线路板板面水平喷锡的工艺解析

喷锡（SMOBC&HAL）作为线路板板面处理的一种最为常见的表面涂敷形式，被广泛地用于线路的生产，喷锡的质量的好坏直接会影响到后续客户生产时焊接soldering的质量和焊锡性;因此喷锡的质量成为线路板生产厂家质量控制一个重点；

喷锡目前有两种：垂直喷锡和水平喷锡；

喷锡的主要作用：

① 防治裸铜面氧化；

② 保持焊锡性；

 

其他的表面处理的方式还有：热熔，有机保护膜OSP，化学锡，化学银，化学镍金，电镀镍金等；但是以喷锡板的性价比最好；

垂直喷锡主要存在以下缺点：

① 板子上下受热不均，后进先出，容易出现板弯板翘的缺陷；

② 焊盘上上锡厚度不均，由于热风的吹刮力和重力的作用是焊盘的下缘产生锡垂solder sag，使SMT表面贴装零件的焊接不易贴稳，容易造成焊后零件的偏移或碑立现象tomb stoning

③ 板上裸铜上的焊盘与孔壁和焊锡接触的时间较长，一般大于6秒，铜溶量在焊锡炉增长较快，铜含量的增加会直接影响焊盘的焊锡性，因为生成的IMC合金层厚度太厚，使板子的保存期大大缩短shelf life;

水平喷锡大大克服以上缺陷，与垂直喷锡相比，主要有以下优点：

① 融锡与裸铜接触时间较短，2秒钟左右，IMC厚度薄，保存期较长；

② 沾锡时间短wetting time ，1秒钟左右；

③ 板子受热均匀，机械性能保持良好，板翘少；

水平喷锡的工艺流程：

前清洗处理----预热----助焊剂涂覆---水平喷锡---热风刀刮锡---冷却----后清洗处理

1．前清洗处理：

主要是微蚀铜面清洗，微蚀深度一般在0.75—1.0微米，同时将附着的有机污染物除去，使铜面真正的清洁，和融锡有效接触，而迅速的生成IMC；微蚀的均匀会使铜面有良好的焊锡性；水洗后热风快速吹干；

2．预热及助焊剂涂敷

预热带一般是上下约1.2米长或4英尺长的红外加热管，板子传输速度取决于板子的大小，厚度和其复杂性；‘60mil（1.5mm）板子速度一般在4.6—9.0m/min之间；板面温度达到130—160度之间进行助焊剂涂敷，双面涂敷，可以用盐酸作为活化的助焊剂；预热放在助焊剂涂布以前可以有效防止预热段的金属部分不至于因为滴到助焊剂而生锈或烧坏；

3．沾锡焊锡：融锡槽中含锡量约430公斤左右，为63/37共熔eutectic组成的焊锡合金，温度维持在260度左右；为避免焊锡与空气接触而滋生氧化浮渣，在焊锡炉的融锡便面故意浮有一层乙二醇的油类，该油类应考虑与助焊剂之间的兼容性compatible；板子通过传输轮滚动传输速度约9.1m/min，在锡炉区有三排上下滚轮，停留时间仅约2秒；前后两组滚轮之间的跨度为6英寸，滚轮长度为24英寸以上，故可以处理的板面上限为24英寸；上下风刀劲吹，上下风刀之间的间距为15—30mil，风刀与垂直方向的月呈2—5度倾斜有利于吹去孔内的锡及板面的锡堆；

4．热风压力设定的相关因素：板子厚度，焊盘的间距，焊盘的外形，沾锡的厚度（垂直喷锡中为了防止风刀与已变形的板面发生刮伤，风刀与板面之间的距离相当宽，故容易造成焊盘锡面的不平），

5．冷却与后清洗处理：先用冷风在约1.8米的气床上由下向上吹，而将板面浮起，下表面先冷却，继续在约1.2米转轮承载区用冷风从上至下吹；清洁处理除去助焊剂残渣同时也不会带来太大的热震荡thermal shock

6．水平喷锡的厚度分为三种：

2.54mm（100mil），5.08mm（200mil），7.62mm（300mil），可以通过微切片测定锡厚：细抛光后用微蚀方法找出铜锡合金之间的IMC厚度，微蚀药水的简单配制：双氧水与氨水1：3的体积比微蚀10—15秒钟；界面合金的厚度一次喷锡一般在6微英寸，2次在1.8个微英寸左右；喷锡厚度可以用x-ray荧光测厚仪测定；板子的平坦度flatness主要是板弯（bow板子长方向的翘起）和板翘（twist，板子对角线方向的翘起）；板子的尺寸变化

7．喷锡厚度与风刀的关系：焊盘上能够保留的锡厚受两种作用力因素影响：a.表面张力surface tension决定最后平衡后的着锡厚度，焊盘的面积大时，其固化后着锡的厚度也较高b.风刀的压力;风刀压力大，最后着锡的厚度也会降低，外形较小的焊盘其表面张力通常比较大，可耐得住热风刀的推刮，故可以留下较厚的焊锡；外形较大的焊盘，表面张力较小，热风刀会刮去较多的锡，仅在焊盘末端留下较小的锡冠cresb;

8．通孔壁上的锡厚：孔壁上由内层平环引出或延伸者，会造成一座散热座heat sink效应，使喷上的融锡比较容易冷却固化，固锡层较厚。一般无孔内平环的镀通孔内孔内所能保持的锡厚与通孔的纵横比似乎并无明显的关联；孔拐角处锡厚约0.75微米30微英寸左右，从孔两端转拐角到孔中心，锡厚渐增；孔径的缩减量约为18—30微米，以孔中央缩小得最为显著，该处沾锡层最厚；

9．IMC，Flatness，及板子尺寸变化：IMC一次喷锡的厚度为6微英寸，这三个数据是检验水平喷锡温度曲线合适与否的最佳工具，三者的变化量均与温度有关，良好的IMC即eta phase的Cu6Sn5，焊锡性能良好，恶性的epsolon phase的Cu3Sn，良好的前处理有利于良好的合金层生成；恶性的epsolon phase的Cu3Sn，与喷锡时间，喷锡厚度多少正相关；

板子的平坦度主要受以下因素影响：a.板厚的不同与层次的安排的对称与否，b.导体线路在板面分布是否均匀；c.班从空气中吸收水分的多少；喷锡前板子在100度下烘烤3个小时，尺寸稳定性良好，烘烤可以驱除半内的各种挥发份volatiles；喷锡前要烘烤，老化板装配前也要烘烤，以减少通孔出气会吹孔blow hole的产生;

10．水平与垂直IMC厚度的比较

项目 水平喷锡 垂直喷锡

一次 6---8微英寸 12．6—17.7微英寸

微米 0．32---0.447 0．152—0.27