无铅喷锡在SMT上锡不良的几种分析思路
1、无铅喷锡的历史演变:
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热风整平作为一种PCB焊锡面的表面处理方式在PCB行业已广泛应用了数十年，然而自WEEE(Waste from Electrical and Electronic Equipment）和ROHS（Restriction of Use of Hazardous Substances）的先后出台，所有电子产品无铅化的转变让所有人意识到有铅制程的气数已尽.国内也于2007年6月份开始了无铅化的进程推进，无铅的表面处理方式也随之发展。于是出现了多种无铅表面处理方式:（1）化学浸镍金（ENIG：Electroless Nickel and Immersion Gold)。
(2）化学浸锡(I—Tin：Immersion Tin）。
(3）化学浸银（I．Ag：Immersion Sliver）。
（4)竹炭颗粒有机保护膜(OSP：Organic Solderability Preservatives）。
(5）无铅焊料热风整平(HASL：Tot Air Solder Levelling).本文重点介绍此种表面处理方法在S
MT生产过程中上锡不良的几种因素及处理对策。
2、无铅喷锡的工艺方法:
要解决无铅喷锡在SMT生产时出现上锡不良，首先得对无铅喷锡工艺有个详细的了解。下面介绍的为无铅喷锡工艺方法。无喷锡分为垂直喷锡和水平喷锡两种，其主要作用为：A、防治裸铜面氧化；B、保持焊锡性。喷锡的工艺流程为：
前清洗处理 → 预热 → 助焊剂涂覆 → 垂直喷锡 → 热风刀刮锡 → 冷却 → 后清洗处理 A．前清洗处理:
主要是微蚀铜面清洗,微蚀深度一般在0.75—1。0微米，同时将附着的有机污染物除去,使铜面真正的清洁,和融锡有效接触，而迅速的生成IMC；微蚀的均匀会使铜面有良好的焊锡性；水洗后热风快速吹干；
B．预热及助焊剂涂敷
预热带一般是上下约1。2米长或4英尺长的红外加热管，板子传输速度取决于板子的大小，
厚度和其复杂性；‘60mil（1.5mm）板子速度一般在 4。6-9。0m/min之间；板面温度达到130—160度之间进行助焊剂涂敷，双面涂敷，可以用盐酸作为活化的助焊剂；预热放在助焊剂涂布以前可以有 效防止预热段的金属部分不至于因为滴到助焊剂而生锈或烧坏； C．沾锡焊锡:
融锡槽中含锡量约430公斤左右，为纯锡或SN100C共熔eutectic组成的焊锡合金,温度维持在260度左右；为避免焊锡与空气接触而滋生氧化浮渣，在焊锡炉的融锡便面故意浮有一层乙二醇的油类,该油类应考虑与助焊剂之间的兼容性compatible;板子通过传输轮滚动传输速度约 9.1m/min，在锡炉区有三排上下滚轮，停留时间仅约2秒；前后两组滚轮之间的跨度为6英寸,滚轮长度为24英寸以上，故可以处理的板面上限为24英 寸；上下风刀劲吹，上下风刀之间的间距为15-30mil,风刀与垂直方向的月呈2—5度倾斜有利于吹去孔内的锡及板面的锡堆;
D．热风压力设定的相关因素：
板子厚度，焊盘的间距，焊盘的外形,沾锡的厚度（垂直喷锡中为了防止风刀与已变形的板面发生刮伤，风刀与板面之间的距离相当宽，故容易造成焊盘锡面的不平）
E．冷却与后清洗处理：
先用冷风在约1。8米的气床上由下向上吹，而将板面浮起,下表面先冷却，继续在约1。2米转轮承载区用冷风从上至下吹；清洁处理除去助焊剂残渣同时也不会带来太大的热震荡thermal shock
3耐热钢焊接、无铅喷锡PCB的几个关键点：
A．水平喷锡的厚度:
2.54um(100mil）,5.08 u电子蚊香m （200mil),7。62 um （300mil）,可以通过微切片测定锡厚：细抛光后用微蚀方法出铜锡 合金之间的IMC厚度，微蚀药水的简单配制：双氧水与氨水1：3的体积比微蚀10-15秒钟;IMC的厚度一次喷锡一般在6微英寸(0。32um)，2次在8个微英寸左右(0。447um）；喷锡厚度可以用x—ray荧光测厚仪测定。
B．喷锡厚度与风刀的关系:
焊盘上能够保留的锡厚受两种作用力因素影响：a。表面张力surface tension决定最后平衡
后的着锡厚度,焊盘的面积大时,其固化后着锡的厚度也较高b.风刀的压力;风刀压力大，最后着锡的厚度也会降低,外形较小的焊 盘其表面张力通常比较大，可耐得住热风刀的推刮，故可以留下较厚的焊锡；外形较大的焊盘，表面张力较小,热风刀会刮去较多的锡，仅在焊盘末端留下较小的锡冠cresb；
C．通孔壁上的锡厚：
孔壁上由内层平环引出或延伸者，会造成一座散热座heat sink效应，使喷上的融锡比较容易冷却固化，固锡层较厚。一般无孔内平环的镀通孔内孔内所能保持的锡厚与通孔的纵横比似乎并无明显的关联；孔拐角处锡厚 约0.75微米30微英寸左右，从孔两端转拐角到孔中心，锡厚渐增；孔径的缩减量约为18-30微米,以孔中央缩小得最为显着，该处沾锡层最厚；
D. 喷锡完后的PCB表面俯视图：
E. 喷锡完后的PCB纵切面图:
4、IMC Intermetallic compound:
对无铅喷锡有个基本概念后,在无铅喷锡的过程中，IMC是喷锡能完成的关键因素，因此本节来对IMC进行解读。IMC系Intermetallic compound 之缩写,将之译为"介面合金共化物”，可以简称“介金属”.IMC广义上说是指某些金属相互紧密接触之介面间，会产生一种原子迁移互动的行为，组成一层类似合金的”化合物"，并可写出分子式。在焊接领域的狭义上是指铜锡、金锡、镍锡及银锡之间的共化物.其中尤以铜锡间之良性Cu6Sn5（Eta Phase)及恶性Cu3Sn（Epsilon Phase)最为常见,对焊锡性及焊点可靠度(即焊点强度)两者影响最大。
利兹线A、定义
能够被称焊锡（Solder)所焊接的金属，如铜、镍、金、银等，其焊锡与被焊底金属之间，在高温中会快速形成一薄层类似”锡合金"的化合物。此物起源于锡原子及被焊金属原子之相互结合、渗入、迁移、及扩散等动作,而在冷却固化之后立即出现一层薄薄的”共化物”,且事后还会逐渐成长增厚。此类物质其老化程度受到锡原子与底金属原子互相渗入的多少,而又可分出好几道层次来。这种由焊锡与其被焊金属介面之间所形成的各种共合物，统称Intermetallic Compound 简称IMC.
B、一般性质
由于IMC曾是一种可以写出分子式的”准化合物”，故其性质与原来的金属已大不相同，对整体焊点强度也有不同程度的影响，首先将其特性简述于下：
◎ IMC在PCB高温焊接时才会发生，有一定的组成及晶体结构,且其生长速度与温度成正比，常温中较慢。
◎ IMC本身具有不良的脆性，将会损及焊点之机械强度及寿命，其中尤其对抗劳强度（Fatigue Strength）危害最烈，且其熔点也较金属要高。
◎ 由于焊锡在介面附近得锡原子会逐渐移走，而与被焊金属组成IMC，使得该处的锡量减少。
◎ 一旦焊点原有的熔锡层或喷锡层，其与底铜之间已出现"较厚”间距过小的IMC后，对该焊点以后再续作焊接时会有很大的妨碍；也就是在焊锡性(Solderability)或沾锡性(Wettability）上都将会出现劣化的情形。
◎ 焊点中由于锡铜结晶或锡银结晶的渗入，使得该焊锡本身的硬度也随之增加，久之会有脆化的麻烦。
◎ IMC会随时老化而逐渐增厚，通常其已长成的厚度，公式表示为：
与时间大约形成抛物线的关系，如右图所示
δ＝k˙√t，
k＝k exp(－Q/RT）
δ表示t 时间后IMC 已成长的厚度。
K 表示在某一温度下IMC的生长常数。
T 表示绝对温度。
R 表示气体常数，即 8.32 J/mole。
Q 表示IMC 生长的活化能。
K＝IMC 对时间的生长常数,
以 nm / √秒或μm / √日
（1模板支撑体系μm / √日＝3.4nm / √秒
5、无铅喷锡在SMT生产时上锡不良的几种分析方法：
A、双面板生产单面时出现上锡不良或单面板生产时出现上锡不良，通过调整回流炉最高温度，将最高温度上升，不良率得到降低，上锡不良明显减少。通过调整回流炉温度不良率降低，此时需要从无铅喷锡工艺中的喷锡环节进行分析。
在喷锡的过程中，含铜的PCB通过夹具不停的通过融锡槽，将锡喷在PCB表面使锡与铜焊接。在此过程中，铜与锡不停的发生置换反应，焊锡槽内铜的浓度会增加，如下图所示,图中Y轴左边是铜浓度，X轴是处理的板子数量，更确切的是铜面积量,以每磅焊料处理的铜
面积打单位,由每块加工板的面积、加．丁板的数量、机器中含有焊锡重量来推算得出。图中右边Y轴铜浓度变化率,这同铜浓度上升相似.这个上升率能清楚地看出任何二点铜浓度变化，以及由sf／lb范围的不同.图中右侧Y轴表示了这些相关性。焊锡槽中当铜浓度较高时,铜增长速率会F降,如在运作板子300块后铜增长速率从0．07％逐渐下降到0．05％.基本上第一次热风焊料整平后露铜面上要减少90微英寸的厚度；第二次热风焊料整平时变化较小，可以不计。所以锡炉内的液锡中,铜的含量会随着生产面积的增加而增加，当铜含量增加后在PCB表面的锡层合金的锡就会发生较大的变化。
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