一、鉛污染造成銲點浮裂

由于PCB在Z方向的CTE約在55—60ppm／℃之間，再加上SAC305不太柔軟的銲料其CTE約只在22ppm／℃左右；一旦波焊后通孔環(huán)面與銲料之間的IMC ，由于少量鉛份的阻礙而生長不良時，經(jīng)常會發(fā)生銲點自環(huán)面的開裂。凡當IMC生長良好又強固時，則還可能出現(xiàn)銲點本身的撕裂。從多量焊環(huán)浮裂的統(tǒng)計中，發(fā)現(xiàn)小孔小環(huán)者（14mil以下）竟然較少發(fā)生開裂，這當然又是出自入孔銲料的多少，也就是熱量不同所造成的差異效應。

電路板無鉛波焊或迴焊中，倘若某些銲點內其零件腳之可焊皮膜，過渡期仍採用錫鉛或含鉛錫鉛銀之處理層(Sn36Pb2Ag，177℃)者，則在形成銲點的固化過程中，少量的鉛會被排擠出來而往PCB銅墊最后冷卻處移動。由于鉛份的阻礙，以致焊接中無法順利產生所必須的良性IMC(C u6Sn5)，且更進一步形成Sn／Pb／Ag熔點為179℃的三元合金，強度也因而為之大大減弱。且還經(jīng)常由于通孔環(huán)面銲點的收縮，致使其錐型銲體產生Surface Crack，甚至連銅環(huán)也會自基材上翹起。少量鉛之污染下，導至銲點開裂與銅環(huán)浮離幾乎是必然發(fā)生的，其機遇率比上述因板材Z方向收縮與銲料不同步者更有過之。

圖1、此為冶金術中清除少量雜質常所用的"帶域精煉法，是另奪金屬棒在強大帶狀熱源緩緩移動下，

使得少量雜質將會隨熔融之移動而移動，也就是會將雜質不斷推擠進入液態(tài)中，最后即可予以切除。

此時可採微切片法進一步確認其失效模式(Failure Mode)，或採“微差掃瞄熱卡儀，(Differential Scanning Calorimetry；DSC)，針對SAC305各局部銲點去量測出其熔點為何?一旦局部m.P．低于210~C者，即可確知是受到少量的鉛或鉍，其不良性降低熔點的影響。是故日本客戶所偏奸的“錫鋅鉍”低溫銲料，也幾乎一定會發(fā)生浮裂。

圖2、左圖為有鉛錫膏對無鉛球腳完成焊接后，少量鉛進入SAC晶界，進而形成GB變寬現(xiàn)象，

右圖即為SEM放大3500倍下所看到微結構松散不牢的實情，其夾縫中的鉛清晰可見。

另一項有關銲點開裂的重要原因，那就是銲點局部區(qū)域中少量的鉛，可能會變成次大性族群，而與305中的錫及銀形成局部性Sn36Pb2 Ag的三元合金，其共熔點(EuteCtiCmp)只有177℃，成為銲體最后固化之區(qū)域，在強度不足下經(jīng)常成為開裂的敏感地點。故知銲點由大量的鉛與錫組成者，其均勻材料之軔性與強度確實是出自鉛的貢獻；然而一旦當鉛份變成微量之污染時，卻反而因材質不均而導至強度不足，工程師們不可不填。

圖3、左圖說明伸腳銲點最后冷卻處是在腳底，也就是少量鉛雜質的最后中地，

右圖為腳底微量鉛污染所造成的局部空泛區(qū)，成為強度不足可靠度有問題的危險區(qū)。

二、鉍污染

鉍污染可能的來源是採用Sn8Zn3Bi (m p191—195℃；日商家電者經(jīng)常指定使用，如NEC)，此波焊(或回焊)銲料之熔點低又便宜，且還可降低含Zn后在溼氣中生銹的趨勢。另一種銲料SnAgBi者(mp215℃亦有業(yè)者使用，不過卻脆性較高且也易生鬚。其他鉍的來源可能是引腳電鍍錫鉍合金之可焊性皮膜，亦或另可採共熔合金42Sn58Bi(m.P138℃)之熱浸方式所加工之皮膜。此種皮膜之延性不佳脆性卻很高，后續(xù)彎腳時也容易開裂。由于銲料中有鉍時高溫中會往銅面移動，造成后續(xù)容易開裂的苦惱，于是又只得將墊面改為ENIG處理，但又易惹出黑墊的問題，得不償失所苦何來?

一旦懷疑銲點強度不足可能是出自低熔點合金之病灶者，則可利用熱差掃瞄卡計(DCS)的方法，針對銲料在升溫中熱流量突變下找出其熔點。

圖4、利用DSC儀器檢測銲點合金之峰溫226.3℃時，同時亦可從微弱訊號之另一較低峰溫(99.1℃）處，

得知其銲點中已含有少量鉍成份之雜質。圖中之Onset是指曲線向上翹起時的轉折點溫度。

此圖系利用DSC監(jiān)視銲料熱流量之突變而測出熔點的方法，得知錫銀鉍銲料中發(fā)生0.4％bywt的鉛污染，將在銲點局部出現(xiàn)SnBiP (m.P98℃)的低熔點區(qū)域，進而導致強度之不足。

三、錫池之銅污染

SAC305或SAC3807銲料中原始的銅含量分別為0.5％及0.7％bywt，連續(xù)波焊操作中板面上的銅份勢必會不斷的溶入池中。一般經(jīng)驗是銅份上升后總體熔點(mp)也會跟著攀高，但已設定的操作焊溫(260—265℃)與行進速度(例如1.0一1.2 m／min)下，量產中當然不可任意更改隨之起舞。于是在焊溫與熔點間之落差變小(亦即操作范圍的大小)以致黏度增大，于是板面密距密線之間的搭橋與短路，當然也就如響應斯而逐漸增多。

圖5、左圖SAC305波焊后，相鄰插腳閔發(fā)生空中橋接（Bridge)輿多處鍚球之缺點，右圈為另一橋接之放大圈。

此等缺失的主因即出自銅污染造成錫波粘度變大所致。

而且一旦銅份超出安全上限時(0.9％bywt)，則還會在池中形成CuSn，的六角針狀結晶。此針狀IMC之熔點為415℃，比重為8.28，故在比重為7.44的SAC305池中，靜置時當然會成為下沉的泥淖，因而可予以撈除。產線正確的做法是當銅量由原始配方的0.5％或0.7％上升時，所補充添加的銲料則宜改用無銅的SAC300(單價相同)，此種只有錫與銀合金輔料的添加中，當然就可用以沖淡掉液錫中銅量上升之弊病。不過一旦已經(jīng)形成了CuSn；的針狀IMC者勢將無法再能回熔，只能在降溫(235℃)與靜置(2小時)后從池底予以撈除，這也是目前最好的方法了。否則液錫之流性必定變差而容易短路，且板面銲點也難免會出現(xiàn)針狀的外觀，量產線應每兩週分析一次銅含量才較放心。

圖6、無鉛SAC錫池中的含銅量太高時，會形成Cu6Sn5的針狀IMC，

在無法回熔下將逐漸沉入池底，累積較多時可設法予以撈除。

幸好無鉛銲料后起之秀的SCN 錫銅鎳(例如日商NS的商品SN100C)，對板面上的溶銅程度比起SAC合金來要減少很多，但也不可超過0.9％(原配方為0.7％)，否則銲點強度也將出現(xiàn)問題。此種SCN不但溶銅較緩、價格便宜，而且銲點外觀比起S A C來也漂亮很多O不利的是熔點稍高(227℃，幸好焊溫到達265—270℃即可量產)，加以供應商只受限于曰商NS一家的專利而無法選擇。

圖7、左圖為波焊后呈現(xiàn)光亮平滑的銲點右為SAC焊后呈現(xiàn)灰白外且粗糙無光，并經(jīng)常出現(xiàn)裂紋式之銲點。

四、鐵污染。

當波焊錫池為不銹鋼所建造者，其中之鐵成份在液態(tài)SAC的長期高溫中，必定會被錫份攻擊而形成FeSn，的針狀IMC，并逐漸溶入錫池中(見前圖工2)，以致造成錫池泵浦中重要組件的受損。最徹底的解決方法就是將錫池與配件全部改成鈦合金來建造，才可一勞永逸免除困擾。一旦錫池中液態(tài)銲料之鐵污染超過0.02％bywt(200ppm)時，則銲點將會呈現(xiàn)砂鑠狀外表。

圖8、無鉛波焊或涌焊之錫池若採不鏽鋼建造者，于長期高溫中會被高錫量的銲料（如SAC）所溶蝕，

上二圖即為已損壞的錫池配件，下三圖為反應所形成IMC的外觀與放大情形。但銲料中含鎳時此種腐蝕將大為改善。