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無鉛噴錫板(HASL)吃錫上錫潤濕不良原因(資料收集)
其實工作熊個人是不太建議在回焊製程中使用噴錫(HASL)板的，尤其是雙面的SMT回焊製程，因為焊錫的不良率(Defect rate)真的很高，而且還不太容易克服。
相信大部分玩SMT製程工藝的朋友在碰到SMD零件吃錫不良時，最開始都會先懷疑是否為錫膏(solder paste)印刷不良(鋼網的厚度、開孔、壓力…參數調適不良等)、)、錫膏暴露空氣中超過時效而氧化、SMD零件腳受潮氧化、或是回流焊的溫度曲線沒有調好等問題。
不知道大家有沒有想過，這些HASL表面處理PCB的焊錫不良原因很可能有一大部分是來自噴錫板的噴錫厚度不足所造成，有一段時間，大家比較熟悉的應該都是ENIG表面處理PCB的金層與鎳層的厚度不足會造成焊錫的問題，可是HASL的錫層太薄也會造成焊錫不良嗎？下面是工作熊收集到的一些資料，給大家參考。(文章中的圖片只是參考用，並不是案例的圖片)。
有經驗的朋友也歡迎提供您寶貴的意見。
(2016/7/30更新)工作熊最近發現HASL表面處理板似乎有死灰復燃的跡象，原因好像是因為OSP表面處理板的長期信賴度不佳所致，因為OSP初期的確會生成具有良好的強度IMC之Cu6Sn5，但使用一段時間後會漸漸生成不良IMC的Cu3Sn，引發零件掉落的問題，所以隱隱地有一股潮流往HASL的方向回流的趨勢。
另外，經過一段時間的製程改善，HASL的表面平整度似乎也得到了一定的改善了，再加上開始有板廠在噴錫中加入鎳(Ni)用以抑制Cu3Sn生成速度，改善原來HASL長期信賴度的問題，所以現在剩下的唯一問題就是噴錫厚度的掌握了。
不過HASL還是有一個致命傷，就是雙面回焊的第二面還是很容易出現空假焊的不良。究其原因可能是
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因為第一次回焊高溫會同時重新融熔PCB焊墊表面上的噴錫，高溫不只會在印刷錫膏的第一面形成IMC，也同時會還未印刷錫膏的第二面形成IMC。一旦第二面的噴錫厚度太薄，第一次回焊時可能用掉第二面的大部分表面噴錫，當第二面印刷錫膏回焊時沒有多餘的錫來與錫膏中的錫形成有效連結，使得焊錫強度急速下降。
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因為過一次高溫回焊將使得第二面的噴錫重新熔融，當溫度冷卻噴錫重新變回固體時，將使得噴錫形成部分壟起現象而焊墊造成表面不平整問題，最終可能引起空焊問題。這個問題對細見細零件似乎還是無解～
收集網路上有關HASL不良資料：
| 文章標題 | 文章大意 |
| 無鉛噴錫(HASL) 上錫不良案例研究 (簡) |
分析HASL表面處理板子的第二面回流焊後吃錫不良之原因。有金相切片分析的結果，顯示不吃錫焊墊的地方已經出現了銅錫完全合金化的現象，此種銅錫合金已經無法再提供可焊性。 檢視同批次未焊錫的PCB空板並做切片分析，發現未經焊接的PCB焊墊錫鍍層表面已存在嚴重的合金發生暴露現象(銅錫合金IMC已經形成)。對PCB空板做切片也發現有銅錫合金已經生成的現象(工作熊個人猜測有可能存放時間過久造成銅錫互相擴散滲透問題)，量測IMC厚度大約為2µm，考慮到合金化會導致厚度增加，推測原本的噴錫厚度應該在2µm以下，因此推斷根本原因為PCB空板原來噴錫的厚度太薄(2µm以下)，以致銅錫合金化暴露於焊墊的表層，沒有足夠的錫可以再予錫膏結合，進而影響到焊墊吃錫的效果。 |
| 雙面噴錫板單面上錫不良如何處理 (簡) 連結已遺失 |
這應該是一篇整理文，集合各方意見的文章，但文章談到最後大多將焊錫不良原因歸咎於噴錫厚度太薄。 噴錫厚度建議至少要高於100u”(2.54µm)以上於大面銅區，至少200u”(5.0µm)以上於QFP及週邊零件，至少450u”(11.4µm)以上於BGA焊墊，比較能解決第二面過迴流焊發生拒焊的問題，但噴錫厚度越厚，就越不利細間腳的零件，容易形成短路的問題。 在PCB的製程上，越小的焊盤，其噴錫的厚度就會越厚，對細間腳零件來說，錫量印刷量的控制就越不意，容易造成短路問題。 儲存噴錫板的時間越長，長成IMC(Cu6Sn5)的厚度就會越厚，也就越不利後續的回流焊焊錫。 通常噴錫板的錫越平整，則厚度就變得越薄。 |
「雙面噴錫板」經常發生第一面過爐沒問題，第二面過爐焊不上錫、潤濕不良問題之可能原因與機理
這應該是HASL板子典型噴錫厚度不足所造成的問題，一般噴錫厚度要求要在2.54µm以上於大面銅區為佳，最小也不應低於2µm，建議5µm以上於QFP及週邊零件，11.4µm以上於BGA焊墊。
雙面HASL板在第一次回焊時，因為噴錫板的兩面都已經預先噴有表面處理的「錫」，回焊時會因為高溫而時得噴錫與銅箔開始起反應而生成銅錫共化物(IMC)， Cu6Sn5。
這時，PCB的第一面會印刷有錫膏，錫膏會提供足夠的錫來與PCB表面底層的銅，以及與電子零件引腳的表面金屬分別生成各自的IMC，進而將電子零件黏貼於PCB焊墊上。要注意的是，在第一次過回焊高溫時，PCB的第二面因為沒有錫膏提供足量的錫，所以只能由其原本的噴錫來與其底金屬銅一起生成IMC。
等到第二次要過回焊爐時，因為第二面表面處理的錫已經在第一次過爐時與銅箔生成了IMC，用掉了一大部分的錫，一旦噴錫厚度不足時，剩餘的錫量如果不足以和附加上來的錫膏連結在一起，就會造成第二面潤濕不良的問題。這也可以解釋為何第二面的錫膏大多跑到零件的引腳上，而無法與焊盤潤濕，表示回焊溫度足夠但是PCB的表面拒焊。
而且已經生成的IMC，其熔點至少會比SAC熔點增加了10°C以上，也就是說如果想要讓已經生成的IMC融化就要考慮增加錫爐的溫度來克服或是延長回焊區的時間，但這麼一來還必須考慮PCB上的電子零件、錫膏與板材是否可以承受更高的溫度或時間，所以，比較好的方法還是回頭要求PCB板廠增加噴錫的厚度才是正解。
延伸閱讀：
整理幾種常見PCB表面處理的優缺點
[討論]SMD零組件內部焊接需要使用高溫錫嗎？
設計Thermal Relief pad(熱阻焊墊/限熱焊墊)降低焊接不良
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訪客留言內容（Comments）
狂人哥，
最近遇到一個拒焊的問題，客戶使用sba無鉛免洗焊鍚膏,合金:Snbi35Ag1.0 成份:Sn:Bal Bi35±0.5 Ag 1.0±0.1 溶解溫度 139~187℃–但PCB噴鍚製程為錫鎳銅，是不是造成拒焊的最主要原因，因為上件的不良率非常高。
請問狂人兄:
噴錫厚度一般有厚度標準嗎?
如果SMT製程上碰到縮錫或拒焊現象,
請問在SMT上可有方法能有效克服或改善嗎?
以上這些情況.對於電子產品可靠度表現上存在著一定程度的影響
是否有建議的方式可做製程管制.預先將不穩定產品先行於製程上卡下
不讓產品流出造成異常客訴等.
以上.謝謝
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？
狂人大您好,
最近公司發生一件噴錫板翻面不吃錫的問題, 我們認定錫面有問題, 廠商本來解釋是我司的迴焊爐溫度曲線設定有問題, 後來排除溫度問題後, 廠商又提到我司的錫膏是採用”錫96.5銀3.0銅0.5″, 而他的噴錫製程是採用”錫銅鎳”, 因此造成兩個系統差異, 導致焊接狀況不良! 我對這個說法並不認同, 因為噴錫製程不管是走”錫銀銅”或是”錫銅鎳”, 進到我司的板子, 基本上都是銅上有IMC合金, IMC合金上有錫, 銀與鎳的成份都是非常微量的, 不應該是造成De-Wetting的主因!
根據與技高錫膏廠的討論, 與參考板上的文章, 我更懷疑的是噴錫製程中是否有汙染, 與噴錫的厚度是否有達到低標”100u吋 or 2.54um”, 想詢問狂人大的意見, 我司是否應該要更進一步去做切片檢查噴錫厚度, 釐清這個問題呢? 或是還有沒有其他的建議呢?
P.S. 廠內也有De-Wetting的打件板, 若是狂人大不介意的話, 我也可以寄實品過去, 或者親自去拜訪一趟, 我們真的很想找出真正的問題點!!!
狂人大您好,
求償當然是一個考量的問題, 但其實我們公司更重視的是配合廠商是如何處理問題的, 就算真的是板廠的問題, 我們也願意一起去分擔這筆賠償金額(畢竟製程上沒辦法管控到及時發現, 也難辭其咎), 但是倘若廠商只是不斷的想撇清責任, 最後以勉為其難的態度賠款, 這也不是我們想要的結果, 因為這樣未來只會不斷發生這種事情, 而並沒有從根本上去解決問題!! 我們真正想要的是一個負責任的供應商, 可以一起討論解決問題呀!!
目前廠內的空板都是廠商重工後的板子, 昨天嘗試直接刷錫膏過迴焊爐, 看起來是沒有問題! 昨晚想到這樣的實驗無法抓出錫層太薄的問題, 因此我們今天會再實驗, 先以第一面過爐, 然後再刷錫膏去過第二面, 看是否能重現不吃錫的問題!! 若是可以, 就可以接著去做”重工後空板切片”與”過一次錫爐後切片”的實驗了!!
我手邊有份自己製作的報告, 可以寄給您看看, 不過我要寄到哪個信箱呢??另外, 南部這邊是否有推薦的實驗室可以做相關的切片檢驗報告?
狂人大您好,
經過這段時間的實驗, 跟您更新一下目前調查的進度, 這批吃錫不良的板子, 經過交叉驗證, 證實確實是噴錫製程中, “錫銀銅”與”錫銅鎳”製程差異所造成! 也就是說, 當焊墊是走錫銅鎳製程時, 焊墊的熔點是227度, 而成分為”錫銀銅”的錫膏, 熔點是217度, 當迴焊爐的溫度沒有根據”錫銅鎳”去做調整時, 便容易造成大批的板子吃錫不良, 且有拒焊的現象產生!
因此未來我司在與PCB板廠的規範中, 都會將噴錫製程必須走”錫銀銅”放入標準, 避免同樣的現象再次發生, 也與您分享這個經驗 🙂
狂人大您好，小弟客戶反應鐵殼腳在走SMT時拒鍚7%不良(不好吃鍚)，鐵殼是鍍
鎳50U”，目前使用庫存品，使用鍚爐試鍚都正常，請問．．．我該用什麼方法來
證明，我的產品是好的，不是出在我身上呢？另外我也想了解～如果是電鍍引起
的，要往哪個方向去查明，該如幫助客戶異常改善．．
PS.我剛涉足這個電子業,問的問題如果..太蠢還請大大別見笑
熊大,
剛在查些關於吃錫不良資訊時, 看到你這篇, 但不是我要找的ENIG 部分錫縮
意外發現你這頁的圖出現在某大陸pcb廠,浮水印被切掉..
http://www.slpcb.com/Article/wqpxdianlubanlbsxb_1.html
工作熊您好,
請教一下
敝司在客戶端為DIMM孔上錫不良
切片量測孔銅厚度,粗糙度 亦無發現異常,也無發現孔破
錫膏與零件腳 孔壁形成一個風箏型
若打EDS也無法有效分析出假設之汙染化合物(只能顯示C,H,O…這種元素)
且客戶反應其他板廠無此現象
不良率達16%…
如何繼續調查分析真因 謝謝
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5. 工作熊每則留言都會看，但不會每則留言都回答，尤其是只有問候之類的內容。
6. 留言詢問時請注意您的態度，工作熊不是你的「細漢」，更沒有拿你的薪水，所以不接受吆喝工作熊的態度來回答你的問題。
7. 原則上工作熊不接受私下電子郵件、電話、私訊、微信或任何即時通聯絡。
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1.噴錫板噴錫太厚 會造成mark 置放機讀不過 因mark上的錫形成凸點
2.大pad pad噴錫厚薄不均 造成過reflow 後 有錫縮