你了解沉锡吗？
李伏;李斌
【摘 要】In this paper, Immersion tin-related quality characteristics were analyzed in detail, and the reason of immersion tin common defects and related improvement methods are introduced too.%对沉锡的相关品质特性进行了详细的阐述,同时还对常见沉锡缺陷原因进行了分析,并介绍了相关改善措施。
【期刊名称】《印制电路信息》
【年(卷),期】2012(000)004中国重型机械总公司
【总页数】5页(P47-51)
台风莫拉克【作 者】李伏;李斌
【作者单位】汕头超声印制板（二厂）有限公司,广东汕头515065;汕头超声印制板（二厂）有限公司,广东汕头515065
【正文语种】中 文
【中图分类】TN41
随着无铅焊接的广泛实施及沉锡板在高可靠性板件尤其是汽车板中的广泛应用，沉锡表面处理所占的比重正在不断上升，因此更好的了解沉锡表面处理的特性对于保证沉锡板件的可靠性具有十分重要的意义。本文参考了大量的沉锡资料，并根据实际经验，对沉锡的相关品质特性进行了比较详细的介绍，同时也给出了沉锡相关品质缺陷的改善方法，希望能使读者更好的了解沉锡并控制好沉锡的品质。
1 沉锡原理
沉锡反应是锡与铜的置换反应，通过锡离子与铜的置换反应，使锡沉积到铜面上，形成平整、光亮的金属锡层，其反应方程式如式（1）：
从理论上来讲，铜的电位（E0Cu2+/Cu=0.34 V）比锡的电位高（E0Sn2+/Sn = -0.14V），因此铜是不可能置换出锡的，如果要实现铜置换出锡，就必须加入铜离子络合剂，如硫脲、等，与Cu2+形成稳定络合物后使铜的电位负移，才能达到沉锡的目的。
目前多数PCB生产厂商用X射线荧光光谱法（XRF）或SEM纵切面测量法来检测锡层的厚度。这两种方法虽然可以测量锡层的厚度，但要想精确测定纯锡层厚度却比较困难。因为XRF法测出的是镀层中作为单质的锡和融入到金属合金结构中的锡二者总和，而用SEM切面法测量时，由于锡涂层很薄以及切片可能模糊，同样很难将纯锡层和金属合金区分开来。要想准确测量纯锡层的厚度，还需采用电化学的方法（SERA），此种方法在测量纯锡层厚度的同时还可测定各合金层的成分和厚度，其与XRF法详细的优缺点对比见表1。
图1为沉锡后立即采用XRF及SERA 两种方法测量纯锡层厚的对比图，从图中可以看出，测试新鲜沉锡厚度时，两种方法的差异并不大，因此可以采用XRF测试板件新鲜沉锡后的锡厚，以监控生产线制程的稳定性。而图2则表明当采用XRF测试经过回流模拟后沉锡板的纯
Sn层厚度时，无法测试出因Sn参与形成IMC层而导致厚度的减少，而SERA法则可以准确测试出纯锡层厚度变化[1]。
3 沉锡厚度均匀性
在实际生产中，沉锡厚度均匀性分布主要影响因素有以下几个：
（1）沉锡缸内药水的循环状态；
（2）循环打气口的位置；
（3）板件之间的距离等。
注塑机联网从试验结果来看，同块板内沉锡厚度的均匀性比不同板同一位置沉锡厚度的均匀性好。下图3[1]是同块板上0.1 mm2到100 mm2大小不同焊盘采用XRF测试的锡厚分布图，平均锡厚在（1.2±0.1）μm的一个范围内波动，整体均匀性较好，且小焊盘上锡厚与大焊盘上锡厚差异不大。
4 沉锡焊接原理及可焊性影响因素
4.1 沉锡焊接原理
沉锡的焊接原理较简单，即焊接过程中，当焊料超过熔点时焊料里的Sn与Cu原子发生互扩散，Sn原子扩散到Cu层，Cu原子扩散到焊料中，二者在交界处生成Cu6Sn5的良性IMC层。图4为焊接过程中IMC的形成过程示意图， 图5为沉锡表面处理焊接后形成的IMC图片。
4.2 沉锡可焊性影响因素分析
影响沉锡板件可焊性不良的鱼骨图分析如下图6，其中纯锡层厚度不足、锡面污染是导致可焊性不良的主要原因。
4.2.1 纯锡层厚度对可焊性的影响
沉锡后Sn与Cu会形成薄薄的铜锡合金层，且合金层厚度随着老化时间的延长不断增厚，有时甚至可能生长到表面，引起严重的可焊性问题。图7左[2]为沉锡层各层金相组织示意图，图7右为FIB（聚焦离子束显微镜）拍摄的实际金相组织图。信道估计
下图8是纯锡层厚度与可焊性关系示意图，从图中可以看出，随着老化时间的延长及温度的升高，纯锡层厚度不断减少，IMC层厚度不断增加。由于IMC层不可焊接，可焊性逐渐变差，最终导致不润湿，因此纯锡层厚度是保证可焊性的重要因素。
纯锡层厚度的减少主要与高温有关，图9[1]是不同沉锡厚度及在经过不同回流峰值温度、不同回流次数后润湿力的变化情况。从图中可以看出，对于不同的锡厚，不同的回流峰值温度，直接可焊性的润湿力及润湿时间无明显差异，但经过回流焊后，则呈现出明显的差异，即：
浙江卫视男生女生（1）锡厚越薄，经过回流焊后的次数越多，润湿力越小（图9a）。锡厚较薄的板件润湿力较差，主要是高温回焊过程中，沉锡镀层中的纯锡与铜层进一步生成了不可焊的合金层，而如果锡层较厚，即使经过回流焊，其剩余的纯锡层也较厚，因此可焊性相对较好；
（2）当锡厚为1.4μm时，经过回流模拟后0～ 2 ℃后，润湿力减小不大，但润湿时间变长，见图9b。表明单纯提高锡厚对可焊性能力并不是决定性的。
4.2.2 温湿度对沉锡可焊性的影响
纯锡层的厚度对可焊性有着直接的影响，那么温湿度对沉锡板的可焊性是否也有显著的影响呢？下图10、图11[3]为温湿及高温老化对沉锡层厚度的影响，从图10中可以看出湿度对可焊性的影响相对较小，而高温是影响可焊性的直接原因（图11），且高温老化的时间越长，润湿力越差。
4.2.3 沉锡锡面污染对可焊性影响
锡面污染外观上可表现为锡面颜发黄、发黑等，这些颜不良都将对可焊性造成直接影响。图12为锡面颜发黄导致可焊不良的图片，从图中可以看出可焊性测试后焊盘出现明显缩锡。而图13中外观看上锡面颜发黑的焊盘，经过一次回流焊后已明显氧化变，表明锡层已无法起到保护铜层不受氧化的作用了，因此也就无法得到良好的可焊性。
5 沉锡板在客户端装配过程中易出现的问题
由于沉锡板的焊接是锡铜的直接结合，因此在客户端出现装配可焊性不良的问题较少，客户最多投诉的问题是经过一次回流焊后锡层变。根据试验模拟，总结出锡面颜发黄的原因主要有以下几个方面：
满城都是金字塔
（1）锡厚不足。锡厚不足，沉锡层就无法有效保护铜面，经过一次回流焊后锡面颜就会发生明显变。图14为试验当沉锡厚度为0.5μm时，经过回流焊后锡面颜明显发黄的图片，此种厚度虽然偏薄，但沉锡颜在外观上看与正常厚度沉锡板无明显差异，但回流一次后就有会出现锡面颜发黄。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议