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(shù)以上是有機(jī)物，其中部份為溶劑或揮發(fā)物，甚至還會吸入水份。此等輕質(zhì)者雖然預(yù)熱中多數(shù)被趕走，但剩馀的活化劑與樹脂等，仍會在錫粉強(qiáng)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(xiàn)象。一旦某些錫粉表面氧化物較厚以致助焊劑也束手下，無法參與主體(Bulk So1der)融合之際，只好隨著氣體液體而遠(yuǎn)離中央，過爐后成為流浪在外的細(xì)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)癒合成為整球且無失散者之良好畫面。右圖即為揮之不去俯拾皆是的錫球問題。

造成部份錫粉過度氧化而無法熔入主體之現(xiàn)象，當(dāng)然與Profile之Soak太久有關(guān)。但配方中活性劑之天職即在保護(hù)錫粉免遭強(qiáng)熱之氧化，否則只有採用氮?dú)鈦韼兔α?。事實(shí)上在錫膏進(jìn)料檢驗之熔融癒合時，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，也就可以視若無睹了 ，不過這也要看客戶而定。

圖2、小型被動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)過回焊后，其封體兩側(cè)經(jīng)常會出現(xiàn)顆粒頗大的錫球，特稱之為"錫珠"。主要成因是墊面的印膏量太多，經(jīng)由貼片機(jī)在設(shè)定高度下踩腳暫貼時，兩端頭不免會將部份錫膏擠向腹底中央而脫離墊面主膏。此等錫膏在過爐中將自行熔融，并經(jīng)有機(jī)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(xiàn)象也與錫膏的配方有關(guān)，某些品牌就不會發(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，如將鋼板開口由正方型去掉兩角，形成如棒球術(shù)語的“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?yún)^(qū)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(xiàn)小型片狀被動元件非常容易發(fā)生立碑現(xiàn)象。其原因是當(dāng)某端頭的錫膏先行熔融，在表面張力展現(xiàn)下會將另一端尚未熔融者向上拉起，形成立碑或吊橋(Drawbridge)。

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

則在力距不等下，將被拉起形成立碑，或自動貼片機(jī)踩腳二端深度不均時也會形成立碑。

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(jī)踩腳深度不等，或使用氮?dú)鈨?nèi)眾力變大，又冷卻太快時，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(如抖動震動等)，以致固化后的微結(jié)構(gòu)(Microstructure)不扎實(shí)，外觀很不平順，容易在老化過程中提早發(fā)生開裂，在后續(xù)可靠度(Reliability)方面帶來很大的隱憂。此種缺失在具體外觀上可見到有應(yīng)力線(Stressline)的呈現(xiàn)，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)生抖動時，還會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題，成因方面也并無不同。

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

一旦出現(xiàn)抖動振動就會造成銲點(diǎn)的擾焊，后續(xù)可靠度亦將為之不足。但右圖卻為冷焊的外觀。

四、冷焊Cold Soldering

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

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

有時通孔插腳波焊時，其上錫到了某高度時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，即應(yīng)檢討該特定通孔是否已有“失熱”或“散熱”現(xiàn)象以致液錫爬不上去，也就是說其介面間無法形成IM C者，當(dāng)然就無法沾錫吃錫了。此種現(xiàn)象雖也由于是“冷”所造成的，但卻不會形成所謂的冷焊之銲點(diǎn)。除非是快速移動硬生生將熔錫拉出，外觀上的沾錫角也已超過9 0度，其介面間根本沒長出良好的IM C者，則也是另一種冶焊現(xiàn)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性遲鈍下，經(jīng)常造成沾錫角超過90度，鍚量過多的另類冷焊。

五、白色或灰色殘渣

當(dāng)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，都會早期氣化而被抽風(fēng)而抽出爐外室外，但亦有少部份會黏著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(yīng)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“在線測試”(ICT)，甚至某些殘渣還會附著在探針的接觸尖部。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(jī)物"時，則水溶性助焊劑上場后勢必又要恢復(fù)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(xiàn)有機(jī)物殘渣，雖不致造成后續(xù)可靠度的問題，

但卻會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(dāng)PCB打樣採雙面混合製程時(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、左為自動點(diǎn)膠機(jī)的多枚注射器外觀，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。

右圖可見到另一種高溫膠帶的保護(hù)。

(2)次于PCB的底面(即Solder Side)或反面，另外印刷上或點(diǎn)著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，再度受熱而可能的脫落。

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

此時綠漆應(yīng)以霧面者為宜，不但可加強(qiáng)對紅膠的接著力，而且一旦發(fā)生各種流浪式的錫球時，也會降低其著床的力道。

七、熱量不足BGA內(nèi)球之假焊

當(dāng)板面裝有大型B G A時，一旦其腹底內(nèi)部之熱量不足，無鉛球與無組合，經(jīng)常會出現(xiàn)無鉛膏本身之先行癒合，與無鉛球之軟化變扁，但兩者間的合流。出現(xiàn)類似睡覺時腦袋與枕頭彼此接觸的關(guān)系，特稱為Pi11ow的“頭枕接觸”式的假焊問題，兩者間當(dāng)然不會出現(xiàn)應(yīng)有的強(qiáng)度決之道就是在測取回焊曲線(Profi1e)時，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(qū)內(nèi)，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，右為SEM微切片所見強(qiáng)度不足的"枕頭效應(yīng)"。

事實(shí)上大型BGA的腹底中央，通常在設(shè)計時即不敢設(shè)有用的鍚球。即使設(shè)球也只是較次要的散熱球或接地球，或無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，也不容易被在線之電測所逮到。不過一旦到了客戶手上，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(xiàn)錫膏并未徹底熔合之外觀，也正是冷焊的癥狀，事實(shí)上其介面也根本未長出IM C 。不過要注意的是當(dāng)附近其他銲點(diǎn)都尋E常良好時，則須深入檢討該規(guī)律性發(fā)生冶焊之焊墊組成，是否仍全部與大地銅面相連(只用綠漆隔開而已)，進(jìn)而失溫所造成?果其如此則解決辦法很簡單，只要在佈局時留下導(dǎo)電的臍帶即可，根本無需全部相連。某些銲墊就近連到通孔者，或多層板孔壁直接通到內(nèi)層大銅面者，焊接時都會發(fā)生規(guī)律性熱量不足的問題。

圖13、大型BGA回焊后，利用X-ray在45度傾斜透視下，可見到上下銲點(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球腳與被動元件之封頭等)，在PCB各式銲墊上焊牢。由于錫膏中之有機(jī)物體積約占了一半，故完成回焊后元件會稍形下降而更貼近板面，而且錫粉癒合熔合后還會因沾錫力量(wetting ForCe)而將銲錫往引腳的高處推升。凡當(dāng)元件回焊中熱量過度時，經(jīng)常會導(dǎo)致熔錫沿著引腳爬升，不但造成元件本體被燙傷，而且也將導(dǎo)致引腳底部的錫量不足，進(jìn)而引發(fā)可靠度與強(qiáng)度的隱憂。此種異常向上爬錫的現(xiàn)象，在QFP或SOIC等鷗翼伸腳(Gu11wing)上部，處于過熱情況或二次受熱下最易發(fā)生。

圖14、左中圖鷗翼腳過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(dāng)板子進(jìn)入熱風(fēng)區(qū)中，由于金屬引腳吸熱很快，且熱容量(Therma1 Mass)很小，故很快就達(dá)“很熱”的狀態(tài)。反之PCB不但體積大熱容量大，而且不良導(dǎo)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(nèi)表面，更因熔錫的內(nèi)聚力造成眾多錫量的聚集處，其錫量甚至遠(yuǎn)超過同高弧形之外表面。

圖15、當(dāng)QFP長型焊墊距離導(dǎo)通用PTH太近時，其焊墊錫膏熔焊時，

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。

解決過度爬錫的辦法，首要者當(dāng)然是選用正確的？避免急速加熱與熱量過度，或?qū)⒅钢谢罨瘎┑幕罨瘑檮訙囟忍岣?，抑制其太早活化，以減少過早與過多的爬錫。另一種做法就是加強(qiáng)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(yīng)。