一、選擇性波焊

當(dāng)電路板底面只有很少區(qū)域需要錫波焊接，但又欲節(jié)省昂貴載具(Pallets)之花費(fèi)者，雖可改用錫絲(SOlder Wire)與烙鐵(Solder Iron)的手焊，但由于手焊品質(zhì)不易掌握；如應(yīng)力增大、死角難以進(jìn)入、熱量不足，或焊點(diǎn)較多人工成本太局等；甚至雙面均需插孔波焊者，則局部性錫波之選焊法仍有其必要性。因而國(guó)外供應(yīng)商們乃開(kāi)發(fā)出十分特殊的選焊機(jī)器，在機(jī)械手(Robots)及輸送帶(Conveyor)的配合下，可對(duì)板子底面進(jìn)行定點(diǎn)或定區(qū)之浸焊(Dip)或定點(diǎn)之拖焊(Dray)，甚至手動(dòng)式局部板面的涌焊等，現(xiàn)分述于后。

（一）、局部板面涌焊(Flood)

此類設(shè)備較簡(jiǎn)單，只需用到一個(gè)大錫池(例如5 0 c m×6 0 c m)，池面加裝一個(gè)不銹鋼有開(kāi)口的大蓋子(Plate)，大蓋中央開(kāi)口待焊區(qū)另外套裝一個(gè)可更換有圍牆的小套蓋，圍牆內(nèi)則為熔錫的全池面或選擇性池面。將已涂佈助焊劑及預(yù)熱的板子，利用手動(dòng)方式使平躺并固定在圍牆上，然后踩下腳鍵使中央錫面向上升涌起來(lái)，于是將朝下的局部焊點(diǎn)在6—10秒內(nèi)予以焊牢。此種簡(jiǎn)單涌焊法可變化的方式頗多，在許多單雙板界甚爲(wèi)常見(jiàn)，不過(guò)其共同的缺點(diǎn)是近距者容易短路。

圖1、左爲(wèi)大錫池表面所放置有開(kāi)口及矮圍牆的大型蓋口板，右爲(wèi)從開(kāi)口板上涌錫浸焊的示意圖。

（二）、定點(diǎn)浸焊(DiP)

少量熔錫從定點(diǎn)“涌嘴”溢出形成圓弧狀表面，再用程式將板子移動(dòng)到定位，并令其接觸到定點(diǎn)錫面即可沾錫焊牢。在機(jī)械手與輸送帶以及軟體程式配合下，可進(jìn)行助焊劑涂佈、預(yù)熱，以及觸焊等連續(xù)流程。此法可實(shí)施單點(diǎn)浸焊，也可直線移動(dòng)板子而進(jìn)行多點(diǎn)的拖焊。不過(guò)自動(dòng)化流程不但昂貴且十分緩慢，為了保証足夠的熱量起見(jiàn)，其錫溫亦須設(shè)定在3 00℃以上以避免冷焊。如此將會(huì)使不銹鋼的鐵份，更容易被高錫量銲料與長(zhǎng)期強(qiáng)熱所腐蝕。下圖說(shuō)明單點(diǎn)浸焊的機(jī)條組，及單點(diǎn)助焊劑噴涂機(jī)與噴點(diǎn)之分佈情形。

圖2、右下圖爲(wèi)大型連接器需進(jìn)孔插焊之縱橫多腳，其馀二圖系考慮密集多點(diǎn)

圖3、左圖及中圖均爲(wèi)定點(diǎn)浸焊專用的出口板及涌錫圖，右爲(wèi)孔內(nèi)插腳之涌焊進(jìn)孔切片圖，

由于涌焊的時(shí)間比波焊稍長(zhǎng)，故平均品質(zhì)也將較好。

此種選擇性浸焊法，亦可在大錫池上加裝涌錫專用的出口板，而能進(jìn)行長(zhǎng)條式多樣化的涌錫浸焊。甚至可改用多格柵口涌錫之不鏽鋼治具，進(jìn)行多點(diǎn)密距之浸焊以減少彼此間的短路。

（三）、移動(dòng)拖焊(Drag)

利用機(jī)械手將板子精確的放置在直徑6mm的單嘴錫波(Fountain)之上方，再以某種速度將板子沿銲點(diǎn)軌跡移動(dòng)，使局部小區(qū)之前后焊點(diǎn)得以逐一焊牢者稱為拖焊。此種做法可省掉專用Nozz1e  Plate的費(fèi)用，但程式自動(dòng)化之作業(yè)不但配套昂貴且亦非常耗時(shí)，對(duì)付少量高單價(jià)的板類尚可，因應(yīng)低單價(jià)量產(chǎn)者則只好割愛(ài)。

圖4、左爲(wèi)小型出口的單點(diǎn)浸焊裝置，右爲(wèi)PCB在機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)下，

將連續(xù)待銲點(diǎn)跨距1吋〈20腳之連接器）拖過(guò)單點(diǎn)錫波而焊妥的近觀。

二、無(wú)鉛波焊經(jīng)常出現(xiàn)的缺點(diǎn)

無(wú)鉛波焊銲點(diǎn)之某些缺失，根本是出自其物理本性，在無(wú)法避免之下業(yè)界也只好視之為正常。因而國(guó)際通用規(guī)范IPC—A一610D，已將某些缺失納入于允收之列，與先前有鉛焊接者已經(jīng)不同，讀者不可不知。此外無(wú)鉛波焊所發(fā)生的品質(zhì)問(wèn)題，與無(wú)鉛回焊者又不盡相同，必須深入透析其機(jī)理，方不致張冠李戴混為一談。若某些波焊異?，F(xiàn)象只是出自操作與管理不當(dāng)者，則仍將被認(rèn)定為品質(zhì)上的缺點(diǎn)，現(xiàn)舉例說(shuō)明如下：

（一）、插腳填錫出現(xiàn)銲點(diǎn)裂口

由于美、曰業(yè)界早巳認(rèn)定SAC為波焊的主流銲料，并經(jīng)長(zhǎng)期研究而在眾多可靠度的數(shù)據(jù)支持下，幾乎已成為最佳的選擇。事實(shí)上SAC不但較貴、可焊性欠佳、容易自PCB上咬銅，而且還會(huì)出現(xiàn)粗糙不亮與收縮裂口。不過(guò)只要裂口不致穿透到底者（指引腳表面或板上墊面），IPC-A-610D認(rèn)定其品質(zhì)無(wú)礙可以允收。若將銲料改爲(wèi)較便宜的時(shí)，則表面反而更爲(wèi)平滑，其開(kāi)裂的發(fā)生也大爲(wèi)減少。

圖5、左爲(wèi)SAC波焊面引腳焊點(diǎn)之俯視畫面，其顆粒狀粗糙外表與收口裂縫均清晰可見(jiàn)。

其馀二圖爲(wèi)其切片之暗視放大情形。

（二）、銲點(diǎn)浮離(Fillet Lifting)

由于無(wú)鉛波焊(SAC或SCN)之熱量大增，造成板材的Z膨脹(55—60ppm／℃)  與銲料本身熱脹系數(shù)  (CTE)  之間，發(fā)生很大的落差或失配 (MiSmat Chment)，以致在強(qiáng)脹后的快速冷卻收縮中，當(dāng)銲點(diǎn)銲料(20—22ppm／℃)跟不上板材的回縮下，一旦其間IM C的生長(zhǎng)又不良者，將會(huì)造成銅環(huán)與銲料之間的分離。若其間之工M C夠強(qiáng)時(shí)，則又可能會(huì)將銅環(huán)從板面上拉脫，或是銲料本身的開(kāi)裂等現(xiàn)象。至于有鉛焊料者由于其本性十分柔軟，故極少發(fā)生此種缺失，除非是厚板深孔才偶而會(huì)出現(xiàn)，避免之道應(yīng)著眼于：

(1)  不可使用鉍合金銲料，因其冷卻收縮率很大。

(2)  避免鉛污染所造成局部低熔點(diǎn)區(qū)的麻煩。且少量的鉛與鉍還會(huì)在熔融中往銅面移動(dòng)，進(jìn)而妨礙IMC的生長(zhǎng)以致強(qiáng)度不足。

(3)  焊后宜加速冷卻，以減少其CTE落差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)。

圖6、由于PCB板材之Z膨脹遠(yuǎn)超過(guò)銲料，故冷卻收縮過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)．銅環(huán)翹起（左），

焊料與銅環(huán)分離(中／㈠以及銲料本身的撕裂(右)等不同情況。

（三）、搭橋(Bridging)

當(dāng)SAC或SCN等合金銲料發(fā)生多量銅污染時(shí)，將帶來(lái)熔點(diǎn)(mp)上升的負(fù)面效應(yīng)，礙于操作焊溫?zé)o法同步調(diào)高下，致使液料之黏度(Viscosity)增加，在原定產(chǎn)速下(例如110cm／min)難免會(huì)引發(fā)前后相鄰引腳間的搭橋短路(。降低產(chǎn)速雖可應(yīng)付一時(shí)，但溶銅現(xiàn)象還將更為惡化。而無(wú)鉛焊接在這方面的不良又更甚于有鉛者。釜底抽薪的辦法就是降低錫池中的銅含量，或添加時(shí)改用不含銅的銲料(例SAC30或SN等)去作為補(bǔ)充，以降低其黏度與提升其流動(dòng)性(F1uiditY)，而使搭橋得以舒解。此外良好的助焊劑也可減少搭橋的發(fā)生，某些設(shè)計(jì)不良彼此太近者，則應(yīng)將間距予以放寬。採(cǎi)用氮?dú)庹咭部稍黾右哄a的活性而降低搭橋；或在容易短路的密距QFP出波之尾部，加設(shè)犧牲打用途可將多馀銲料予以聚集而成爲(wèi)"錫賊"的做法。

圖7、左圖爲(wèi)大型元件QFP經(jīng)點(diǎn)膠及波焊而完成的無(wú)鉛波焊畫面，可見(jiàn)到通過(guò)錫波的尾部設(shè)有延長(zhǎng)錫賊，

兩翼亦設(shè)有扇形錫賊，但前導(dǎo)體的領(lǐng)頭處卻未加錫賊，右圖爲(wèi)另一SOIC四角的錫賊。

（四）、發(fā)生錫球(Solder Balling)

不管是波焊或回焊，無(wú)論為有鉛或無(wú)鉛，錫球一向總是如影隨形難以根絕的毛病，其成因多半出自直接殺手之濺錫(Spattering)通常助焊劑中之溶劑在預(yù)熱中未能全數(shù)趕走，則頂面易從孔內(nèi)向外濺出碎球。綠漆硬化不足致使高溫中變軟或太平滑者，則底面容易發(fā)生黏著現(xiàn)象，兩板面出現(xiàn)碎球的原因不同。有時(shí)OSP皮膜處理不均、或放置太久以致底銅發(fā)生氧化(例如庫(kù)存超過(guò)半年)，或錫膏清洗后又重印者，其OSP皮膜已遭醇類所栘除，導(dǎo)致裸銅生銹而發(fā)生沾錫性不良，其拒錫過(guò)程中亦可能造成濺錫。某些劣質(zhì)通子L發(fā)生吹孔(Blow Hole)時(shí)也會(huì)濺錫成球，此時(shí)調(diào)降揚(yáng)波器泵浦的轉(zhuǎn)速或波壓，將可減少錫球的濺出。

圖8、左圖爲(wèi)底板面多腳近距間出現(xiàn)極多不良錫球，甚至表面刻意印了白漆者，

仍無(wú)法避免錫球的著落（右圖）。

（五）、錫尖

當(dāng)無(wú)鉛錫池因溶銅過(guò)多以致黏度過(guò)大時(shí)，容易出現(xiàn)牽拖拉扯的短路或錫尖。凡錫池中溶銅量增加0.1％byw t時(shí)，其熔點(diǎn)將上升3℃在原本焊溫已法同步提高下，其熱量之不足勢(shì)必造成流動(dòng)性(FluiditV)變差，離波時(shí)將無(wú)法及時(shí)把多馀的錫量順利拉回而形成錫尖。此刻若具備雙波時(shí)，后面的平流波會(huì)將多馀的錫量溶回。合理的管理方法是不讓板面溶入的銅量超過(guò)0.9％bywt，否則就要進(jìn)行除銅的行動(dòng)以增加液錫的流動(dòng)性。

圖9、當(dāng)錫池之銅污染增多致使銲料黏度變大，或錫溫不足，或行速太快之際，

拖泥帶水拉拉扯扯下經(jīng)常會(huì)形成錫尖與錫錐。

（六）、PTH銲點(diǎn)空洞

凡任何銲點(diǎn)中出現(xiàn)圓形空洞者，不管大小應(yīng)皆出自于氣體吹脹均勻推開(kāi)液錫所致，發(fā)生氣體(Qutga Sing)的主因是有機(jī)物的裂解(DecOmposition)。而有機(jī)物的來(lái)源則可能出于助焊劑或溶劑之卷入銲點(diǎn)中，在外表已固化而未能及時(shí)逸出之際，則只好原地裂解發(fā)氣形成圓球型空洞。

除了助焊劑、溶劑或板材吸潮之水份外，板面可焊性皮膜(如化學(xué)銀或OSP等)強(qiáng)熱中也會(huì)釋出有機(jī)氣體造成空洞。不過(guò)此等空洞多半體積很小且多聚集在銅墊或銅壁上，較少機(jī)會(huì)逸入銲料之中。空洞太多太大當(dāng)然會(huì)影響到銲接強(qiáng)度。從切片的畫面上可清楚看到空洞的位置，不管是孔銅壁面或插腳表面，凡已有空洞附著者，則一定無(wú)法生長(zhǎng)出所必須的的IMC。

（七）、PTH吹孔

凡PTH之鉆孔不良又加上孔壁鍍銅太薄或分佈不佳時(shí)，則于無(wú)鉛波焊的高熱中，其Z方la]的拉扯極可能會(huì)將孔銅拉斷或形成破洞(Void)。倘若板材中又已吸入水份時(shí)，則將瞬間形成水蒸氣而向孔內(nèi)之液錫強(qiáng)力噴tti形成很大的空洞，特稱吹孔(B1ow Ho1e)。這種缺．點(diǎn)完全是PTH製作不良所造成，與后來(lái)組裝參數(shù)之關(guān)系不大。波焊后板子可先從So1der Side~目檢，一旦某些填錫孔出現(xiàn)隆起鼓出者，則錫柱內(nèi)部很可能就已經(jīng)吹氣了。原因是板子底面接觸鍚板溫度較高而慢冷，當(dāng)其填錫處尚未固化時(shí)，即可能被內(nèi)部強(qiáng)大氣壓向外吹破，故知真正的“吹孔”則只能在底板面上才能看到吹破。吹孔不但是PCB業(yè)者的責(zé)任，而且還更是很不應(yīng)該發(fā)生的惡行。

圖10、當(dāng)PTH通孔電鍍銅品質(zhì)不良在高熱中劇裂Z膨脹拉裂銅壁下，內(nèi)藏水氣會(huì)經(jīng)常往孔中液錫強(qiáng)力吹出而造成吹孔。

這完全是PCB品管不良所致，與下游組裝全無(wú)關(guān)系。

改善吹孔的方法有：

(1)  改善鉆孔減少孔壁粗糙，增加孔銅厚度與均度，深孔者還要提升鍍銅層的延伸率(Elongation)至2 0％以上，以避免孔中央被拉斷。

(2)  避免板子吸水減少氣體來(lái)源

(3)  既成事實(shí)下只好在焊接前烘烤空板，并儘快波焊以減少再度吸水。

圖11、吹孔之切片檢查是否能找到眞相全靠運(yùn)氣，不一定每次都會(huì)逮到吹口的畫面。

左圖的吹口可能落在直入紙面的正對(duì)面，也可能早已被磨掉；

但右圖底板面之右上孔經(jīng)填錫后卻向外鼓出者，即可能錫柱中已發(fā)生了吹孔。

三、總結(jié)

此文付梓之際，歐盟及日本已進(jìn)入無(wú)鉛焊接正式執(zhí)法之開(kāi)始，2007美國(guó)與中國(guó)之法令也要相繼落實(shí)無(wú)鉛化的展開(kāi)。而電子電器產(chǎn)品之焊接技術(shù)，雖已步入SMT錫膏回焊多年，但單價(jià)較低的波焊仍無(wú)法自低階產(chǎn)品中徹底消失。目前多數(shù)品牌商雖已指定或傾向mP217℃的SAC305為波焊用料，但事實(shí)上此種SAC在銲點(diǎn)品質(zhì)、單價(jià)與生產(chǎn)管理方面都遜于后起之鎳銅鎳SCN合金，故波焊與噴錫之用料實(shí)應(yīng)捨SAC而就SCN；然而業(yè)界明瞭內(nèi)情者還真的不多，特此贅言以表寸心。

圖12、上圖爲(wèi)鍚鉛波焊后的外觀，下圖爲(wèi)鍚銅鎳波焊后的品質(zhì)，相較之下后者并未遜色。