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1、1再论镀金引线的除金处理的必要性与可行性再论镀金引线的除金处理的必要性与可行性陈正浩图 1一一.引言引言图 1 是两例因器件引线镀金层未除金引起的焊接不良。镀金引线的“除金”要求历来执行得最不好，争议也最大。究其原因，大致有以下几点：a）从来不知道有镀金引线的“除金”要求；b）必要性不大，认为“这么多年来我们从不去金，也没出什么问题” ；c）在其它非航天的军事产品中，几十年来并没有这么做；d）从未在工艺卡中要求过所谓的“去金”；e）手工焊接质量的好坏和关键，个人认为对有镀金引线的器件来讲，并不在“去金”与否；f）为什么 PCB 上的化学镀镍浸金涂层可免除除金要求？由此推断元器件引线镀金也可以免
2、除除金要求；g）难以操作，特别是连接器引线和片式元器件的焊端，镀金层难以除金；h）从不要求去金，我们的产品也从来没有出过因不去金而产生焊点故障的问题，“去金”要求在我们这儿是无法操作的。实际情况并非如此。 据了解上个世纪八十年代， 航天五院某研究所在一个产品故障分析中，出现了“金脆”问题的机理，当时谁都没有意识到是镀金引线没有除金，经过国家权威部门失效机理分析中心的科学检测， 发现正是由于镀金引线没有除金， 焊接后焊点产生金脆现象， 产品出现严重的质量问题； 较早地在企业内部提出镀金引线在焊接前要进行搪锡处理。二二.镀金引线的“除金”原因镀金引线的“除金”原因1.金是一种优越的抗腐蚀性材料，它
3、具有化学稳定性高、不易氧化、焊接性好，耐磨、导电性好、接触电阻小等优点。但在需要软钎接的部位上有了金却是有害的。22.金在熔融状态的锡铅合金中属于一种可溶金属，而且溶解速度很快。在手工焊、波峰焊和再流焊等焊接过程中焊点钎料中混入杂质金属金后，一旦含量达 3%（wt）焊点将明显出现脆性而变得不可靠。3.在直接焊接金镀层时， 锡/铅合金对金镀层产生强烈的溶解作用， 金镀层与焊料中的锡金属结合生成金锡合金，使结合部的性能变脆，机械强度下降，影响电气连接的可靠性。为防止金脆，镀金的引线（导线）和接线端子必经过搪锡处理。4.使用金镀层的表面所产生的焊点存在修理时再次焊接困难、 受振动时容易产生疲劳断裂和
4、容易向焊料的锡中扩散而产生“金脆化”现象等三个问题。所谓 “金脆化” 现象， 就是指在涂有金涂敷层的表面钎焊时， 金向焊料的锡中迅速扩散，而形成脆性的金-锡化合物，如 AuSn4。在这种化合物中，当金的含量达到 3%时就会明显地表现出脆性，而且使焊点产生虚焊，失去光亮，呈多颗粒状。据有的文献称，这种扩散过程及时只有 0.08 秒就能发生。5.镀金厚度在 1.27m 时能在 2 秒时间内溶于低熔点的锡-铅焊料中；当镀金层厚度小于 1.27m 时，容易产生针孔，不能满足可焊性要求；而且由于这种镀金层是厚度极薄、 附着力差的多孔性镀金层， 空气中的氧能够很容易的深入到底层金属表面，对基体金属产生锈蚀
5、作用。一旦用能够熔掉金的锡-铅焊料焊接这种表面时，则金镀层完全被溶解到焊料去，从而使已经锈蚀了的底层基体金属表面直接暴露在焊料中，从而导致反润湿甚至不润湿现象。当镀金厚度大于 1.27m 时，有足够的金元素向焊料中扩散而产生脆性。6.使用金镀层的表面所产生的焊点存在下述三个问题：修理时， 再次焊接困难； 受振动时容易产生疲劳断裂； 容易向钎料的锡中扩散而产生 “金脆化”现象。7.当锡锅搪锡时，对锅内焊料应定期更换，当溶于焊料中的金含量达到 3%时，也会引起金脆。鉴于上述情况， 美国宇航局 （NASA） 及美国军标 DOD-STD-2000-1B， IPCJ-STD-001DCN 和我国 QJ3
6、012，QJ3117 及 SJ 20632 都规定：在需要钎接部位的金涂敷层，应在钎接之前全部消除，因为这种脆性的金在需要钎接部位的金涂敷层，应在钎接之前全部消除，因为这种脆性的金-锡化合物所构成的连接部，是特别不可靠的。因此现在凡是需要锡焊的表面都不允许镀金，原来已有的也必须除去。三锡化合物所构成的连接部，是特别不可靠的。因此现在凡是需要锡焊的表面都不允许镀金，原来已有的也必须除去。三.除金方法除金方法3为了防止金脆，镀金引线必须经过搪锡处理，除金的方法是搪锡。搪锡的次数则要根据引线及焊端上金镀层的厚度来决定： “金镀层厚度大于 2.5m 需经过两次搪锡处理，小于 2.5m 应进行一次搪锡处
7、理” 。1.用于波峰焊的元器件镀金引线除金处理用于波峰焊的元器件镀金引线除金处理当镀金引线应用于波峰焊接时，由于波峰焊本身是动态焊料波，又是两次焊接（第一次是紊乱波等，第二波为宽平波） ，因此不需要预先除金。2.表面贴装元器件镀金焊端除金处理表面贴装元器件镀金焊端除金处理搪锡除金工艺对于插装元器件、 导线和各种接线端子容易实现， 但对于表面贴装的器件（如 SOIC、 SOP、QFP 等） ，由于其引线间距窄而薄，容易变形，进行搪锡除金处理十分困难。建议选用化学镀镍、金的镀层，其金镀层厚度小于 1m，可以直接进行焊接，不会影响焊接质量和连接强度。1）在国军标 “半导体分立器件试验方法”中规定：镀
8、金引出端应用一个或两个焊料槽进行两次加焊剂和浸焊料处理。 第一次浸入是为了清除引出端上的金。 使用静止槽时焊料应在第一次和第二次浸焊料之间进行搅拌。对于镀金器件建议使用单独的焊料槽。2）在国军标“微电子器件试验方法和程序”中规定：镀金引出端应采用一个或两个焊料槽进行两次加焊剂和浸焊料处理。 第一次浸入是为了净化引出端上的金。 对于镀金器件建议使用单独的焊料槽。 任何情况下都应配备两个焊料槽， 其中一个足够大或者是能够严格严控所包含成分的小焊料槽，以保证试验能按规定进行。3.高密度电连接器镀金引线除金处理高密度电连接器镀金引线除金处理在镀金引线的搪锡处理中难度较高的是对高密度电连接器镀金引线的搪
9、锡处理。由于搪锡锡锅温度较高，有些电连接器绝缘材料耐温性能差，容易变形；且焊料、焊剂容易渗入电连接器引线内部，因此电连接器镀金引线的搪锡处理一般不宜采用锡锅搪锡，而采用电烙铁搪锡，但这样一来效率很低。3.1 高密度电连接器的耐热性和可焊性要求高密度电连接器的耐热性和可焊性要求高密度电连接器镀金引线的搪锡处理工艺方法需要慎密； 另一方面设计人员在选择元器件时，其工艺性（主要是耐热性和可焊性）必须满足国军标“电子元器件表面安装要求” 的规定要求。3.2 搪锡要点搪锡要点在符合工艺要求的元器件引线或焊端的搪锡处理中， 锡锅或烙铁头并不直接与电连接器绝缘材料相接触， 只要元器件绝缘材料的耐热性和引线及
10、焊端的可焊性满足国军标 “电子元4器件表面安装要求”的规定要求，正确掌握锡锅搪锡温度、时间和方法，元器件引线或焊端的一般搪锡或除金处理，都不会发生电连接器绝缘材料变形等问题！3.3 造成电连接器绝缘材料变形的主要原因造成电连接器绝缘材料变形的主要原因1）元器件引线搪锡工艺规范中的搪锡温度及时间设置不当； 2）搪锡方法错误，没有采取必要的散热措施；3）引线或焊端的可焊性差，操作人员违规操作，延长搪锡时间和提高搪锡温度，致使高温高热扩散到电连接器的绝缘材料，造成绝缘材料变形。一个合格的、负责任的、真正懂得工艺的工程师，不但应该懂得在研制和生产过程中出了质量问题后， 如何按照产品的要求和相应标准的规
11、定正确处理质量问题， 更应该懂得在电子产品的研发、 生产和售后服务的全生命周期内按照可制造性设计的要求， 尽可能的把质量问题消灭在事故出现之前，这就是并行工程的理念，是可制造性设计的基本思路。我曾经提到“对高密度电连接器镀金引线的搪锡处理需要研究和探讨” 。有人就此提出质疑说：“电子装联工作中，整机/模块、PCB 上的电连接器是很多的，可以说每天每时都在焊接着这些镀金接触偶，难道要等待研究、探讨好了再进行工作吗？！谁在研究、探讨，还是立项研究呢？“去金”与否是和工艺落后相关联吗？那么是否应当发明一个“去金再流焊”设备？！实践才是检验真理的标准（业内很多军工单位的手工焊接，实际上是没有“去金”的
12、）”。我们应该迎着问题上，不逃避、不回避；不仅要提出问题，更应该关注从根本上解决深层次的技术问题。如果对某一个技术问题有疑点，我们不应简单地反对或提出，而是用试验数据说话， 单纯的凭经验是说服不了问题的， 因为任何经验都有一定的背景和形成的条件。对技术问题始终要有一个提前量，要有前瞻性，如果等到问题发生了或者“火烧屁股了再来救火” ，充其量是个事后诸葛亮或者马后炮。高密度电连接器镀金引线的搪锡处理前面已经介绍，这也是早期“对高密度电连接器镀金引线的搪锡处理需要研究和探讨”的结果。3.4 高密度电连接器镀金引线搪锡处理的适用标准高密度电连接器镀金引线搪锡处理的适用标准对高密度电连接器镀金引线搪锡
13、处理的研究早已经开始， 国军标 “半导体分立器件试验方法”和国军标“微电子器件试验方法和程序”已经作了明确规定，航天标准“电子元器件搪锡工艺技术要求” 的第 7 章更是直接规定了电连接器焊杯搪锡的工艺流程、 操作要求和质量判据。3.5 航天标准“电子元器件搪锡工艺技术要求”中关于镀金引线的搪锡与除金的规定航天标准“电子元器件搪锡工艺技术要求”中关于镀金引线的搪锡与除金的规定53.5.1 一般不应在镀金层上直径进行焊接。若表面镀金层厚度小于2.5m，可进行一次搪锡处理，否则应二次搪锡处理以达到除金的目的。3.5.2 镀金引线用锡锅搪锡时，第一次应在专用镀金锡锅里搪锡，如果需要第二次搪锡，则应在锡
14、铅锡锅里搪锡。 两次搪锡分别在两个锡锅中进行， 第二次搪锡要待电子元器件冷却后再进行。第一次搪锡的锡锅不可用于非镀金引线的搪锡，锡锅中的焊锡应经常更换。3.5.3 镀金引线的搪锡一般仅局限于焊接部位的线段，如图 7 所示。图 7镀金引线搪锡部位示意图3.5.4 清洗：电子元器件引线搪锡后，应待自然冷却后再用浸有微量无水乙醇或异丙醇的医用脱脂棉擦洗引线。3.6 航天标准“电子元器件搪锡工艺技术要求”关于电连接器焊杯搪锡与除金的规定航天标准“电子元器件搪锡工艺技术要求”关于电连接器焊杯搪锡与除金的规定1）搪锡工艺流程电连接器焊杯搪锡工艺流程见图 8。图 8电连接器焊杯搪锡工艺流程图2）外观检查按电
15、子元器件配套表清点电连接器数量，凡不符合下述要求的电连接器应予以更换， 并报告有关人员进行分析，具体检查要求如下：（1）电连接器型号、规格、标志应清晰，外观应无损伤、无刻痕、安装零部件应无缺损；（2）电连接器焊杯、焊针应无扭曲、无刻痕、无锈蚀、无内缩、无偏心等现象； ；（3）电连接器焊杯、焊针的可焊性应良好。3）电连接器焊杯清洗搪锡前，应用浸有无水乙醇或异丙醇的无尘纸或医用脱脂棉纱擦洗电连接器的焊杯， 应无站污物等。4）电连接器焊杯搪锡（1）一般电连接器焊杯搪锡6电连接器焊杯一般采用电烙铁搪锡， 搪锡时要求焊杯应呈水平状态或略向下倾斜， 焊料应润湿焊杯的整个内侧，至少填满焊杯的 75%空间，不
16、允许焊料溢出焊杯和流入外层，如图 9 所示。图 9焊杯式接线端搪锡示意图电连接器焊杯电烙铁搪锡温度及时间见表 1。表 1电连接器焊杯电烙铁搪锡温度及时间电连接器额定电流 A搪锡温度搪锡时间 s10290310231034036034电连接器焊杯的搪锡次数最多不得超过三次。（2）镀金电连接器焊杯的搪锡与除金焊杯表面若镀金层厚度小于 2.5m，可进行一次搪锡处理，否则应二次搪锡处理以达到除金的目的。有热保护要求的电连接器焊杯搪（吸）锡时，应用浸有微量无水乙醇的无尘纸或医用脱脂棉对根部绝缘体进行搪锡过热保护。用于印制电路板上的针式电连接器可用锡锅进行搪锡，搪锡时电连接器本体垂直向下，搪锡部位见图 10 所示。图 10针式电连接器搪锡部位5）清洗搪锡后要用浸有微量无水乙醇或异丙醇的无尘纸或医用脱脂棉擦洗干净电连接器的焊杯、焊针及根部。3.7 关于“去金再流焊”关于“去金再流焊”“去金再流焊”当然没有，也无必要，但高密度通孔插装电连接器在采用再流焊吗？或许是穿孔再流焊？沿海一些著名电子制造企业对高密度电连接器也采取波峰焊， 怎么扯得7上再流焊呢？然而选
