无铅喷锡（HASL）润湿不良问题及对策

常成祥，王振荣

（1.东莞康佳电子有限公司 广东 东莞 523685；2.陕西省电子信息产品监督检验院 陕西 西安 710004）

2003年1月欧盟议会和欧盟理事会通过了RoHS指令，即在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令，也称2002/95/EC指令，2005年欧盟又以2005/618/EC决议的形式对2002/95/EC进行了补充，明确规定了六种有害物质的最大限量值。在目前全球化无铅化环境下，中国的电子信息产品污染控制分“两步走”，“技术上成熟，经济上可行”二者缺一不可，“政府推动，市场引导”相结合，先易后难，循序渐进，“成熟一个放一个”。康佳也逐步对原材料进行Rohs推广要求，包括PCB，所以，目前PCB表面处理方式有3种：1）无铅喷锡（HASL）板，2）化学沉金，3）OSP（有机可焊性保护膜），其中因计划变化快，原材料采购难等原因，无铅喷锡板使用最多。另因彩电随着电子及芯片技术不断发展，HD显示，LED背光，网络，3D功能等不断推动PCB向高密度，高集合方向发展，0.8或 0.5 mm Pitch的 BGA，0.4 mm Pitch的QFP多个应用，故对PCB板焊盘的平整度要求越来越高。用HASL处理的焊盘表面就是无铅喷锡，与线路板组装焊接时使用的焊锡具有很好的兼容性，因此，HASL处理的焊盘的可焊性与可靠性似乎更有保证。但是HASL处理的PCB也有明显的缺陷，即由于焊锡的表面张力的影响导致焊盘表面平整度差，高密度贴装的时候影响焊锡膏的印刷进而影响组装质量；另外就是HASL工艺中PCB需要经过高温熔融的焊锡，其基材必然受到损伤，特别是无铅化后HASL工艺使用的温度更高，以满足使用更高熔点的无铅焊锡后表面处理的效果。由于成本的原因，目前主要的无铅HASL处理主要使用的是锡铜系列的无铅共晶焊料，因此HASL的工艺温度往往要在260度以上。本以为HASL的优势是其具有良好的可焊性，但是实际中生产却常常遇到了较多的HASL表面处理的PCB可焊性不良的质量案例，严重影响产品质量，生产效率。

1 smt生产无铅喷锡（HASL）板的基本情况

1）以下列举12月末到1月中发生的案例

①12月 28日，SMT夜班西 C线生产 LED42F10000PD GN11-1220/3000套主板时，发现奥士康厂家来板35016069出现不同位号严重缩锡现象，比例3/75，底板编号：35016069厂家：奥士康 周期：1151；

②12月26日，SMT西C线生产LED32F1100PD GN11-1192主板时，发现奥士康厂家来板35016069出现不同位号不上锡、导致假焊现象，比例7/55，P/N：35016069厂家：奥士康 周期：1148 日期：2011-08-19；

③12月 31日，SMT松 A线在生产 KL32QS62 GW11-0976 602套/主板时，发现此板不固定位号缩锡严重，比例为：12/83，底板编号：35016265 生产厂家：博康 生产日期：2011.9.27生产周期：1150；

④1月30日，SMT在生产KL32IS80U GW11-0971 2720套时，过炉发现底板出现缩锡现象，造成假焊、短路严重，比例：3/80，P板：35014219厂家：奥士康 生产周期：1150；

⑤12月 20日，SMT松下B线在生产 LED32F2200C GM11-0129 2000套/主板（三合一板）时，发现此板不固定位号不上锡现象，占5/100，底板编号：35016302生产厂家：奥士康 生产日期2011.12.19 生产周期：1201；

⑥1月 13日，LC32F1000PD GN11-1248 1500套/主板时，发现此板不固定位号不上锡，比例为：6/450，底板编号：35016069厂家：奥士康 日期：2011.12.8 周期：1151；

2）具体HASL焊盘润湿不良的图片

如图1所示润湿不良情况：不良焊点中的焊锡回流后对元器件的引脚浸润良好，锡全部跑到元件脚上，而对焊盘的浸润基本不润湿，锡膏融化后跑得干干净净，那些没有贴元件的焊盘则收缩为一个球，用手轻碰就掉了。

图1 普通smt贴片电阻电容焊盘润湿不良图Fig.1 Poor wetting diagram of common SMT chip resistor and capacitor’s pad

具体润湿不良情况如图2所示：焊锡缩为1堆，个别分散，元件引脚与焊盘部分空焊，部分少锡与HDMI插座焊盘不良类似。

图2 IC引脚焊盘润湿不良图Fig.2 Poor wetting diagram of IC's pad

BGA：BGA拆御后发现大部分焊盘只焊到极小面积，个别焊盘完全润湿不良。

如图3所示润湿不良情况：BGA拆御后发现大部分焊盘只焊到极小面积，个别焊盘完全润湿不良。

图3 BGA焊盘润湿不良图Fig.3 Poor wetting diagram of BGA’s pad

经统计12月末到1月中6批次PCB焊盘润湿不良坏机，坏机比例最大10%，小的有1.33%，现象触目惊心，最严重是BGA内部焊接，X-ray检查不易察觉或发现不了，生产的线路板直到功能测试才发现有问题，影响很大，对要质量又要产量的流水线造成极大困难。PCB焊盘不润湿供应商自检检测不到，莞康IQC来料检查不到，车间上线生产才发现，这是无铅喷锡（HASL）表面处理的PCB的一个突出问题。

润湿正常的焊盘情况：

具体润湿良好情况如图4所示：两端爬锡光滑自然，锡膏融化后均匀覆盖PCB焊盘。

图4 普通smt贴片电阻电容焊盘润湿良好图Fig.4 Good wetting diagram of common SMT chip resistor and capacitor’s pad

具体IC润湿良好情况如图5所示：引脚弧形爬锡光滑自然，锡膏融化后均匀覆盖PCB焊盘。

2 对无铅喷锡板润湿不良问题分析处理

1）来料原包装密封良好，随包内的湿度指示卡未见颜色变化，HASL板表面有发现不平，但没有发现颜色不一致等异常：

2）印浆参数符合工艺要求如表1，2所示，印浆质量效果符合要求，目视检测正常。

图5 IC焊盘润湿良好图Fig.5 Good wetting diagram of IC’s pad

印刷机生产情况：

表1 smt印刷机工艺参数设置Tab.1 SMT printing process parameters setup

表2 smt印刷机工艺实际参数Tab.2 SMT printing process actual parameters

印浆效果采用目视检测结果均正常，如图6所示

图6 IC印浆效果图Fig.6 Effect diagram of IC'screen printing

3）元件贴片质量检查，元件居中，抛料少，结果正常，如图7所示。

图7 smt普通电阻电容贴片效果图Fig.7 EffectdiagramofcommonSMTchipresistorandcapacitor’mounting

4）回流炉温度测试结果检查，曲线以无铅锡膏（Sn96.5Ag3.0Cu0.5）焊接曲线为参考，生产时要根据产品芯片和锡膏厂家的曲线再优化的炉温曲线，结果符合要求，如图8所示。

图8 回流炉温度曲线图Fig.8 Diagram of reflow profile

3 问题处理

1）确认问题责任归属

面对润湿不良问题，PCB供应商是不轻易承认的，原因是供应商及康佳均缺乏检测焊盘金像分析设备及技术，而且PCB厂商拿出他们的检验标准，均符合要求。在此情况下，只能求助国家级实验室广州5所赛宝实验室做分析（如图9所示）。经送4pcs坏机样板到5所，最终结论是：对失效样品的焊接情况进行外观检查，发现较多位置的PCB焊盘边缘存在反润湿，BGA焊点失效主要表现为锡膏对PCB焊盘润湿不良，造成不良的主要原因与PCB焊盘HASL表面不平整以及焊盘已发生合金化降低其可焊性有关（如图10所示）。最终确认为PCB来料问题。

图9 送5所的反润湿样板图Fig.9 Poor wetting sample diagram of delivery to 5th electronic research institute of MIIT

图10 BGA内部焊接情况分析图Fig.10 Diagram of BGA internal welding analysis

2）批量生产后续补救措施

反润湿问题责任已确认，但生产出来的PCB板还是要生产消耗，对不可修复坏机就由PCB厂商赔偿。根据公司现有设备，制定以下措施。

①PCB上线贴装前烘烤：

烘烤温度：105±5 ℃，烘烤时间：4小时

目的：减少HASL PCB因受潮影响的焊接问题；

②医药酒精擦洗PCB：

③使用兼容性强的有铅锡膏生产。

经过以上措施，生产中减去因PCB受潮，污染及轻度反润湿的板，坏机比例有下降，采取的极端措施被认为有效，但实际的PCB焊盘合金化严重的反润湿坏机还是继续存在。

4 结束语

文中介绍的HASL PCB反润湿改善方案，已应用于莞康批量HASL PCB生产上。对目前多变的计划及不可控的来料问题，HASL PCB还是有优点，smt生产完毕可存放时间长，机芯手插及整机生产计划灵活度大较受计划人员的欢迎，但PCB厂商自己不可控的反润湿及莞康IQC无法检测的HASL PCB依然是smt生产影响质量的一大障碍，虽然后总部工艺发出对HASL PCB喷锡厚度的一些要求，成品板的锡厚度保证在 1.2～40 μm 范围内，其中 IC、BGA、Mark 点、元器件 PAD位等的厚度为 5～15 μm；大散热焊盘 1.2～10 μm；元件孔孔口厚度为2～40 μm。但未见得PCB供应商就一定能做到和检测得到。由此可见，HASL PCB在莞康仅适用于简单的按键板，接受板，转接板等小板，对带BGA的主板已推广OSP处理的PCB，OSP的优点是价格相对便宜，焊盘表面平整度高，是未来的发展方向。

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