爐判斷回流焊縮錫問題；使用QUICK 872+236加熱平臺檢測縮錫問題；OLYMPUS LED顯微鏡拍照。

1.4 檢測方法

1.4.1 回流焊測試方法

將測試樣品在回流焊機中走一次回流焊制程，因樣品電鍍錫，不需要印刷錫膏，其中回流焊機的溫度曲線如圖2所示。在回流焊制程后，使用20倍顯微鏡觀察并拍攝樣品。該方法用于判定測試樣品是否存在縮錫問題。

圖2 HELLER回流焊機溫度曲線

1.4.2 加熱平臺測試方法

將加熱平臺設(shè)置不同溫度，其中溫度參數(shù)如表2所示。將測試樣品分別放在所示溫度下的加熱平臺上，用鑷子按壓樣品周圍，使測試樣品電鍍錫部分貼合加熱平臺，受熱均勻，并保持10～15 s后取下測試樣品，待冷卻后使用20倍顯微鏡拍照。其中000表示為未放置在加熱平臺上測試的樣品。

表2 加熱平臺設(shè)置的溫度參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 回流焊制程判定縮錫問題結(jié)果

圖3是樣品的回流焊制程的結(jié)果?？梢钥吹紸樣品和C樣品，沒有縮錫問題；而B樣品和D樣品，錫在銅基材沒有均勻覆蓋，有縮錫問題。

圖3 回流焊制程結(jié)果

2.2 不同溫度的加熱平臺結(jié)果

圖4是C和D兩種樣品在不同溫度加熱平臺的測試結(jié)果。結(jié)果顯示FPCB電鍍錫試驗板C樣品在不同溫度下錫層均勻覆蓋在銅基材表面上；而FPCB電鍍錫試驗板D樣品在245 ℃～255 ℃的加熱平臺檢測后，勉強看出表面的不均勻現(xiàn)象，但不能體現(xiàn)回流焊制程后縮錫問題。當(dāng)加熱平臺溫度上到260 ℃以上，可以看到明顯的縮錫現(xiàn)象，這與回流焊制程后的結(jié)果一致。說明設(shè)置加熱平臺溫度為260 ℃以上，可以模擬回流焊制程，用以檢測縮錫問題。因考慮高溫更易有顏色變化問題，加熱平臺測試選用260 ℃作為模擬回流焊測試的最佳標(biāo)準(zhǔn)溫度。

圖4 C和D兩種樣品不同溫度的加熱平臺測試結(jié)果

2.3 260 ℃加熱平臺測試方法測試ED銅試驗板的結(jié)果

將ED銅試驗板A和B樣品，在260 ℃的加熱平臺上放置10～15 s進行縮錫測試。測試結(jié)果如圖5所示。結(jié)果顯示ED銅試驗板A樣品在加熱平臺上測試后，錫層仍均有覆蓋在銅基材表面，無縮錫現(xiàn)象，與回流焊測試結(jié)果一致；ED銅試驗板B樣品在加熱平臺測試后，錫層在銅基材表面局部聚集在一起，有縮錫問題，也與回流焊測試結(jié)果一致。以上結(jié)果說明該測試方法可以作為回流焊模擬測試檢測縮錫問題。

圖5 260 ℃加熱平臺測試結(jié)果

3 結(jié)論

（1）使用QUICK 872+236加熱平臺，將縮錫測試樣品在260℃下保持10～15 s，可以簡便快速地檢測電鍍錫產(chǎn)品的回流焊縮錫問題。該方法可以用于電鍍錫制程之后，以便生產(chǎn)和品質(zhì)判斷電鍍錫質(zhì)量，不僅避免不良品流出，而且可以及時解決問題；也可以用于SMT（表面安裝）回流焊前或者SMT IQA檢驗，減少因縮錫問題造成的疊加成本報廢損耗。

（2）在使用過程中需要注意，檢測樣品要按壓確保與加熱平臺貼合好，保證受熱均勻。