電子零件引腳過爐後黃變、發紫、變藍的機理原因與解決方法

電子零件引腳過爐後黃變、發紫、變藍的機理原因與解決方法

工作熊最近碰到幾個網友提問關於元器件過完回焊爐後引腳黃變、發黃的問題。為何零件引腳過完回焊爐後會變色?零件引腳黃變異色後會影響到產品功能嗎?該如何處理這種異色的電子零件及組裝板呢?

其實元件引腳經過高溫後會有造成異色的最主要原因為引腳的金屬表面生成了一層薄薄的鈍化薄膜,你也可以將之視為氧化薄膜,而氧化薄膜的厚度則會直接影響到光線的反射與折射的角度,以前讀書時應該都有做過「三菱鏡」實驗,光線經過折射後會呈現出不同的色彩,而零件引腳異色的產生大概也是類似的原理,只是稍有差異。

有網友提到助焊劑殘留也會造成異色,的確在回焊後助焊劑也會在焊錫上形成一層透明的薄膜,但這層助焊劑薄膜一般非常厚,所以在回焊後不大會馬上形成異色。助焊劑殘留一般要擺放一段時間後才會逐漸變為乳白色或變黃,而且助焊劑一般只會殘留在焊錫上,只要用酒精類溶劑就可以其變軟並擦拭清除。而文章中提到的異色則是在無焊錫處且無法用酒精類溶劑來清除的。

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零件引腳的異色其實是因為氧化鈍化層形成了所謂的「光學薄膜」,當光線照射於薄膜時,因為光線中的色彩光具有不同的波長,光波會被薄膜的上、下界面分別反射及折射,又互相干擾(interference)並形成新的波長,最後就呈現出不同的色彩,怎麼好像很複雜很難懂的樣子?這個在國、高中的課本上也都有讀過喔!大家應該都還給老師了,其實在我們的日常生活當中的肥皂泡泡及水面上的油漬在陽光下呈現出不同的彩色就是「光學薄膜」,想知道更詳細原理的朋友可以去查詢「薄膜光學」或「薄膜干涉」的文獻。

視光線被干涉的程度而定,光線最終則會呈現出不同的色彩,隨著引腳上氧化薄膜厚度增加,其呈現出來的光線不僅僅只會有黃色,還會出現有黃藍色、藍色、紫色、黑色等不同顏色。

引腳的氧化薄膜厚度與觀察到的不同顏色

依據網友提供的經驗,當零件引腳上產生了不同的氧化薄膜厚度時,其色彩將呈現出如下的不同顏色:
(請注意:光線的顏色會因為觀察者的角度不同或觀察的位置不同而可能呈現出不同的顏色,這是因為薄膜的厚度可能因觀察的角度不同而發生變化,比如說引腳的彎曲處,或是薄膜不均處。)

零件引腳氧化異色後會影響到產品功能嗎?

這個就要看零件引腳氧化是發生在焊錫前或是焊錫後了,才發生的氧化異色,基本上不會對產品造成功能上的影響,因為有焊接的地方已經吃了錫,該處並沒有形成氧化,而且仔細觀察,有吃到錫的引腳處應該也都沒有氧化異色問題,一般只有那些沒有吃到錫的引腳處才會出現氧化異色。

但是異色可能會有外觀問題,如果這樣的PCBA是直接出貨給客戶的話,一般還是要處理或與客戶溝通後才能放行。如果擔心焊錫性問題,可以做推拉力測試,比較有無異色引腳的焊錫推拉力是否有差異來證明。

如果零件引腳的氧化異色是在焊錫就已經發生,那可能就會有品質問題了,因為已經氧化的引腳就可能會造成吃錫不良,容易有空焊、假焊、包焊的風險。

零件引腳為何會發生氧化異色?

零件引腳會發生氧化異色通常是在經過高溫後或是零件受潮時才會發生,這是因為高溫及濕氣會促使氧化加速,增加氧化薄膜的厚度,只是為何同一顆零件有些批號的引腳會在過爐後發生引腳異色黃變,有些批號的零件則不會?或是不同廠牌的零件會有差別?

這問題應該就出在引腳的表面鍍層配方上了,一般會有這類問題的引腳鍍層上應該都含有「鎳(Ni)」這個金屬,因為鎳容易在金屬表面形成鈍化保護層,錫(Sn)雖然也會形成鈍化層,但是一般不夠細緻,無法形成良好的光學薄膜,所以錫造成異色的機率不高。

所以,現代工業中一般最常見以「黃銅」當做零件引腳的主材料,引腳要先鍍上鎳,之後再鍍上金或是錫為最後的表面處理,回焊高溫時金層或錫層會溶解於焊錫中,而底層鎳則大量析出取代成為表層,這應該就是鎳鈍化層形成的最主要機理了,而咎其成因大多是因為最終的表面處理太薄所致,也就是金層或錫層太薄了。

一般發現零件有引腳異色,只要確認回焊過爐條件符合零件規格要求,證明完全依照零件商的要求條件過爐,再來就是把這問題反應給零件供應商換料就對了。

零件引腳氧化異色後可以補救嗎?

前面篇幅說過引腳黃變異色是因為零件引腳的表面鍍層形成了氧化膜所造成,如果在焊錫前零件引腳就已經發生了異色,就表示它在還沒焊接前就已經氧化,工作熊強烈建議你就不要用了,風險高。

對於那些焊錫後才發生引腳異色的零件,則可以考慮增加焊錫量,讓焊錫可以爬滿零件的引腳,覆蓋住引腳,這樣就可以避免形成鎳的鈍化層造成的異色了。

你說錫膏不管怎麼加都不能填滿引腳?或是已經過完爐了,該怎麼辦?數量少的話就手焊補錫,如果可以熱風吹最好,比較不會有外觀問題,但是溫度控制很重要。

其他可能造成異色的可能性

零件引腳發生異色,除了鈍化層形成光學薄膜外,助焊劑也是一大成因,所以可以考慮先用溶劑清除住焊劑,看是否可以修復引腳異色。其次是電鍍液如果沒有洗乾淨也可能發生,但是機率不高。


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