一、錫球與錫珠

(1)遭排擠而流浪的碎小錫球

錫膏體積有半數以上是有機物，其中部份為溶劑或揮發(fā)物，甚至還會(huì )吸入水份。此等輕質(zhì)者雖然預熱中多數被趕走，但剩馀的活化劑與樹(shù)脂等，仍會(huì )在錫粉強熱癒合中被裂解成液或成氣，進(jìn)而發(fā)生流出或吹出的現象。一旦某些錫粉表面氧化物較厚以致助焊劑也束手下，無(wú)法參與主體(Bulk So1der)融合之際，只好隨著(zhù)氣體液體而遠離中央，過(guò)爐后成為流浪在外的細碎錫球。此點(diǎn)與前述波焊發(fā)生濺錫之錫球，在成因與解困上完全不同，不宜馮京馬涼涇渭不分。

圖1、左圖為錫膏中錫粉生鏽以致癒合試驗之不良者，可見(jiàn)到許多流浪在外的碎小球粒。

中圖為良好錫粉經(jīng)癒合成為整球且無(wú)失散者之良好畫(huà)面。右圖即為揮之不去俯拾皆是的錫球問(wèn)題。

造成部份錫粉過(guò)度氧化而無(wú)法熔入主體之現象，當然與Profile之Soak太久有關(guān)。但配方中活性劑之天職即在保護錫粉免遭強熱之氧化，否則只有採用氮氣來(lái)幫忙了 。事實(shí)上在錫膏進(jìn)料檢驗之熔融癒合時(shí)，就可看出此種品質(zhì)的好壞。早期業(yè)界有一種不成文的說(shuō)法，只要濺出錫球的直徑小于5 mi1就不致造成短路，也就可以視若無(wú)睹了 ，不過(guò)這也要看客戶(hù)而定。

圖2、小型被動(dòng)元件的兩端焊接封頭，一旦其承墊上錫膏太多，

經(jīng)踩腳后可能會(huì )向中央擠出，回焊后即在封體旁形成較大的錫珠。

(2)片狀小件旁的錫珠

某些片狀電阻器或電容器經(jīng)過(guò)回焊后，其封體兩側經(jīng)常會(huì )出現顆粒頗大的錫球，特稱(chēng)之為"錫珠"。主要成因是墊面的印膏量太多，經(jīng)由貼片機在設定高度下踩腳暫貼時(shí)，兩端頭不免會(huì )將部份錫膏擠向腹底中央而脫離墊面主膏。此等錫膏在過(guò)爐中將自行熔融，并經(jīng)有機物裂解的吹氣中，從腹底滑出而成為較大號碼的錫珠。其實(shí)此種黏著(zhù)不牢的錫珠很容易被沖洗掉，但免洗製程之下則只好呆掛在封體旁的板面上了。此現象也與錫膏的配方有關(guān)，某些品牌就不會(huì )發(fā)生此種錫珠。

解決辦法就是朝減少錫膏印量方面去想點(diǎn)子，如將鋼板開(kāi)口由正方型去掉兩角，形成如棒球術(shù)語(yǔ)的“本壘板”型，或彎月型等，均可有效改善錫珠的麻煩。目前甚至連佈局(Layout)軟體均已將此種辦法納入了。

圖3、解決錫珠最有效的方法，就是減少二銲墊相鄰中央區域的錫膏印量，

如右二圖的本壘板型及左二圖的缺月型即為常見(jiàn)的對策。

二、立碑(Tombstoning)

早年在蒸氣式熔焊(Vapor Phase Reflow；利用高沸點(diǎn)溶劑蒸氣中之熱量，進(jìn)行錫膏熔焊製程中，即發(fā)現小型片狀被動(dòng)元件非常容易發(fā)生立碑現象。其原因是當某端頭的錫膏先行熔融，在表面張力展現下會(huì )將另一端尚未熔融者向上拉起，形成立碑或吊橋(Drawbridge)。

圖4、當小型被動(dòng)元件(0402，0201)之一端已熔焊而另端尚未熔時(shí)，

則在力距不等下，將被拉起形成立碑，或自動(dòng)貼片機踩腳二端深度不均時(shí)也會(huì )形成立碑。

圖5、左圖為0201的電阻器，其體積外形比針眼還小，無(wú)鉛回焊中最容易發(fā)生立碑。

右圖為0402的電容器通常其厚度要比電阻器更厚。

目前PCBA打樣之熱風(fēng)回焊製程中，一旦板面最冷點(diǎn)與最熱點(diǎn)之溫差(△T)太大(超過(guò)1 5℃以上)，或兩端焊墊之沾錫性不同，甚至一端連，接到大銅面以致失溫，或印膏太厚，或兩端錫量不均，或貼片機踩腳深度不等，或使用氮氣內眾力變大，又冷卻太快時(shí)，都容易引發(fā)立碑的麻煩。而且此等片狀元件愈小者(如0402，0201)也越容易發(fā)生立碑，承墊愈大者也容易立碑。徹底解決辦法一時(shí)還不容易找到，只能靠品檢與返工逐件修理而已。

三、擾焊(Disturbed Soldering)

熱量不足無(wú)法使錫膏完全熔合者謂之冶焊；而所謂“擾焊”者，則是指處于液態(tài)或漿態(tài)之非共熔性(Non—Eutectic)銲料，在其固化之半途中遭到外力的干擾(如抖動(dòng)震動(dòng)等)，以致固化后的微結構(Microstructure)不扎實(shí)，外觀(guān)很不平順，容易在老化過(guò)程中提早發(fā)生開(kāi)裂，在后續可靠度(Reliability)方面帶來(lái)很大的隱憂(yōu)。此種缺失在具體外觀(guān)上可見(jiàn)到有應力線(xiàn)(Stressline)的呈現，或外表凹凸起皺者即為已發(fā)生擾焊之徵兆。而且在TAL中發(fā)生抖動(dòng)時(shí)，還會(huì )造成小件的偏斜與短路等麻煩。事實(shí)上波焊也有相同的問(wèn)題，成因方面也并無(wú)不同。

圖6、凡銲料未能形成共熔組成者必定有漿態(tài)存在，當其輸送移動(dòng)中若尚未完全固化時(shí)，

一旦出現抖動(dòng)振動(dòng)就會(huì )造成銲點(diǎn)的擾焊，后續可靠度亦將為之不足。但右圖卻為冷焊的外觀(guān)。

四、冷焊Cold Soldering

回焊中電路板某處錫膏由于熱量不足，無(wú)法使錫粉完成癒合而成為整體銲點(diǎn)(Bu1k Joint)時(shí)，則外觀(guān)仍將呈現錫粉之顆粒，而且引腳或銲墊之介面處也全未長(cháng)出良好的IM C，亦即毫無(wú)強度可言者，謂之冷焊(Cold Soldering)或虛焊。此種缺點(diǎn)在無(wú)鉛回焊中并不罕見(jiàn)。若其外觀(guān)原本光亮者此時(shí)將呈現灰暗與粗糙之表面，但外觀(guān)原本不亮的SAC305則無(wú)法由此法去做判斷。

圖7、錫膏回焊熱量不足未能徹底熔合癒合時(shí)銲點(diǎn)將呈現顆粒狀外觀(guān)，或散錫不良或有氣孔等冷焊現象。

有時(shí)通孔插腳波焊時(shí)，其上錫到了某高度時(shí)即停止不再向上爬了，若其附近引腳通孔之上錫性都還良好時(shí)，即應檢討該特定通孔是否已有“失熱”或“散熱”現象以致液錫爬不上去，也就是說(shuō)其介面間無(wú)法形成IM C者，當然就無(wú)法沾錫吃錫了。此種現象雖也由于是“冷”所造成的，但卻不會(huì )形成所謂的冷焊之銲點(diǎn)。除非是快速移動(dòng)硬生生將熔錫拉出，外觀(guān)上的沾錫角也已超過(guò)9 0度，其介面間根本沒(méi)長(cháng)出良好的IM C者，則也是另一種冶焊現象。

圖8、此為波焊或浸焊輸送速度太快，或錫溫不足以致流動(dòng)性遲鈍下，經(jīng)常造成沾錫角超過(guò)90度，鍚量過(guò)多的另類(lèi)冷焊。

五、白色或灰色殘渣

當錫膏中的錫粉完成癒合并凝聚成為銲點(diǎn)主體之際，所有固態(tài)或液態(tài)輔料均因比重較輕而被排擠出去。大部份溶劑與小分子揮發(fā)物，都會(huì )早期氣化而被抽風(fēng)而抽出爐外室外，但亦有少部份會(huì )黏著(zhù)在板面上成為白色殘渣。此殘渣成份十分複雜，可殘馀物，活化劑清除氧化物反應后所生成的副產(chǎn)物，以及其他再料并圍繞在銲點(diǎn)的四周，雖不致造成漏電但也很討人厭。而且還妨礙“在線(xiàn)測試”(ICT)，甚至某些殘渣還會(huì )附著(zhù)在探針的接觸尖部。此等殘渣只要在溼氣中尚不致拉低 “表面絕緣電阻”(SIR)者，仍可允許其存在。但2007年以后一旦禁用"揮發(fā)性有機物"時(shí)，則水溶性助焊劑上場(chǎng)后勢必又要恢復水洗流程，以減少產(chǎn)品各種失效的危險。

圖9、免洗波焊或回焊之銲墊外緣，經(jīng)常出現有機物殘渣，雖不致造成后續可靠度的問(wèn)題，

但卻會(huì )影響電測探針的整潔，進(jìn)而影響到所測電性之正確性

六、點(diǎn)膠不牢遺失零件

當PCB打樣採雙面混合製程時(shí)(指正面回焊+反面波焊)其正常工序為：

(1)先在PCB的頂面(即早期稱(chēng)呼的Component Side)或主面，利用鋼板對全部SMD之焊墊印刷錫膏，以及大零件腹底的點(diǎn)膠。然后再進(jìn)行小零件的高速貼片，與大零件的正確放置，之后即進(jìn)行回焊而使之全部焊牢黏牢。、

圖10、左為自動(dòng)點(diǎn)膠機的多枚注射器外觀(guān)，中圖最下位的電阻器連同所點(diǎn)的紅膠也一併遺失，也許是局部板面不潔所致。

右圖可見(jiàn)到另一種高溫膠帶的保護。

(2)次于PCB的底面(即Solder Side)或反面，另外印刷上或點(diǎn)著(zhù)上定位黏牢用的紅膠或黃膠，然后再貼附上小零件或大零件(如Q F P)，并利用性能較差已閒置的回焊爐進(jìn)行烤膠固化的動(dòng)作。

(3)再回到頂面將必須插腳波焊的大件，將其引腳逐一在通孔中插妥，如此即可進(jìn)行底面的波焊，如此可同時(shí)將頂面插件與底面貼件一併焊牢。此種一波兩焊的工法，不但能讓板子所受折磨得以減輕，而且成本上也較便宜(通常錫膏回焊的成本是波焊的兩倍以上)。

圖11、左為PCB底面的QFP在進(jìn)行波焊前腹底必須點(diǎn)膠予以固定。右圖採錫膏回焊的另一大型的，

其腹底也必須點(diǎn)膠固定，以防翻板后二次回焊或波焊時(shí)，再度受熱而可能的脫落。

不過(guò)點(diǎn)膠黏膠等多出的製程中，一旦腹底固黏不牢，波焊后經(jīng)常會(huì )發(fā)生遺失零件的麻煩。

此時(shí)綠漆應以霧面者為宜，不但可加強對紅膠的接著(zhù)力，而且一旦發(fā)生各種流浪式的錫球時(shí)，也會(huì )降低其著(zhù)床的力道。

七、熱量不足BGA內球之假焊

當板面裝有大型B G A時(shí)，一旦其腹底內部之熱量不足，無(wú)鉛球與無(wú)組合，經(jīng)常會(huì )出現無(wú)鉛膏本身之先行癒合，與無(wú)鉛球之軟化變扁，但兩者間的合流。出現類(lèi)似睡覺(jué)時(shí)腦袋與枕頭彼此接觸的關(guān)系，特稱(chēng)為Pi11ow的“頭枕接觸”式的假焊問(wèn)題，兩者間當然不會(huì )出現應有的強度決之道就是在測取回焊曲線(xiàn)(Profi1e)時(shí)，一定要將BGA腹底PCB鉆通，并將一具感熱測頭自板底伸入BGA之腹底區內，先行焊牢然后再另行貼焊一枚確實(shí)瞭解該死角處回焊溫度倒底如何?

圖12、左圖為昍八球腳與銲墊上錫膏二者未能彼此徹底互熔的外觀(guān)，右為SEM微切片所見(jiàn)強度不足的"枕頭效應"。

事實(shí)上大型BGA的腹底中央，通常在設計時(shí)即不敢設有用的鍚球。即使設球也只是較次要的散熱球或接地球，或無(wú)功能但有支撐力的假球而已。因而即使發(fā)生此等冷焊（Co1d Soldering)時(shí)，也不容易被在線(xiàn)之電測所逮到。不過(guò)一旦到了客戶(hù)手上，即使雞毛也成了令箭，鐵証如山下也只好割地賠款了 ！至于其他零件之回焊，也常因熱量不足而出現錫膏并未徹底熔合之外觀(guān)，也正是冷焊的癥狀，事實(shí)上其介面也根本未長(cháng)出IM C 。不過(guò)要注意的是當附近其他銲點(diǎn)都尋E常良好時(shí)，則須深入檢討該規律性發(fā)生冶焊之焊墊組成，是否仍全部與大地銅面相連(只用綠漆隔開(kāi)而已)，進(jìn)而失溫所造成?果其如此則解決辦法很簡(jiǎn)單，只要在佈局時(shí)留下導電的臍帶即可，根本無(wú)需全部相連。某些銲墊就近連到通孔者，或多層板孔壁直接通到內層大銅面者，焊接時(shí)都會(huì )發(fā)生規律性熱量不足的問(wèn)題。

圖13、大型BGA回焊后，利用X-ray在45度傾斜透視下，可見(jiàn)到上下銲點(diǎn)的好壞，此圖上排左三球的載板處上銲點(diǎn)即未焊牢。

八、銲錫之不良爬升

SMT之錫膏回焊技術(shù)，可將各種零件引腳(例如鷗翼伸腳、J型鉤腳、B G A球腳與被動(dòng)元件之封頭等)，在PCB各式銲墊上焊牢。由于錫膏中之有機物體積約占了一半，故完成回焊后元件會(huì )稍形下降而更貼近板面，而且錫粉癒合熔合后還會(huì )因沾錫力量(wetting ForCe)而將銲錫往引腳的高處推升。凡當元件回焊中熱量過(guò)度時(shí)，經(jīng)常會(huì )導致熔錫沿著(zhù)引腳爬升，不但造成元件本體被燙傷，而且也將導致引腳底部的錫量不足，進(jìn)而引發(fā)可靠度與強度的隱憂(yōu)。此種異常向上爬錫的現象，在QFP或SOIC等鷗翼伸腳(Gu11wing)上部，處于過(guò)熱情況或二次受熱下最易發(fā)生。

圖14、左中圖鷗翼腳過(guò)度熱量造成回焊中錫量向上爬升，以致腳底下錫量不足，

而在右上圖見(jiàn)到居間狹窄銲錫與上下IMC之間的極度缺料之窘態(tài)，與受外力而浮裂之眞像

筆者常提到三句口訣“人往高處攀，水往低處流，錫往熱處爬”。當板子進(jìn)入熱風(fēng)區中，由于金屬引腳吸熱很快，且熱容量(Therma1 Mass)很小，故很快就達“很熱”的狀態(tài)。反之PCB不但體積大熱容量大，而且不良導體的板材又使得銲墊的熱度更加不如引腳了。于是造成銲墊上的錫量逐漸往引腳熱處高處爬升。加以鷗翼腳上部彎折弧形的內表面，更因熔錫的內聚力造成眾多錫量的聚集處，其錫量甚至遠超過(guò)同高弧形之外表面。

圖15、當QFP長(cháng)型焊墊距離導通用PTH太近時(shí)，其焊墊錫膏熔焊時(shí)，

經(jīng)常被通孔銅壁所抽吸而造成缺錫，最好採綠漆堵孔以改善之。

解決過(guò)度爬錫的辦法，首要者當然是選用正確的？避免急速加熱與熱量過(guò)度，或將助焊中活化劑的活化啓動(dòng)溫度提高，抑制其太早活化，以減少過(guò)早與過(guò)多的爬錫。另一種做法就是加強回焊爐底面熱量的輸送，增加PCB本身的溫度，減少引腳上部與板面焊墊在熱量方面的落差，消除腳底部錫膏被迫向上虹吸的效應。