同一條 SMT 產(chǎn)線,同一款錫膏,噴錫板良率穩(wěn)在 99%,換成 OSP 板就批量虛焊,鍍銀板焊完發(fā)黑,化金板過(guò)可靠性測(cè)試總掉鏈子。
很多工藝師碰到這種情況,第一反應(yīng)是調(diào)溫度、改鋼網(wǎng)、查貼裝精度,折騰一圈收效甚微。很少有人往根上想:不同焊盤表面處理的可焊性、耐腐蝕性天差地別,對(duì)應(yīng)需要的錫膏活性等級(jí)完全不一樣。拿一款通用錫膏通吃所有鍍層,不出問(wèn)題才怪。
這些年跟進(jìn)過(guò)幾十家工廠的焊接良率提升項(xiàng)目,大半類似問(wèn)題,根源都是錫膏與焊盤鍍層選型錯(cuò)配。今天把主流表面處理的焊接難點(diǎn)、對(duì)應(yīng)錫膏選型邏輯、工藝調(diào)參細(xì)節(jié)全部說(shuō)透,都是能直接落地的實(shí)操方法。
先搞懂四種主流焊盤的焊接難點(diǎn)
不同鍍層的物理化學(xué)特性完全不同,焊接的核心痛點(diǎn)也不一樣,選型前必須先分清。
噴錫板:最省心的基礎(chǔ)款。表面就是熔融錫層,可焊性天生優(yōu)異,常規(guī)焊接基本不會(huì)出潤(rùn)濕問(wèn)題。短板是平整度一般,細(xì)間距 QFP、BGA 容易出現(xiàn)錫量不均,連錫風(fēng)險(xiǎn)偏高。對(duì)錫膏活性要求最低,選通用款足夠。
OSP 板:量產(chǎn)最常用,也最容易出虛焊。表面是一層極薄的有機(jī)保焊膜,常溫下防氧化,焊接時(shí)需要助焊劑高溫破除。板子放久了、儲(chǔ)存環(huán)境差,膜層老化變厚,普通活性的錫膏根本燒不透,錫液鋪不開,就會(huì)出現(xiàn)半潤(rùn)濕、虛焊,焊點(diǎn)發(fā)暗沒(méi)有光澤。
化學(xué)鎳金板:細(xì)間距首選,隱形坑最多。金層薄、平整度高,0.3mm
間距的 BGA 也能印得很整齊,很多人覺得它焊接性能穩(wěn)定。實(shí)際上金層焊接時(shí)會(huì)快速溶解進(jìn)錫液,最終是鎳和錫形成合金。活性太強(qiáng)的助焊劑會(huì)過(guò)度腐蝕鎳層,生成疏松的脆性化合物,外觀看著沒(méi)問(wèn)題,剪切強(qiáng)度差很多,高低溫循環(huán)很容易開裂。還有黑盤問(wèn)題,鎳層氧化后可焊性驟降,批量虛焊防不勝防。
鍍銀焊盤:特殊場(chǎng)景專用,最怕腐蝕。高頻板、陶瓷基板、光伏電池電極常用鍍銀,導(dǎo)電性好但性質(zhì)活潑。普通錫膏的助焊劑含有鹵素和活性酸,焊后會(huì)慢慢腐蝕銀層,輕則焊點(diǎn)發(fā)黑,重則銀層溶解、電極失效,高濕環(huán)境下還可能出現(xiàn)銀遷移造成短路。
按鍍層選錫膏,活性等級(jí)是核心
選型不用追求最貴的,也別迷信活性越高越好,匹配焊盤特性的才是最合適的。
噴錫板:選通用低活性款,性價(jià)比最高
噴錫板本身可焊性好,不需要強(qiáng)助焊劑破膜,選 ROL1 級(jí)的通用型錫膏就完全夠用,比如 8MA。這款鹵素含量控制在 900ppm 以內(nèi),殘留少且透明,焊點(diǎn)光亮飽滿,應(yīng)對(duì)噴錫板的焊接需求綽綽有余,成本也是所有選項(xiàng)里最劃算的。
很多工廠為了 “保險(xiǎn)”,噴錫板也用高活性錫膏,其實(shí)完全是性能過(guò)剩。活性過(guò)高不僅增加殘留離子量,降低長(zhǎng)期絕緣可靠性,還會(huì)拉高錫膏采購(gòu)成本,屬于花冤枉錢辦壞事。
工藝上注意兩點(diǎn):細(xì)間距器件適當(dāng)減薄鋼網(wǎng)厚度,0.4mm 間距以下建議用 0.12mm
鋼網(wǎng),開口做內(nèi)縮,減少連錫風(fēng)險(xiǎn);噴錫板表面錫層厚,峰值溫度不用太高,SAC305 體系 235℃足夠,避免過(guò)度熔合造成焊點(diǎn)晶粒粗大。
OSP 板:選中高活性款,破膜能力決定虛焊率
OSP 板的核心矛盾是助焊劑能不能有效破除表面有機(jī)膜。破膜不充分,焊盤和錫液之間隔著一層有機(jī)物,必然虛焊。
常規(guī)全新 OSP 板、存放周期 3 個(gè)月以內(nèi)的,選 ROL0 級(jí)的 8MTSP/5RTS 是性價(jià)比最高的方案。這款活性中等偏上,破膜能力足夠,鹵素含量低于 500ppm,焊后殘留依然透亮,兼顧潤(rùn)濕效果和潔凈度,目前絕大多數(shù)量產(chǎn)
OSP 產(chǎn)線用的都是這個(gè)檔位。我們幫不少客戶調(diào)整過(guò),原來(lái)用通用款虛焊率 3%~5%,換這款之后沒(méi)改其他參數(shù),虛焊率直接降到 0.5% 以下,效果非常直觀。
如果是存放時(shí)間超過(guò)半年、膜層老化的庫(kù)存板,或者厚銅基板、大焊盤散熱快的產(chǎn)品,普通中活性錫膏破膜吃力,可以升級(jí)到更高活性的 8MQP/5RQ。這款助焊劑活性更強(qiáng),破膜和潤(rùn)濕能力更突出,爬錫高度也更好,能有效解決老化 OSP 板的虛焊問(wèn)題。但要注意它的鹵素含量稍高,對(duì)潔凈度、絕緣性要求極高的產(chǎn)品要權(quán)衡使用。
實(shí)操調(diào)參要點(diǎn):OSP
板的預(yù)熱區(qū)可以適當(dāng)提溫,恒溫區(qū) 130~160℃停留 60~90 秒,讓助焊劑充分分解有機(jī)膜;峰值溫度比噴錫板高 5℃左右,液相時(shí)間拉長(zhǎng)到 50~70 秒,給錫液足夠的鋪展時(shí)間。
化金板:選低鹵溫和活性款,防鎳腐蝕是長(zhǎng)期可靠性關(guān)鍵
化金板最怕兩個(gè)坑:活性不夠虛焊,活性太高鎳腐蝕。平衡點(diǎn)很重要,選不對(duì)型號(hào),短期看不出問(wèn)題,半年后批量失效,返工成本極高。
優(yōu)先選低鹵素、ROL0 級(jí)的溫和活性錫膏,比如 8MNTTP/5RNTT。這款鹵素含量嚴(yán)格控制在 100~200ppm,活性精準(zhǔn)克制,既能保證金層溶解后的鎳面充分潤(rùn)濕,又不會(huì)過(guò)度侵蝕鎳層,焊后離子殘留極少,非常適合 BGA、QFN 等高精密化金板,長(zhǎng)期可靠性更有保障。
如果碰到鍍層質(zhì)量差、有輕微黑盤的化金板,活性太低會(huì)出現(xiàn)虛焊,這種情況別直接上高活性款,先嘗試調(diào)整溫度曲線,適當(dāng)提高峰值、延長(zhǎng)液相時(shí)間。實(shí)在不行再換 8MTSP 這類中活性款,在潤(rùn)濕和腐蝕之間找平衡,同時(shí)做好批次抽檢,避免鎳腐蝕超標(biāo)。
工藝紅線:化金板液相時(shí)間盡量控制在 40~60 秒,峰值溫度不超過(guò) 245℃。溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng),鎳層腐蝕越嚴(yán)重,焊點(diǎn)脆性越大。很多人為了爬錫好看盲目加溫度,實(shí)際是在犧牲長(zhǎng)期可靠性。
鍍銀焊盤:必須用專用配方,別拿普通錫膏湊
鍍銀陶瓷、銀電極玻璃、光伏焊帶這類產(chǎn)品,絕對(duì)不能隨便用通用錫膏。焊完當(dāng)時(shí)看著光亮,放一兩個(gè)月焊點(diǎn)周圍發(fā)黑,一推就掉,都是助焊劑腐蝕銀層造成的。
鍍銀場(chǎng)景必須選銀焊盤專用錫膏,比如 7MF/7RF 系列。它的助焊劑體系做了專門的腐蝕性調(diào)控,活性剛好滿足銀面潤(rùn)濕需求,又不會(huì)過(guò)度侵蝕銀鍍層,焊后焊點(diǎn)長(zhǎng)期保持光亮,不會(huì)出現(xiàn)發(fā)黑、銀遷移的問(wèn)題。
很多人踩過(guò)的坑:覺得鍍銀板只是焊盤特殊,加點(diǎn)稀釋劑、調(diào)低溫度就行。完全沒(méi)用,腐蝕是助焊劑成分決定的,不換專用錫膏,怎么調(diào)參數(shù)都治標(biāo)不治本。
工藝注意:鍍銀產(chǎn)品峰值溫度別太高,有鉛體系控制在 220~230℃,溫度越高銀溶解速度越快,電極層越容易被消耗變薄。液相時(shí)間控制在 30~50 秒,夠用就行。
三個(gè)最容易踩的選型誤區(qū)
活性越高焊接質(zhì)量越好。這是最大的誤區(qū)。助焊劑活性是匹配焊盤氧化程度的,夠用就好。活性過(guò)剩會(huì)帶來(lái)離子殘留、鍍層腐蝕、長(zhǎng)期可靠性下降,短期看焊點(diǎn)亮,實(shí)際埋了隱患。尤其是汽車電子、高壓電源這類對(duì)可靠性要求高的產(chǎn)品,寧可選活性稍低的穩(wěn)妥款,也別盲目上高活性。
一款錫膏通吃所有產(chǎn)品。很多工廠為了減少庫(kù)存、簡(jiǎn)化管理,全產(chǎn)品線用一款錫膏。結(jié)果就是好焊的板子性能過(guò)剩,難焊的板子缺陷率飆升??雌饋?lái)省了庫(kù)存管理成本,實(shí)際返修、報(bào)廢、售后的成本翻好幾倍。正常來(lái)說(shuō),備一款通用款、一款中高活性款、一款特殊場(chǎng)景專用款,就能覆蓋絕大多數(shù)產(chǎn)線需求,管理成本增加不多,良率提升非常明顯。
只看合金不看助焊劑。很多人選錫膏只問(wèn)是不是 SAC305,不問(wèn)助焊劑類型、活性等級(jí)。同樣是 SAC305 合金,不同助焊劑配方的焊接效果天差地別,一個(gè)虛焊率 0.1%,一個(gè)可能 5%。合金決定焊點(diǎn)的基礎(chǔ)性能,助焊劑決定焊接能不能實(shí)現(xiàn)、良率高不高,兩者同等重要。
焊接這件事,從來(lái)不是錫膏倒上去加熱就行。焊盤鍍層是第一道關(guān)卡,錫膏活性是核心鑰匙,兩者匹配才能出穩(wěn)定的良率。很多工廠總盯著設(shè)備、工藝參數(shù)死磕,卻忽略了最基礎(chǔ)的選型適配,結(jié)果越調(diào)越亂。先把鍍層類型分清楚,對(duì)應(yīng)選對(duì)錫膏檔位,再微調(diào)工藝參數(shù),絕大多數(shù)虛焊、發(fā)黑、腐蝕問(wèn)題都能迎刃而解。做制造的都明白,前期選型花點(diǎn)心思,后面能省無(wú)數(shù)麻煩。