总钢要

一、无铅与有铅的优劣对比           二、焊点空洞(Voiding)与介面微洞(Interfacil Micro-Voiding)
三、孔环焊点开裂                                  四、BGA的雪上加霜      五、引脚锡须（Tin Whisker）与避免   
 六、板材涨裂       七、湿气敏感           八、PCB表面处理           九、结论

一、无铅与有铅的优劣对比
1.1 各种无铅焊料中以SAC305（Sn96.5%、Ag3%、Cu0.5%)为主流，其液化熔点（Liquidus m.p.)约在217OC-221OC）之间，比现行Sn63/Pb37之共熔合金（Eutectic Composition)至少高出34OC；以Reflow 为例其平均操作时间约延长20秒，致使热量（Thrtmal Mass)大增，对元件与电路板影响极大。

1.2 现行Sn63之熔焊（Reflow Solder)峰温平均为225OC，波峰焊峰温平均为250OC。但SAC305之熔焊峰温仅能提高到245OC，波焊与喷锡也只敢攀升至270OC，以防护零组件与板材受伤。即使如此其熔铜之污染也更为加剧，造成火力不足流动性（Mibility)变差，焊锡性劣化。

1.3 液化后Sn63之表面张力约为380dyne/260OC，在铜基地上的接触角（Contact Angle)约为11OC。而SAC305则将剧升至460dyne/260OC，接触角也增大为44OC，表面张力加大即表面聚力增大，或向外的附近着力变小，不但容易立碑（Tombstoning)而且更使得散锡性与上锡性变差。通常Sn63之沾锡时间（Wetting time）可短到0.6秒，而SAC竟迟缓到2秒之久。

◎无铅焊接不良的原因与可能的改善：
1.火力不足，操作温度跟熔点之落差（△T），造成液锡的Mobility移动性或Fluidity流动性变慢。
2.再加上强热快速溶铜之污染（每增0.1%by wt 则mp上升3OC），致使操作温度的落差△T更小，,流性不足黏度增大下，焊性自必更差。

3.且熔融SAC的表面张力变大，在内聚力增强附近着力减弱下，散锡性（Spreading）与上锡性（Climbing）均呈现劣化。

4. 无铅插脚之波焊可能会被淘汰，而改为锡膏填孔再插脚之熔焊（Reflow）法，或在SC中加入少量的Ni(0.07%by wt)以改善焊性与减少溶铜。

 1.4 Sn63组织均质（Homegcnous）表面光滑，细部结构中只有多锡区（Tin Rich Area）与多铅区（Lead Rich Area）之细小微差，SAC305则均质性极为不良，不但表面粗糙且结构中遍布先冷先固的纯锡枝晶（Derdrites），与夹于其间后冷的共熔或共晶区域，且其最后固化的收中部分，还会出现微裂与较大裂口。

1.5质地柔软的Sn63，自我居中性良好，可抵抗外力的冲击。SAC305质地僵硬，自我居中性较不佳，受到外力容易开裂。且前都比重为8.44，波焊或喷锡等锡池中生成的Cu6Sn5（比重8.28）容易浮出。而SAC305之比重仅为7.5，致使所生成的IMC无法浮出，经过马达搅动后容易在板面焊点上形成Cu5Sn6针状结晶之外表。

二、焊点空洞(Voiding)与介面微洞(Interfacil Micro-Voiding)
2.1熔焊（Reflow）时锡膏助焊剂之有机物，或一旦又吸入的水分，此等外物于焊料固化前后未能及进浮离，或形成气体后未能逸出者（Outgassing），即将成为焊点中之空洞。此之不良现象于T/L者已常出现，L/F者将更进一步恶化。
2.2 空洞主要成因是：(IPC-A-610D之8.2.12.4说明X透视时，空洞面积上限为25%。)
①锡膏助焊剂之活性剂不足。
②锡膏黏度较小挥发份较多。
③三成员（膏中颗粒、引脚、焊垫）之不良氧化程度增加。
④温时曲线（Profile）太长。
⑤锡膏中溶剂之沸点不够高。
⑥吸入太多水分后会形成更大的空洞。
⑦焊点设计也与空洞有关。PCBA各种元件引脚中以BGA球脚与QFN扁平焊点等空洞最明显。
2.3 PCB焊垫表面处理之OSP，I-Sn、I-Ag等皮膜中，均存在着各种共镀的有机物，一旦皮膜太厚，有机物太多，又在强热折磨下，经常会开成40μm以下的介面微洞，对针点强度极为不利。
2.4介面微油除了上述原因之外，尚因底铜之过度粗糙，与底铜面遭到有机物污染，或垫面吸水等，也成为介面微洞的来源。

三、孔环焊点开裂
3.1 PCB在X.Y.方向已受到有玻织面的钳制，以致热胀系数（CTE）不大，约在12-15ppm/OC左右。但板厚Z方向则扩大为55-60PPM/OC，远超过焊料的21-25ppm/OC，造成波焊中的SC或SAC僵硬焊料与PTH面环之间的开裂，或将铜环自板材上拉起，或造成环面焊点的局部拉裂。
3.2 此种插孔焊点浮裂，似可采用S/M on Pad 的做法加以改善，不过目前PCB组件面(Component Side)，其环面针点开裂的缺点，PCBA无铅规范IPC-A-610D（2005.2.）已予以允收（见5.2.1.及5.211）

四、BGA的雪上加霜
大型BGA（27×27mm或35×35mm）锡膏熔焊中，其内外球的峰温经常会相差到10OC，而且其载板（Substrate）在高热量中还经常发生弯翘；致使腹底中央区与四个角落都不敢设置球脚，或只将内球充做散热用途。此种死角深处的难焊，到了LF时代更是雪上加霜，不但如此，还经常发生“断头容易断脚难”的窘境。基成因如下：
4.1 头部对装载板为高Tg的BT板脂所构成，对于铜垫的接着力原本不如FR-4的环氧树脂。且对装过程至少要烘烤、打线、对胶与植球等4道高温折磨。
4.2 先经封装(Packing)与后续组装（Assembly）等7、8道强热考验中，为防止载板腹底球垫的浮离起见，不得不采用绿漆上垫设限（S/M on Pad）的困难做法，如此一业不但减少焊接面积并还失去强力的侧焊。
4.3 载板正面为了安晶（Die Attach）打线（Wire Bond），不得不采用电镀镍金的表面处理。于是腹底植球也就只好黏性Flux协助下把球脚焊在金镍面上。镍基地的焊点强度原本不如铜基地，又遭到黄金的干扰与后续组装多次高温涨缩剪力下，其焊点就更加不强了。
4.4 植球过程中原就容易引入气泡，再加上组装中气泡的上升，以及多次的CTE的剪力拉扯，更使得断头容易断脚难了。
4.5 为了减少LF在断头进一步劣化起见，业者现已将植球面试改为OSP处理，多次强热之量产效果如何？尚待深入评估。