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增加PCBA焊锡结合力的方法一:表面处理改用铜基地

time : 2019-09-11 09:15       作者:凡亿pcb

延续前面文章的话题,焊锡破裂是因为【应力(stress) > 结合力(bonding-force)】,那只要增加结合力对抗应力就可以解决锡裂问题了吧!
那有没有办法可以增加PCBA的结合力呢?
 
当然有,就看你愿意花多少钱来解决?想增加PCBA的结合力,有几个面向可以思考,比如很多RD最爱要求的「增加焊锡性」,或是花钱提高FR4板材抗弯曲的规格…等,但是每个面向都有其各自的优缺点,否则焊锡破裂及零件掉落问题就不会一直困扰着电子业了。
增加PCBA焊锡结合力的方法:表面处理改用铜基地
 
下面深圳宏力捷将分别说明这些增加PCBA结合力的方法的优缺点及注意事项:
一、PCB表面处理改用「铜」基地
不同的PCB表面处理与锡膏焊接后会形成不同的焊锡IMC成份,而不同的IMC成份则会产生不同的焊接强度,因为锡膏的主要成份为「锡」,而以目前业界量产的PCB表面处理来看,基本上可以分成「铜」基地与「镍」基地两种。
 
ENIG(化镍浸金)为「镍」基地的代表,其焊锡后会与「锡」结合形成Ni3Sn4的IMC介金属共化物,而OSP、HASL、ImSn皆为「铜」基地,焊锡后会与「锡」结合形成Cu6Sn5的IMC
 
基本上Cu6Sn5的结合力比Ni3Sn4来得强,也就是说,铜基地与锡膏所形成IMC的强度基本上比镍基地来得强,所以深圳宏力捷才说将PCB的表面处理改用铜基地制程以增加焊锡强度,但是铜基地的IMC使用一段时间后会慢慢转变成劣性IMC的Cu3Sn,其焊锡强度会相对变脆变弱,只是其转变时间可能是好几年以后的事。另外,所有的IMC层皆会随着时间的推移而逐渐变厚,高温则会促进IMC长成的速率。
 
前面说过IMC变厚以后强度会变差,但这也是好几年以后的事,只有特别要求长时间使用期限与军规才需要特别在意IMC转变与变厚的问题。
 
另外还有一种浸银的板子(ImAg),当初无铅制程一开始执行的时候有人用过,后来因为品质问题太多,还要特别留意避免「硫」与「硫化物」污染的问题,现在已经非常少人使用,所以不在此讨论~
 
而ENIG表面处理的板子另外还有一个潜在性的风险,就是黑镍或黑垫(black pad)的问题,它如果发生的话会严重影响焊锡品质,详细请参考【ENIG表面处理PCB焊垫的两大潜在问题(黑镍与富磷层)及预防措施】一文。
 
所以,如果你们公司用的刚好是ENIG表面处理的板子,就看看是否可以考虑改用OSP(有机保护膜)或HASL(喷锡)或ImSn(化锡)表面处理的板子吧!只是不同表面处理(finished)的板子,其保存期限各不相同,有些表面处理的板子甚至还得严格要求板子过第一次及第二次回焊炉的时间,而且第一、二面过回焊炉的焊锡效果也可能不同,还有PCB开封后的多久一定要进回焊炉的使用条件也都不一样,选用时需特别注意。详细可以参考【整理几种常见PCB表面处理的优缺点】一文。
 
其实,就深圳宏力捷的了解,并不是所有公司都可以转过来使用「铜」基地的板子,必须依照各自产业特性加以考虑。以深圳宏力捷的公司为例,因为产品的生命周期长,单一产品的订单不大,预估量(forecast)又非常的不准,经常下单后又取消或修改,而PCB的交期一般都要6~8天的时间,板厂开工了,订单突然改变,所以几乎每次PCB厂交进来的板子SMT都无法一次完全吃完,于是像EING这种可以拥有较长空板的保存期限,且重复烘烤去湿后还可以保持一定焊接能力的板子就成了我们公司的首选。
 
我们完全不敢使用OSP之类的板子,之前有一次为了加强BGA的焊接能力有RD特地使用了「选择性OSP」的板子,只有在BGA的地方用OSP其他的地方则用ENIG,到头来报废了一大堆板子,之后都乖乖的又改回ENIG。