無鉛噴錫（HASL）潤濕不良問題及對策

常成祥，王振榮

（1.東莞康佳電子有限公司 廣東 東莞 523685；2.陜西省電子信息產品監督檢驗院 陜西 西安 710004）

2003年1月歐盟議會和歐盟理事會通過了RoHS指令，即在電子電氣設備中限制使用某些有害物質指令，也稱2002/95/EC指令，2005年歐盟又以2005/618/EC決議的形式對2002/95/EC進行了補充，明確規定了六種有害物質的最大限量值。在目前全球化無鉛化環境下，中國的電子信息產品污染控制分“兩步走”，“技術上成熟，經濟上可行”二者缺一不可，“政府推動，市場引導”相結合，先易后難，循序漸進，“成熟一個放一個”。康佳也逐步對原材料進行Rohs推廣要求，包括PCB，所以，目前PCB表面處理方式有3種：1）無鉛噴錫（HASL）板，2）化學沉金，3）OSP（有機可焊性保護膜），其中因計劃變化快，原材料采購難等原因，無鉛噴錫板使用最多。另因彩電隨著電子及芯片技術不斷發展，HD顯示，LED背光，網絡，3D功能等不斷推動PCB向高密度，高集合方向發展，0.8或 0.5 mm Pitch的 BGA，0.4 mm Pitch的QFP多個應用，故對PCB板焊盤的平整度要求越來越高。用HASL處理的焊盤表面就是無鉛噴錫，與線路板組裝焊接時使用的焊錫具有很好的兼容性，因此，HASL處理的焊盤的可焊性與可靠性似乎更有保證。但是HASL處理的PCB也有明顯的缺陷，即由于焊錫的表面張力的影響導致焊盤表面平整度差，高密度貼裝的時候影響焊錫膏的印刷進而影響組裝質量；另外就是HASL工藝中PCB需要經過高溫熔融的焊錫，其基材必然受到損傷，特別是無鉛化后HASL工藝使用的溫度更高，以滿足使用更高熔點的無鉛焊錫后表面處理的效果。由于成本的原因，目前主要的無鉛HASL處理主要使用的是錫銅系列的無鉛共晶焊料，因此HASL的工藝溫度往往要在260度以上。本以為HASL的優勢是其具有良好的可焊性，但是實際中生產卻常常遇到了較多的HASL表面處理的PCB可焊性不良的質量案例，嚴重影響產品質量，生產效率。

1 smt生產無鉛噴錫（HASL）板的基本情況

1）以下列舉12月末到1月中發生的案例

①12月 28日，SMT夜班西 C線生產 LED42F10000PD GN11-1220/3000套主板時，發現奧士康廠家來板35016069出現不同位號嚴重縮錫現象，比例3/75，底板編號：35016069廠家：奧士康 周期：1151；

②12月26日，SMT西C線生產LED32F1100PD GN11-1192主板時，發現奧士康廠家來板35016069出現不同位號不上錫、導致假焊現象，比例7/55，P/N：35016069廠家：奧士康 周期：1148 日期：2011-08-19；

③12月 31日，SMT松 A線在生產 KL32QS62 GW11-0976 602套/主板時，發現此板不固定位號縮錫嚴重，比例為：12/83，底板編號：35016265 生產廠家：博康 生產日期：2011.9.27生產周期：1150；

④1月30日，SMT在生產KL32IS80U GW11-0971 2720套時，過爐發現底板出現縮錫現象，造成假焊、短路嚴重，比例：3/80，P板：35014219廠家：奧士康 生產周期：1150；

⑤12月 20日，SMT松下B線在生產 LED32F2200C GM11-0129 2000套/主板（三合一板）時，發現此板不固定位號不上錫現象，占5/100，底板編號：35016302生產廠家：奧士康 生產日期2011.12.19 生產周期：1201；

⑥1月 13日，LC32F1000PD GN11-1248 1500套/主板時，發現此板不固定位號不上錫，比例為：6/450，底板編號：35016069廠家：奧士康 日期：2011.12.8 周期：1151；

2）具體HASL焊盤潤濕不良的圖片

如圖1所示潤濕不良情況：不良焊點中的焊錫回流后對元器件的引腳浸潤良好，錫全部跑到元件腳上，而對焊盤的浸潤基本不潤濕，錫膏融化后跑得干干凈凈，那些沒有貼元件的焊盤則收縮為一個球，用手輕碰就掉了。

圖1 普通smt貼片電阻電容焊盤潤濕不良圖Fig.1 Poor wetting diagram of common SMT chip resistor and capacitor’s pad

具體潤濕不良情況如圖2所示：焊錫縮為1堆，個別分散，元件引腳與焊盤部分空焊，部分少錫與HDMI插座焊盤不良類似。

圖2 IC引腳焊盤潤濕不良圖Fig.2 Poor wetting diagram of IC's pad

BGA：BGA拆御后發現大部分焊盤只焊到極小面積，個別焊盤完全潤濕不良。

如圖3所示潤濕不良情況：BGA拆御后發現大部分焊盤只焊到極小面積，個別焊盤完全潤濕不良。

圖3 BGA焊盤潤濕不良圖Fig.3 Poor wetting diagram of BGA’s pad

經統計12月末到1月中6批次PCB焊盤潤濕不良壞機，壞機比例最大10%，小的有1.33%，現象觸目驚心，最嚴重是BGA內部焊接，X-ray檢查不易察覺或發現不了，生產的線路板直到功能測試才發現有問題，影響很大，對要質量又要產量的流水線造成極大困難。PCB焊盤不潤濕供應商自檢檢測不到，莞康IQC來料檢查不到，車間上線生產才發現，這是無鉛噴錫（HASL）表面處理的PCB的一個突出問題。

潤濕正常的焊盤情況：

具體潤濕良好情況如圖4所示：兩端爬錫光滑自然，錫膏融化后均勻覆蓋PCB焊盤。

圖4 普通smt貼片電阻電容焊盤潤濕良好圖Fig.4 Good wetting diagram of common SMT chip resistor and capacitor’s pad

具體IC潤濕良好情況如圖5所示：引腳弧形爬錫光滑自然，錫膏融化后均勻覆蓋PCB焊盤。

2 對無鉛噴錫板潤濕不良問題分析處理

1）來料原包裝密封良好，隨包內的濕度指示卡未見顏色變化，HASL板表面有發現不平，但沒有發現顏色不一致等異常：

2）印漿參數符合工藝要求如表1，2所示，印漿質量效果符合要求，目視檢測正常。

圖5 IC焊盤潤濕良好圖Fig.5 Good wetting diagram of IC’s pad

印刷機生產情況：

表1 smt印刷機工藝參數設置Tab.1 SMT printing process parameters setup

表2 smt印刷機工藝實際參數Tab.2 SMT printing process actual parameters

印漿效果采用目視檢測結果均正常，如圖6所示

圖6 IC印漿效果圖Fig.6 Effect diagram of IC'screen printing

3）元件貼片質量檢查，元件居中，拋料少，結果正常，如圖7所示。

圖7 smt普通電阻電容貼片效果圖Fig.7 EffectdiagramofcommonSMTchipresistorandcapacitor’mounting

4）回流爐溫度測試結果檢查，曲線以無鉛錫膏（Sn96.5Ag3.0Cu0.5）焊接曲線為參考，生產時要根據產品芯片和錫膏廠家的曲線再優化的爐溫曲線，結果符合要求，如圖8所示。

圖8 回流爐溫度曲線圖Fig.8 Diagram of reflow profile

3 問題處理

1）確認問題責任歸屬

面對潤濕不良問題，PCB供應商是不輕易承認的，原因是供應商及康佳均缺乏檢測焊盤金像分析設備及技術，而且PCB廠商拿出他們的檢驗標準，均符合要求。在此情況下，只能求助國家級實驗室廣州5所賽寶實驗室做分析（如圖9所示）。經送4pcs壞機樣板到5所，最終結論是：對失效樣品的焊接情況進行外觀檢查，發現較多位置的PCB焊盤邊緣存在反潤濕，BGA焊點失效主要表現為錫膏對PCB焊盤潤濕不良，造成不良的主要原因與PCB焊盤HASL表面不平整以及焊盤已發生合金化降低其可焊性有關（如圖10所示）。最終確認為PCB來料問題。

圖9 送5所的反潤濕樣板圖Fig.9 Poor wetting sample diagram of delivery to 5th electronic research institute of MIIT

圖10 BGA內部焊接情況分析圖Fig.10 Diagram of BGA internal welding analysis

2）批量生產后續補救措施

反潤濕問題責任已確認，但生產出來的PCB板還是要生產消耗，對不可修復壞機就由PCB廠商賠償。根據公司現有設備，制定以下措施。

①PCB上線貼裝前烘烤：

烘烤溫度：105±5 ℃，烘烤時間：4小時

目的：減少HASL PCB因受潮影響的焊接問題；

②醫藥酒精擦洗PCB：

③使用兼容性強的有鉛錫膏生產。

經過以上措施，生產中減去因PCB受潮，污染及輕度反潤濕的板，壞機比例有下降，采取的極端措施被認為有效，但實際的PCB焊盤合金化嚴重的反潤濕壞機還是繼續存在。

4 結束語

文中介紹的HASL PCB反潤濕改善方案，已應用于莞康批量HASL PCB生產上。對目前多變的計劃及不可控的來料問題，HASL PCB還是有優點，smt生產完畢可存放時間長，機芯手插及整機生產計劃靈活度大較受計劃人員的歡迎，但PCB廠商自己不可控的反潤濕及莞康IQC無法檢測的HASL PCB依然是smt生產影響質量的一大障礙，雖然后總部工藝發出對HASL PCB噴錫厚度的一些要求，成品板的錫厚度保證在 1.2～40 μm 范圍內，其中 IC、BGA、Mark 點、元器件 PAD位等的厚度為 5～15 μm；大散熱焊盤 1.2～10 μm；元件孔孔口厚度為2～40 μm。但未見得PCB供應商就一定能做到和檢測得到。由此可見，HASL PCB在莞康僅適用于簡單的按鍵板，接受板，轉接板等小板，對帶BGA的主板已推廣OSP處理的PCB，OSP的優點是價格相對便宜，焊盤表面平整度高，是未來的發展方向。

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