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1、无铅焊接允收规范有关PCBA焊接的各种允收规格，以IPC-A-610“电路板组装品质允收度”为最具权威性的国际规范，此610在2000年的C版是将焊接编在第六章，而2005年2月全新的610的D版则将提前到了第5章，由于无铅（LF）焊接即将到来，而其允收规格在整体上变动将不在少数，其详情如何早已被业者所密切注意，极欲深入了解以便及早应付。然而610D全册是涉及整体电子组装的总括性规格，通盘了解并非本文之目的 。以下将专对焊接部分以简明易懂的文字加以说明。并分析其等更改内容的原委。一、总论1.1新工法的出现首先在第五章前言中（原标记5），将C版原列的四种焊接方法之外，D版又增加了第5种代替焊接的
2、全新PTH塞印锡膏的施工方法，其各种焊法分别为：原有者烙铁焊接Solder Irons电阻发热式焊接 Resistance Solder Appatatus波焊或拖焊Inruction Wave or Drag Soldering（注：原文指电磁感应产生电流而发热之波焊而言）熔焊Reflow Soldering（注：原文是指将原始焊料熔融所得圆粒锡粉所再制成的锡膏，再一次加热熔融流动而完成SMT的焊接而言，japan称为回焊，台湾业者则直接引用为中文名词，大陆欲另译为再流焊，两者均性字面上的直译。事实上Reflow应是指锡膏中锡粒在高温中的熔融与贴焊之动作，故译为“熔焊”才是更贴切的译词）新加
3、者：插入式熔焊（Intrusive Soldering）。诠译无铅（LF）波焊的焊料以锡铜（SC；Sn99.3%、Cu0.7%，mp为227OC与锡银铜（SAC；Sn96.5%、Ag3.0%、Cu0.5%，mp为217OC）二者为主流，其等平均操作温度均尽量不敢设得太高（SC为270OC，SAC为260OC），才便搭配Reflow焊接等至少前后两次之强热操作，减少许多零组件与某些板材痛苦的双重煎熬，以便将操作降到最低。凡是板面少数还必须执行PTH的插孔波焊者，似可改为通孔中先印入无铅锡膏，然后再将引脚挤入，于是只要经过一熔焊后，即可将贴脚与插脚同时焊牢，不过此种全新尝试，目前还在逐渐发展中。1
4、.2 接触角之后在前言中的未尾新增四段文字，又将接触角（contact Angle）的示意图由后移前来到P.5-1中（C版原在P.6-3）。并明文指出无论焊料与焊垫间，或焊料与引脚间所形成的接触角，均不可超过90O（另在D版P.5-3中附有彩色之示意图）。1.3无铅焊接的图面标示前言中新增者，还对无铅焊点外观目检规格加以说明，并与锡铅者有所不同（事实上放松频多）。为了减少争议起见，D版中特别 附列多张彩色图样做为对比，且在右下角分别加贴黑底红圈与白字之无铅标记 以示区别。而且不定期以两则黑点单列之条文，明白指出无铅焊点的特征（实际上就是的缺点），其他品质则与有铅之允收规格相同。两则条文如下：表
5、面粗糙（颗粒状或灰暗）Surface roughness(grainy or dull)接触角变大（Greater Wetting contact angles二、无铅焊点表面粗糙2.1外观与接触角在D版5.1节中叙述对三级板类（Class1.2.3）就些二参数其均可允收（Acceptable）之各文字如下：第一则黑点的文字中，说明无铅焊料若焊后冷却较慢（例20-30/sec）时，则其焊点外观将呈现灰暗与微裂，有如橘子皮般的颗粒外观，且明白指出此为正常现象，并可加以允收。第二黑点则指明接触角不可超过900（见前图1）。第三黑点更进一步说明，凡当焊料已爬行到焊垫边缘或到过绿漆边界时，冷却后若焊体
6、接触角大于900且呈现凸出者，只能说是第二则的例外，对于三级板类均可加以允收：另在本5-1节之后，更附有22张彩色图片（Fig5-4到5-25），做为有铅与无铅的目视对比，以及无铅（SAC）焊点的目视允收标准。2.2橘子状颗粒外观的诠释无铅焊料之主流者锡银铜SAC305或405，此等三元合金在热熔或冷固之过程中，很难达到共晶共熔组成（Eutectic Composition）的理想状态。一般熔焊操作的温时曲线（Profile），其峰温（Peak Temp）熔焊区段的升温与降温，保持正常情况时（30C/sec），则降温中SAC焊料中占最多量的锡（96.5% by wt)，会率先自得冷却（m.p2
7、320C)而成为枝晶（Dendrite)之棒状突出物，其余仍处于液状的共晶（2170C）部份，且将随后冷却面成为较平滑的区间部分。因而总体外观上将出现许多颗粒状的突起，微切片中亦可清楚见到纯锡枝晶均匀分布的现象。而且另外形成Ag3Sn白色板条状（platelet)的IMC也是有目共睹。事实上结构中颗粒状的纯锡枝晶对强度与可靠度的负面影响不大，反而是共晶区的微裂与Ag3Sn的IMC，却是老化中开裂的起源三、无铅焊点出现异常（Anomalies）时的允收规格3.1各种焊垫外缘其直立侧壁或引脚之截断面，未能沾锡且露铜者均可允收（见D版5.2.1）3.2垫面或引脚凡因皮膜破损或刮伤而未能沾锡，以致曝露
8、底金属者，只要面积尚未10%者，均可允收（见D版5.2.1）3.3镀通孔（PTH）插脚波焊焊后发生吹孔（Blow Hole），或SMT贴焊点呈现见底的针孔（Pinhole），或外表之凹陷者，只要焊点尚能符合其他品质要求，则Class1可允收。但Class2与3却须视之为“制程警讯”（Process Indicator）。读者请注意，从品管与改善之原则看来，发生制程警讯时，客户方面必须见到改善方案与执行决心后，才能对现品考虑允收，是故“制程警讯”反而成了更为严肃的整体性问题（见D版5.2.2）3.4锡膏熔焊后所得之焊点。若其原始焊膏中锡粒尚可清楚辨识，而并未完成熔融愈合者，则（LF）三级板类均将
9、视为缺点（见D版5.2.3）诠释通常锡膏中之锡粒表面都可能会生长，会生长一层薄薄的氧化物，此薄层氧化物从好的方面讲，是可用以防圆粒彼此间的相互熔合（Cold weld），坏的方面是当热量不足时将无法顺利愈合成为整体。3.5焊点发生不沾锡与缩锡等不良 凡无铅焊点出现不沾锡（Non-wetting）与缩锡（Dewiitting）等不良，而又未能达到品质要求者，均视为缺点而不建议允收。D板虽然已附列了7张图片，但欲表达了理念却相当含湖不清，必然会引发不同立场之间的无穷争议（见D版5.2.4及5.2.5），此时微切片对IMC的观察将大有帮助，缩锡处几乎都不会长出IMC来。3.6发生锡球（Solder
10、Balls）或锡碎焊后出现此等不良现象，且已违反了（减少了）电性上起码应有的绝缘空距（Electrical Clearance）者，对无铅焊锡当然还是缺点（见D版5.2.6.1所已附列下图8之二图）3.7波焊发生锡桥（Bridging）锡网与溅锡（Solder Webbing /Splashes）当无铅波焊焊点发生此等不良时，主要原因就是焊料熔点升高，导致粘滞度太大流动性不足，拖泥带水之下进而造成搭桥挂网等严重异常，三组板类仍均视为缺点（见D版5.2.6.2及5.2.6.3所附列下图中之四图）液态无铅焊料流动性不足的诠释：若将焊接峰温（Peak Temp）针对焊料熔点（m.p.）所高出的温度落
11、差（T），解释成为“火力”或流动性（Flow or Fluidity）时，对锡铅熔焊而言其火力平均为40OC，锡铅波焊平均可达67OC。但由于无铅焊料（SAC或SC）的熔点已较锡铅上升了34OC或44OC，为了防止零组件与板材被强热所烫伤起见，只好将无铅熔焊与波焊的火力减弱为28OC与48OC。如此一来在火力不旺流动性变慢以致黏滞度增大下，当然就容易发生搭桥短路的诸多缺点了。而且无铅波焊之锡池中，一旦铜污染量超过0.1%by wt 时，则池中焊料的m.p.还将上升3OC。在不敢相对拉高峰温下，无铅焊接所需的火力当然就更为不足。此种液料动作之迟滞难免会发生拖泥带水的现象，于是各种狼狈不堪的锡桥锡
12、网，等诸多不够干净利落的严重缺点，也都一一现形。在无法除铜下只好添加纯锡对铜污染予以稀释。无铅波焊的焊温已高达265-270OC，对PCB板面上的各种铜件（Copper Feature）伤害极大。由于其熔（溶）铅（Dissolution）速率加快与铜污染增多下，造成熔点上升流性而更加变慢下，不但板面遍布破碎残锡外，而且焊点与锡池中所多的铜份，还会生成Cu6Sn5的针状结晶IMC（IMC即intermatallic Compound，此物本身具金属性，故材料界称之为介金属。不过也因写得出分子式，让化工界却另称为介面合金共化物）。此种异物经由马达的扬波带出后，每每使得板面呈现荆棘满地与遍布针状结晶
13、的惨景，其后续还会引发更多的灾难。看样子无铅波焊快要走到了尽头，害在玩不下去了。japan焊料供应商NS公司曾在SC中另加少量的镍（0.07%by wt，已有专利），宣称可以解决问题。然而想要回到有铅波焊好么良好的境界，并还能够维持长泰久安的局面者，想必还不是那么容易。3.8扰焊（Disturbed Solder）与SMT焊点开裂（Fractured Solder）当焊料已不再是共晶共熔之组成者（Eutectic Composition），则热熔与冷凝过程中一定会出现浆态（Pasty range）。此种固相与液相并存的状态，事实上相当不稳定，一旦自动输送中受到振动抖动等外力干扰时，不但局部焊料
14、（指纯锡部分）会快速凝固形成骨状枝晶（indrite），或者出现应力条纹（Stress Lines）等明显外观；其表面有如于筋曝露血管突起之形貌者，特称之为“扰焊”。无铅焊点原本表面就已不够平滑，但若出现应力条纹太多又过分明显者，仍然是扰焊所致，三级板类仍均视为缺点（见D版5.2.7，见图11）。至于表面贴装焊点的开裂，其原因也多半出自软弱浆态的时段中，遇到了过大应力的冲击，进而造成无铅焊点冷却后的开裂。三级板类均视之为缺点（见图12）。3.9锡尖或锡突（Solder Projection）此等拖泥带水的缺点在目前锡铅焊料中，也偶尔会发生在波焊后的板面上，主要还是由于火力不足，流性迟缓，以致黏
15、度增大所造成。不过当板面还同时存在绿漆硬化不足的缺失时，则还将助纣为虐而雪上加霜。三级板类无铅焊点出现此等现象，仍均视为缺点（见D版5.2.9见下图13）。3.10 无铅波焊其焊点焊环之浮裂（Fillet lift）由于PCB板厚Z方向的热胀系数（ZTE），在无铅波焊的强热下平均达55-60PPM/OC而已，以致尚未焊牢时就被CTE的差异所拉裂了，若不幸无铅焊点中又出现铅污染或铋污染时，则还更是落井下石惨上加惨，有时焊点较牢时连铜环的外缘也被拉起。D版对于无铅波焊朝上之主板面（Primary Side）浮裂者，三极板类均可允收。然而朝下直接触及热波的焊锡面（Secondary Side，俗称S
16、older Side）者，一旦也发现焊点开裂时，D版认为对Class3板类而言就是缺点。但对Class2板类却另判为“制程警讯”（Process Indicador）。至于Class1板类则全未提及如何处理，想必还只能让供需双方另行决定（下图14左系出自D版之5.2.10）事实上IPC各种规范均未涉及单面板的品质，主要原因是美国PCB与PCBA两大业界，多年来已不再生产单面板与单面板组装的产品，有所需求的美国品牌商，只要向亚洲业者购买最终之整机成为自己的品牌即可。因而单面板工艺所需的技术与品质文件都一向付之阙如。是故此D版之5.2.10节完全未提Class1（含单面板类）应该如何允收。而且对有PTH的Class2双面板与多层板，一旦发生焊点裂口或焊环浮离时，也就另采“制程警讯”的处理方法。由于单面板的各种焊点只分布在So
