电路板无铅波焊的特殊现象

一、QFP二受热銲点劣化

（一）、正面某些QFP引脚在无铅锡膏已先行回焊牢固后，当其再次进入底面进行无铅波焊之二次高热中，偶而会发现有几隻脚会出现熔脱浮离之不良现象(事实上电路板反面二次回焊者将会更惨)。

图1、电路板已被锡膏焊妥的元件引脚，再度经过波焊时将可能会被解焊而弹开。

（二）、尤其以靠近高热填锡PTH的QFP引脚，最容易发生热裂浮离，原因是波焊的锡量与热量会由下而上窜出来(孔径愈大愈糟糕)，造成附近引脚受热软化，外加引脚应力使劲弹脱之所致(此时可达201℃)。

图2、此为另一种更好的材质所制作的载具托盘的顶面圆。

（三）、此种QFP引脚再度浮裂的主要机理，是脚面原本电镀层若为锡铅合金或锡铋合金之皮膜者，虽已被SAC305锡膏所焊妥，但因其銲点中可能局部会形成Sn36Pb2Ag之三相低熔点合金(mp177℃)，甚至mP98℃的Sn52Bi30Pb的三相合金。于是再度受热时，即可能因引脚原有应力另加局部熔融而开裂。

大发快盈500 （四）、预防的方法是採用绿漆塞孔，或在波焊中局部底面加装隔热专用的托盘(Pa11etS)，以及顶面加设阻热盖板等，以减少SMT銲点的再次受热，以及板材遭到热胀的爆板与孔铜的进断。

（五）、根本解决之道是完全排除任何铅的来源，避免使用含铋的引脚皮膜或銲料，彻底杜绝局部低熔点的发生才是正途。

二、不可多次波焊以免失环

大发快盈500 採SAC合金进行波焊者，其锡温常高达260一265℃经4—5秒之强热锡波接触后，待焊面PTH孔缘已遭严重蚀铜，故最好的解决办法是只实施单次波焊。一旦还需要二次过波补焊时，不但孔缘铜层更被蚀薄，甚至一旦见底断开时，则底板面上的铜环即可能遭到锡波的衝刷带走而造成失环。故儘可能不要进行二次波焊以减少报废。

大发快盈500 图3、左图两箭头所指示处，即为板面经过两次SAC波焊后，由于孔角铜层被咬断而失环的情形。

大发快盈500 右二图即为失环通孔之切片，不但板面孔环被SAC冲走，至连孔铜壁也被扯掉半截。

大发快盈500 经过两次无铅波焊者，其填锡孔几乎都会在多层板压合之胶片处(B—Stae)，发生树脂缩陷的问题，规范上虽未拒收，但却成为板材过热的証据了。且局部小范围的板材微裂，一旦镀铜层物性不良，甚至将造成断孔的危机。

图4、此为绿漆塞孔的双面板，经过SAC波焊后铜壁中央发生断裂，

由二图放大500X的细部可看出是板材涨裂与铜层延伸率不良所致（须20%以上）。

三、底板面亦可进行QFP的波焊

大发快盈500 当电路板需要SMT元件双面贴焊，而电路板底面亦另有QFP主动元件，同时还需通孔插脚之波焊者，电路板厂一般做法是正板面先行锡膏回焊，然后将板子翻面架空再对底面印刷锡膏，把所有SMT大小元件再次进行架空回焊。最后才对插脚元件在托盘保护下进行底面局部波焊。如此一来总共要经过三次无铅的强热折磨，电路板材及各种元件均将遭到严重的伤害。

大发快盈500 图5、FR―4板材经多次无铅强热的煎熬后，

其中环氧树脂部份将发生树脂缩陷，甚至孔铜被外拉以致开裂现象。

此时若将底面上的QFP或SOIC等主动元件，也如同小型被动元件一般採行点胶定位，之后全底面利用突波(扰流波)与平流波进行双波焊，即可与插脚元件同时全部焊牢。如此一来不但可避免一次回焊的强热考验，而且点胶波焊一举两得的工法，比起锡膏回焊在成本上又还便宜很多。

大型QFP或SOIC波焊的烦恼是密距引脚之间，经常因通过锡波的拉扯牵连而短路。且无铅焊料表面张力增大下(即内聚力变大)，灾情尤其惨重。此时，可在引脚焊垫之四角或两端，于设计佈局(Layout)之初即加设“锡贼”(Solder Thief)，即可在过波之瞬间，将原本密垫间拖累的锡量，全部让尾部锡贼予以吸收，各种短路即可消失。但要注意的是此时IC朝下的封装体将会全身穿过锡波，亦如SMT回焊般必须直接身陷热源，因而也要注意到J—STD一020C湿敏水准(MSL)的要诀，以防封装体的进裂。

大发快盈500 图6、左图为8隻脚SOIC点胶波焊在四角所加的锡贼，

大发快盈500 中为44脚QFP点胶波焊所加设的锡贼及吃锡情形。右为IC封体通过锡波被烫裂的外观。

四、顶面孔环应加以缩小

大发快盈500 PCB现行的各种设计规范或工具(Layout软体)，多半是延续历年来有铅焊接的成规。事实上无铅銲料由于内聚力增大以致沾锡能力(指上锡或散锡)较差，正常扬波泵浦之转速下，欲推送锡波~，I／L顶甚至溢出而沾满正面孔环者，其机会已经不多OJ—STD一001D在其表6—5中对Class2、3的板类，也只要求进孔锡量到达7 5％即已及格。因而顶面孔环无需保持与底面相同大小，否则OSP皮膜之顶环者徒然留下外围无锡的露铜，该已受损之O S P皮膜，很难保证铜面于后续使用中不致生锈与迁移。此时可将顶面孔环予以缩小(其他方垫类面积也应缩小，或採“绿漆上环”（Solder Maskon Pad)亦即“绿漆设限”(Solder Mask Defined；SMD)的做法，一减少环边露铜的后患。

大发快盈500 图7、左图之左半为有铅焊接上下孔环同样大小的传统设计，右半为无铅波焊上环变小之新设计理念。

大发快盈500 右二图分别为有铅上环全露及无铅上环外缘应被绿漆所覆盖的示意图，

五、多孔区填锡会造成爆板

老式设计在BGA腹底板中经常密设众多通孔，做为多层佈线的层间互连功用。当此等密孔区通过锡波填锡的瞬间，所涌入的大量热能必将考验多层板在Z方向忍耐的极限，而经常造成板体Z方向的进裂甚至断孔。另外还有一种密孔区的填锡是为了连接器的引脚插焊，此时涌锡所挟带的热量虽仍很大，但部份却被引脚所吸收，因而其板材Z方向的进裂反倒比空孔还低一些。此等危机只要孔铜厚度还够(0.7 mil以上)，镀铜层的延伸率(Elongation)尚能维持在2 0％以上者，在纵横比还不算太高者尚不致发生断孔的悲剧。

图8、此二图均为多孔区通过无铅波焊进孔的吃锡情形，但进孔的同时也会对板材急速输入大量的热能，经常会造成多层板的迸裂。