浅析电装焊接中的“去金”工艺问题及策略

包崇伟

摘 要：本文通过对电子产品的装联中对"去金"问题以及对可靠性的影响进行简要的分析，并结合航天产品的相关工艺规范的要求，提出了具体的"去金"工艺措施，并进行了工艺方法的探讨。结果表明，元器件去金提高了焊点的可靠性，但对于元器件引线的"去金"问题应慎重对待，针对电装行业的相关工艺规范要求，为避免"金脆"现象的发生，元器件引线的镀金层在焊接前应予以去除。简要分析了金脆现象产生的机理，探讨了高可靠性应用场合去金的必要性，并结合工作实际介绍了几种实用的去金工艺方法。针对电装生产中的"金脆"问题，展开机理分析，探讨电子元器件去金的必要性。对电装常见各类元器件的搪锡去金处理方法进行梳理，并通过微观组织对比分析得到表贴器件最佳去金处理方法。

关键词：电装焊接；"去金"工艺问题；策略

引言：元器件在印制电路板上的安装一般采用“软钎焊”工艺。按照航天相关电装标准，焊料一般局限于几种含铅的共晶焊料，以缩短焊料从液态转变为固态的时间，改善焊料的金相组织，减少“晶须”的发生金由于其具有优越的化学稳定性，不易氧化、焊接性好，耐磨、导电性好、接触电阻小等优点，在电子行业被普遍应用。目前在电子行业根据不同的要求与应用场合有三种类型镀金：一是镀硬金，厚度应用在反复使用插拔的金手指镀金，金层不仅要求耐磨，且有较高的厚度；二是焊接用镀金，焊接的实质是在镍表面进行，金层是为了保护新鲜镍表面不被氧化的，所以金层在保证镍表面不氧化的条件下，金层应越薄越好；三是金属丝焊接用镀金，由于金属丝金丝等直接焊接在金层上的。因此，要求有较厚的金层，一般金层厚度应在 0.5 μm 左右。为了防止电路板以及元器件引线的氧化问题，提高焊接性能，大量使用了镀金的 PCB 板和元器件引线。该现象引起了人们的重视，随后在航天系统内部提出镀金引线在焊接前要进行搪锡处理问题。近年来，关于去金问题在航天以及其他军工产品等需要高可靠焊接的产品上被很多次提出来，以至于“去金”问题受到越来越多的重视。

二、去金的工艺要求

“金脆”的危害已经被大家充分认识，但是业对于镀金层表面的处理，即“除金工艺”看法尚不一致，有些标准要求“强制去金”，有些标准则仅为“推荐去金”，表1列出了电装常用国内外军工行业标准有关镀金表面去金的要求。总结业内的看法，可以得出大致的结论，一般认为镀金层厚度在1.27μm时，能在2 s内溶于低熔点的锡铅焊料中，当大于1.27μm时，金元素扩散后将足以使焊点产生脆性。因此，目前各种标准一般要求，大于1.27μm时应进行至少一次搪锡去除，而当镀金层大于2.5μm时，则要求2次搪锡处理。除表面安装元器件外，应从镀层为2.5μm 或更厚的元器件被焊表面将金层除去，对于表面安装元器件至少应将95% 的总镀金表面的金层去除，同时在元器件被焊表面不应再有金层“金脆”危害的研究进一步加深以及质量问题在航天型号产品等高可靠场合的发生，对镀金层的处理必将趋于更严格化的要求。

三、搪锡工艺及可靠性分析

电子产品装联过程中，与“金脆”现象有关的因素主要包括印制板焊盘、焊料和元器件焊端。首先是焊料问题，一般认为焊料中金杂质含量较少，不会引发“金脆”现象；其次是印制板焊盘镀层问题，目前，印制板焊盘处理方式多采用化学镍金工艺，此种方式的金层厚度一般很薄，大多控制在0.05μm～0.08μm，研究表明，金层厚度在0.075μm～0.375μm之间，“金脆”现象是可以忽略的，因此印制板焊盘也无须进行特殊的去金处理；最后是元器件焊端镀层问题，元器件从封装上一般可分为无引线和有引线两种，无引线元器件镀层厚度一般很薄，可不进行搪锡处理，但是有引线元器件一般镀金层较厚，需要采用搪锡法进行去金处理。手工搪锡法。使用烙铁进行手工搪锡，搪锡温度一般为260 ℃～280 ℃，时间为2 s～3 s，然后用吸锡绳加热后吸除表面的搪锡层，若表面镀金层大于2.5μm，应再进行一次搪锡处理。为防止金脆，镀金的引线和接线端子必经过搪锡处理，对镀金表面的处理问题已经明确提出，受到工艺项目重点关注。

四、“去金”的工艺措施及成效

1.双波峰焊工艺

焊点中的 Au-Sn 合金对焊点的可靠性的影响在业界逐渐得到共识，但是焊接前对于镀金表面的处理问题方面争议较多。一般认为，镀金厚度在 1.27μm 时，能在 2 s 内溶于低熔点的锡 - 铅焊料中，从 Au 在锡铅焊料中的熔解曲线也可以看出；當镀金厚度 >1.27 μm 时，有足够的金元素向焊料中扩散而产生脆性。对于 PCB 板的焊盘镀金问题，为了减少 Cu - Au合金的危害，PCB 板的镀金层下面一般是镀镍阻挡层。但SMT工艺中，Ni 金板金镀层以及一些元器件的金镀层都非常薄， 一般认为，少量的金不至于引起金脆，所以对表贴器件一般不采取去金措施。采用双波峰焊工艺进行元器件的焊装时，前一波峰可以起到去金的作用，后一波峰进行最后的焊接，因此可以不做专门的去金搪锡工序，但对锡槽中的焊料的成分要进行控制，以防止焊料中的金含量或其他杂质含量超标。应再进行一次搪锡处理。该方法也适用于电连接器焊杯去金处理。浸锡法去金处理。采用双锡锅或流动的焊料熔液进行，一个搪锡锅用于去金，锡锅温度的设定可略小于手工烙铁搪锡。该方法适用于分立插装元器件，小型的波峰焊返修设备也可用于分立插装元器件的去金处理。

2.再流焊去金。

再流焊工艺去金实际上是针对表面贴装元器件的端电极（引线）采取的不得已的方法，由于高可靠元器件全部采用陶瓷封装，元器件的搪锡和焊接过程必须采用逐步升温的办法。采用工艺电路板先将需要去金的元器件按照回流焊设定的温升曲线进行焊接，降温前将工艺板上的元器件取下采用吸锡枪（或吸锡绳）吸除表面焊料，然后自然冷却。该过程也可在温度可控的加热板上进行，条件允许的话也可采用返修工作站进行搪锡处理。操作时，搪锡去金的温度和时间是主要工艺参数要进行严格控制，以免对元器件造成损坏。实际上，对于一次搪锡后的效果做量化分析检测成本太高。因此，为了达到去金效果，对于插装元器件而言，一般可以直接进行二次搪锡。从操作上而言，搪锡去金工艺对于插装元器件、导线和各种接线端子容易实现。但对于表面贴装元器件及其引线间距窄而薄，容易变形；而且对于高可靠的元器件都采用陶瓷本体，陶瓷在热冲击下更容易产生裂纹，因此，搪锡去金处理十分困难。特别是 PCB 上使用的电连接器，它们的接触偶大多是镀金的，在要求去金时，必须考虑它们的绝缘材料耐温问题；焊剂、焊料在焊接时产生的芯吸现象，极易渗入引脚内部的问题；另外接触偶密度也越来越高，不仅是操作困难的问题，带来的隐形质量风险更大。

4 结语：

本文首先对电装生产过程中去金问题进行了机理阐述，接着对行业内各去金标准进行了汇总，最后对各类不同器件装焊过程中的搪锡方法具体分析，并通过试验对比得到表贴器件搪锡处理的最佳方法。在电子装联中，焊接过程中形成的合金会降低焊点的强度。镀金层除与不除、如何去除是工艺工作中常遇到的事情。因为去金时的温度冲击会对元器件的可靠性带来风险，必须针对具体的镀金对象来选择安全可靠的除金工艺，特别是针对表面贴装器件的去金更要慎重对待，从而才能达到更好的“去金”效果。

参考文献：

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