一种电镀锡回流焊缩锡的检测方法

唐小侠 万克宝

（苏州维信电子有限公司，江苏 苏州 215128）

0 前言

印制电路板（PCB）表面涂饰采用锡及其合金镀层，不仅提高了线路的可焊性和耐氧化性，而且成本低，工艺制程稳定，因此在挠性印制板（FPCB）制造中广泛应用于焊接镀层。

锡及合金可以采用热浸镀、电镀和化学镀等方法沉积在基体金属上，其中电镀方法是应用最为广泛的。电镀锡有4种基本工艺：碱性锡酸盐工艺、酸性硫酸盐工艺、酸性氟硼酸盐工艺和酸性有机酸盐工艺。其中分别以硫酸盐体系和甲基磺酸盐体系为代表的酸性硫酸盐工艺和有机酸盐工艺为最常见。而甲基磺酸盐体系最能满足节能环保、清洁生产的潮流。甲基磺酸属强酸，对二价锡离子的络合能力强，镀液稳定性较强，主盐溶解度大，更适用于高速镀锡。甲基磺酸也可提高表面活性剂和其他有机添加剂的可溶性，且镀液毒性小，废水处理容易，因而甲基磺酸体系电镀锡及合金最适合应用在PCB行业。[1]

因在铜上电镀锡，铜锡易相互扩散生成金属间化合物，为满足回流焊工艺，要求电镀锡或锡合金厚度较厚，一般不小于10 μm；如果为预镀锡，厚度则需要更高，要在15 μm以上。其中预镀锡在回流焊炉中，锡镀层会经过加热、熔化、完全熔融和冷却再结晶等过程。如无异常，再结晶后，金属锡或合金仍然完全均匀地覆盖在基材表面上；但有时，再结晶后，金属锡或合金会聚集在某处，不能实现完全均匀覆盖在基材表面，这种现象在PCB行业中被称为“缩锡”或“聚锡”。

本文结合FPCB生产实例，通过对比回流焊和加热平台模拟测试，分析并讨论了缩锡问题的检测方法。

1 实验部分

1.1 问题描述

作者公司某型号FPCB为新上线预镀锡的电镀锡产品，在回流焊制程后发现大量缩锡问题，如图1（a）所示。严重影响FPCB质量。且因在回流焊制程后才被发现，若和其他元件一起报废，导致报废成本高。急需一种简易的测试方法，可以在回流焊制程前或电镀锡制程后检测出产品是否有缩锡问题。

图1 缩锡问题图片

1.2 试验方案

本次实验采用25 mm×50 mm（用防镀保护膜遮蔽后有效电镀面积为0.1 dm2） Dossan 122512双面ED（电解铜箔）和上述FPCB作为电镀锡试验板。其电镀锡的工艺流程如下：

贴防镀保护膜→除油→水洗→微蚀→水洗→预浸酸→水洗→电镀锡（某品牌药水）→水洗→烘干→撕掉防镀保护膜→水洗→烘干

其中双面ED铜试验板为实验室制备，相应药水也在实验室配制；上述FPCB电镀锡试验板则在产线制备。

共制备4种样品: 包括ED铜试验板有A和B样品，FPCB电镀锡试验板有C和D样品。其中A和C样品电镀锡药水成分一致；B和D样品电镀锡药水成分一致。如表1所示。

表1 试样区分

1.3 试验分析仪器

回流焊机-HELLER 双轨氮气炉判断回流焊缩锡问题；使用QUICK 872+236加热平台检测缩锡问题；OLYMPUS LED显微镜拍照。

1.4 检测方法

1.4.1 回流焊测试方法

将测试样品在回流焊机中走一次回流焊制程，因样品电镀锡，不需要印刷锡膏，其中回流焊机的温度曲线如图2所示。在回流焊制程后，使用20倍显微镜观察并拍摄样品。该方法用于判定测试样品是否存在缩锡问题。

图2 HELLER回流焊机温度曲线

1.4.2 加热平台测试方法

将加热平台设置不同温度，其中温度参数如表2所示。将测试样品分别放在所示温度下的加热平台上，用镊子按压样品周围，使测试样品电镀锡部分贴合加热平台，受热均匀，并保持10～15 s后取下测试样品，待冷却后使用20倍显微镜拍照。其中000表示为未放置在加热平台上测试的样品。

表2 加热平台设置的温度参数

2 结果与讨论

2.1 回流焊制程判定缩锡问题结果

图3是样品的回流焊制程的结果。可以看到A样品和C样品，没有缩锡问题；而B样品和D样品，锡在铜基材没有均匀覆盖，有缩锡问题。

图3 回流焊制程结果

2.2 不同温度的加热平台结果

图4是C和D两种样品在不同温度加热平台的测试结果。结果显示FPCB电镀锡试验板C样品在不同温度下锡层均匀覆盖在铜基材表面上；而FPCB电镀锡试验板D样品在245 ℃～255 ℃的加热平台检测后，勉强看出表面的不均匀现象，但不能体现回流焊制程后缩锡问题。当加热平台温度上到260 ℃以上，可以看到明显的缩锡现象，这与回流焊制程后的结果一致。说明设置加热平台温度为260 ℃以上，可以模拟回流焊制程，用以检测缩锡问题。因考虑高温更易有颜色变化问题，加热平台测试选用260 ℃作为模拟回流焊测试的最佳标准温度。

图4 C和D两种样品不同温度的加热平台测试结果

2.3 260 ℃加热平台测试方法测试ED铜试验板的结果

将ED铜试验板A和B样品，在260 ℃的加热平台上放置10～15 s进行缩锡测试。测试结果如图5所示。结果显示ED铜试验板A样品在加热平台上测试后，锡层仍均有覆盖在铜基材表面，无缩锡现象，与回流焊测试结果一致；ED铜试验板B样品在加热平台测试后，锡层在铜基材表面局部聚集在一起，有缩锡问题，也与回流焊测试结果一致。以上结果说明该测试方法可以作为回流焊模拟测试检测缩锡问题。

图5 260 ℃加热平台测试结果

3 结论

（1）使用QUICK 872+236加热平台，将缩锡测试样品在260℃下保持10～15 s，可以简便快速地检测电镀锡产品的回流焊缩锡问题。该方法可以用于电镀锡制程之后，以便生产和品质判断电镀锡质量，不仅避免不良品流出，而且可以及时解决问题；也可以用于SMT（表面安装）回流焊前或者SMT IQA检验，减少因缩锡问题造成的叠加成本报废损耗。

（2）在使用过程中需要注意，检测样品要按压确保与加热平台贴合好，保证受热均匀。