電路板廠(chǎng)家中新工法的出現，凡是板面少數還必須執行PTH的插孔波焊者，似可改為通孔中先印入無(wú)鉛錫膏，然后再將引腳擠入，于是只要經(jīng)過(guò)一熔焊后，即可將貼腳與插腳同時(shí)焊牢。不過(guò)此種全新嘗試，目前還在逐漸發(fā)展中。

圖1.左圖為銲點(diǎn)接觸角大于90。接觸角的示意圖，右二圖為球面接觸角的示意圖。

前言中新增者，還對無(wú)鉛銲點(diǎn)外觀(guān)目檢規格加以說(shuō)明，并與鍚鉛者有所不同(事實(shí)上放鬆頗多）。為了減少爭議起見(jiàn)，D版中特別附列多張彩色圖樣做為對比，且在右下角分別加貼黑底紅圈與白字之無(wú)鉛標志以示區別。而且還以?xún)蓜t黑點(diǎn)單列之條文，明白指出無(wú)鉛銲點(diǎn)的特徵〈實(shí)際上就是的缺點(diǎn)），其他品質(zhì)則與有鉛之允收規格相同。兩則條文如下：

1、表面粗糙(顆粒狀或灰暗)

2、接角蜀角變大

一、無(wú)鉛銲點(diǎn)表面粗糙

橘皮狀潁粒外貌的詮釋無(wú)鉛銲料之主流者為錫銀銅SAC305或405 ，此等三元合金在熱熔或冷固之過(guò)程中，很難達到共晶共熔組成的理想狀態(tài)。一般熔焊操作的溫時(shí)曲線(xiàn)，其峰溫熔焊區段的升溫與降溫，保持正常情況時(shí)，則降溫中SAC銲料中占最多量的錫會(huì )率先自行冷卻而成為枝晶（之棒狀突出物，其馀仍處于液態(tài)的共晶部份，且將隨后冷卻而成為較平滑的區間部份。因而總體外觀(guān)上將出現許多顆粒狀的突起，微切片中亦可清楚見(jiàn)到純錫枝晶所均勻分佈的現象。而且另外形成Ag3Sn白色板條狀的IMC也是有目共睹。事實(shí)上結構中顆粒狀的純錫枝晶對強度與可靠度的負面影響不大，反而是共晶區的微裂與Ag3Sn的IMC ，卻是老化中開(kāi)裂的起源。

圖2、左二圖為有鉛插孔波焊與SMT貼焊的實(shí)物畫(huà)面，右二圖為無(wú)鉛銲點(diǎn)之對比外觀(guān)。

圖3、左為無(wú)鉛焊接所呈現BGA銲點(diǎn)之不均質(zhì)組成，

其截面向外伸出者為Ag3Sn的板狀結晶，

右圖是SAC銲點(diǎn)經(jīng)特殊蝕刻而突顯Ag3Sn與Cu6Sn5之畫(huà)面

二、無(wú)鉛銲點(diǎn)出現異常時(shí)的允收規格

鍍通孔插腳波焊焊后發(fā)生吹孔，或SMT貼銲點(diǎn)呈現見(jiàn)底的針孔， 或外表之凹陷者，只要銲點(diǎn)尚能符合其他品質(zhì)要求，則Class1可允收。但Class2與3卻須視之為"製程警訊"。讀者請注意，從品管與改善之原則看來(lái)，發(fā)生製程警訊時(shí)，客戶(hù)方面必須見(jiàn)到改善方案與執行決心后，才能對現品考慮允收，是故『製程警訊』反而成了更為嚴肅的整體性問(wèn)題。

圖4、此五圖中之1.2.3為典型之吹孔與針孔；而4與5則為銲點(diǎn)之表面凹陷。

圖5、左圖兩引腳間已沾著(zhù)大型之短路錫球，右圖為眾多擴散式的小錫球

圖6、上二圖為引腳間明顯的搭橋短路，下二圖為拖錫與錫網(wǎng)等嚴重異常。

液態(tài)無(wú)鉛銲料流動(dòng)性不足的詮釋?zhuān)?

若將焊接峰溫針對銲料熔點(diǎn)所高出的溫度落差，解釋成為"火力"或流動(dòng)性時(shí)，對錫鉛熔焊而言其火力平均為42℃ ，錫鉛波焊平均可達67℃。但由于無(wú)鉛銲料的熔點(diǎn)已較錫鉛上升了 34℃或44℃，為了防止零組件與板材被強熱所燙傷起見(jiàn)，只好將無(wú)鉛熔焊與波焊的火力減弱為28℃與48℃。如此一來(lái)在火力不旺流動(dòng)性變慢以致黏滯度增大下，當然就容易發(fā)生搭橋短路的諸多缺點(diǎn)了。

而且無(wú)鉛波焊之錫池中，一旦銅污染量超過(guò)0.1%by wt時(shí)，則池中銲料的m.p還將再上升3℃。在不敢相對拉高峰溫下，無(wú)鉛焊接所需的火力當然就更為不足。此種液料動(dòng)作之遲滯難免會(huì )發(fā)生拖泥帶水的現象，于是各種狼狽不堪的錫橋錫網(wǎng)，等諸多不夠乾淨俐落的嚴重缺點(diǎn)，也都一一現形。在無(wú)法除銅下只好添加純鍚對銅污染予以稀釋。

無(wú)鉛波焊的焊溫已高達265-270℃，對PCB板面上的各種銅件傷害極大。由于其熔（溶）銅速率加快與銅污染增多下，造成熔點(diǎn)上升流性而更加變慢下，不但板面遍佈破碎殘錫外，而且銲點(diǎn)中與鍚池中所多的銅份，還會(huì )生成Cu6Sn5的針狀結晶IMC。此種異物經(jīng)由馬達的揚波帶出后，每每使得板面呈現荊棘滿(mǎn)地與遍佈針狀結晶的慘景，其后續還會(huì )引發(fā)更多的災難?？礃幼訜o(wú)鉛波焊快要走到了盡頭，實(shí)在玩不下去了 。

圖7、左為有鉛焊接領(lǐng)域其峰溫與火力的說(shuō)明，右為無(wú)鉛火力不足的圖示表達。

當銲料已不再是共晶共熔之組成者，則熱熔與冷凝過(guò)程中一定會(huì )出現漿態(tài)。此種固相與液相并存的狀態(tài)，事實(shí)上相當不穩定，一旦自動(dòng)輸送中受到振動(dòng)抖動(dòng)等外力干擾時(shí)，不但局部銲料〈指純鍚部份）會(huì )快速凝固形成骨狀枝晶，或者出現應力條紋等明顯外觀(guān)；其表面有如青筋曝露血管突起之形貌者，特稱(chēng)之為"擾銲"。無(wú)鉛銲點(diǎn)原本表面就已不夠平滑，但若出現應力條紋太多又過(guò)份明顯者，仍然是擾焊所致，三級板類(lèi)仍均視為缺點(diǎn)。

至于表面貼裝銲點(diǎn)的開(kāi)裂，其原因也多半出自軟弱漿態(tài)的時(shí)段中，遭到了過(guò)大應力的衝擊，進(jìn)而造成無(wú)鉛銲點(diǎn)冷卻后的開(kāi)裂。三級板類(lèi)均視之為缺點(diǎn)。此等拖泥帶水的缺點(diǎn)在目前錫鉛銲料中，也偶而會(huì )發(fā)生在波焊后的板面上，主要還是由于火力不足，流性遲緩，以致黏度增大所造成。

圖8、從此D版三圖中均可清楚看到發(fā)生應力線(xiàn)的外觀(guān)。

圖9、此D版二圖均可見(jiàn)到銲點(diǎn)開(kāi)裂的外觀(guān)。

圖10、波焊發(fā)生錫尖，主要原因就是火力不足與黏度太大所致。

由于PCB板厚Z方向的熱脹系數（CTE)，在無(wú)鉛波焊的強熱下平均達55-60 PPM/℃，而無(wú)鉛銲料本身的CTE卻僅只20-25 PPM/℃而已，以致尚未焊牢時(shí)就被CTE的差異所拉裂了 。若不幸無(wú)鉛焊點(diǎn)中又出現鉛污染或鉍污染時(shí)，則還更是落井下石慘上加慘，有時(shí)焊點(diǎn)較牢者連銅環(huán)的外緣也被拉起。D版對于無(wú)鉛波焊朝上之主板面浮裂者，三級板類(lèi)均可允收。

事實(shí)上IPC各種規范均未涉及單面板的品質(zhì)，主要原因是美國PCB與PCBA兩大業(yè)界，多年來(lái)已不再生產(chǎn)單面板與單面板組裝的產(chǎn)品，有所需求的美國品牌商，只要向亞洲業(yè)者購買(mǎi)最終之整機成為自已的品牌即可。因而單面板工藝所需的技術(shù)與品質(zhì)文件都一向付之闕如。

圖11、左為無(wú)鉛波焊后第二面上銲環(huán)浮裂的現象，右為銲點(diǎn)開(kāi)裂過(guò)大的外觀(guān)

由于無(wú)鉛銲料多半難以達到共晶組成，因而銲點(diǎn)在冷卻固化的過(guò)程中，首先大部份純錫會(huì )率先固化而成枝晶。此種高溫中眾多純鍚枝晶間，尚存在高黏度的液態(tài)共晶式合金。一旦此種固液并存的漿態(tài)其維持之時(shí)間太長(cháng)，或受到頗大外力振動(dòng)干擾時(shí)，其最后待冷中央的液體部份，會(huì )形成強烈快速的冷卻收縮，進(jìn)而出現所謂的收口。

D版對此種無(wú)鉛焊接裂縫頗大收口（見(jiàn)上圖右）的允收規格是：銲體裂口尚未太深仍可見(jiàn)到錫底；亦或此種裂口尚未觸及到引腳、銲墊或孔銅壁等基底者，則仍可允收。倘若無(wú)鉛銲點(diǎn)之收口或裂口已見(jiàn)不到錫底，或已直接碰觸到引腳或銲墊者，則仍然視為缺點(diǎn)。至于有鉛焊接者，其銲點(diǎn)一向不允許出現收口或熱裂口 。