電子產品 焊點錫裂現象與IMC銅錫介面金屬化合物

SIMON1016

電子產品  焊點錫裂現象與IMC銅錫介面金屬化合物

( 這個現象主題  其實是SMT工程師級別 的討論課題  
  這裡只想 應用在維修領域上方面 對大家有些幫助  )
(  可是我的文筆有夠糟的 偏向自言自語的手札整理  希望別把我當瘋子
   沒有中文鍵盤  只能用滑鼠點軟體鍵盤  中文輸入挺辛苦 我盡量語意通順 請原諒  )  


** 資料是個人網路整理出來的心得 只是純為找老舊錫焊點錫裂現象一個解釋
   其中理論論述 涉及化工材料專業知識電原子遷移現象 所以我當然會搞不清楚 有些想法說法會錯誤  
   痞酷能人怪傑甚多  誠心歡迎指正  恕不應戰 因為我也無法證明甚麼

** 此處高溫焊點 指電子產品 以[錫焊料]接合線路作業
    是指 錫爐波峰焊和SMD用之迴焊方式等 ( 包含 維修人員 烙鐵 熱風槍 手工焊接作業 )
  不是指 鋼樑冷凍銅管  之類電工焊接 ( 這些也有IMC 現像 但不再討論 範圍)

** IMC介面金屬化合物(銅錫) 詳細資訊 請參考GOOGLE大神 打入下列關鍵字搜尋
1.  ( IMC   錫)
2.  (無鉛焊接IMC與錫鬚)    電路板會刊第27期無鉛焊接IMC與錫鬚TPCA技術顧問白蓉生
3. 無鉛產品可靠性分析 - 無線電技術  第392期 內容  ( 其中6. 錫須   有說明焊錫裂縫)
http://www.electronictechnology. ... zIyL2luZGV4Lmh0bWw=


** 介面金屬化合物IMC
   是Intermetallic compound之縮寫，譯為＂介面合共化物＂。
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心得整理:
 老舊焊點錫裂現象 來自 IMC 作怪  
   正確焊接良好焊點 一定會有IMC 生成  否則就是冷焊
   產品焊點長期處於高溫工作 會加速IMC成長增厚 終將導至焊點碎裂 或是造成相鄰引腳的短路

 老舊焊點錫裂現象 附著在 銅箔焊點的錫層 若是全部已經轉為 死沉灰白色 (比無鉛錫 還灰暗)
   嚴重時  甚至於重新上錫時 新錫不易附著於灰白物質之上  此灰白物質就是IMC 增厚結果
   ( 這段 是我自行推論 未有證明  網路上資料:正確檢測IMC  需作顯微鏡切片檢查 )

 發現這種舊焊點 處理方式( 這段 也是我自行推論 未有證明 )

   我個人做法:
   舊錫必須全部吸除 用小刀細部刮乾淨 銅箔上的灰白物質  
   還有零件引腳也一併清裡乾淨之後 再重新上新錫

   不認同的作法:
   單單補上新錫    是種危險作法會遭遇 [ 稀有卻又常發生的誤區陷阱 ]
說明:
   上述說明 灰白物質為IMC 增厚結果  大部分問題輕的單單補上新錫 也真的是可以用很久  所以我說稀有
   問題中等的 可能吃不了錫 於是補一大堆錫 希望錫多好辦事 然後補錫點外型不太好看似乎不牢固
   有無良的人至此 收工交貨拿錢~~  有良的人推一推試一下~~沒事出貨
   有事的錫又再次斷裂於底部 必須再處理一次 而錫又太多了 於是吸除新舊錫  再重上新錫
   有惡習的 甚至 將烙鐵當做剉刀 磨啊剉的  喵地   到這種情況下 大部分可以補錫完修
     [卻又常發生 的誤區陷阱] 就在這裡…
情況1   <<問題輕的>> :
   舊焊點  不仿假設為   裡面充斥[受IMC汙染] 之舊錫  當補新錫時可以成為稀釋現像 新錫越多IMC 越少
   吸掉舊錫補新錫  可以說最大限度 清除[受IMC汙染] 之舊錫   問題也大部分真地解決了
情況2  <<問題最嚴重的>>:
   怎麼都上不了新錫  會用到小刀細部刮乾淨 銅箔上的灰白物質  
   還有零件引腳也一併清裡乾淨之後 才能再重新上新錫    問題也真地解決了

情況3  <<問題最不上不下  誤區陷阱就藏於此>>:
   這種誤區藏匿於情況1 之中 如果真的問題輕 那運氣好
   若是問題中等 IMC未在銅錫層上增厚到不吃錫  也就是可以勉強吃錫   
   問題最不上不下 (有如紅綠燈  綠轉紅之前 沒黃燈沒有閃爍 也沒有讀秒 ) 誰知道IMC就快到極限了
   這種情況 重上新錫 也不過是 在死亡前 倒數讀秒 略按個暫停幾秒 未能將焊點壽命延後
     [ 有惡習的 甚至 將烙鐵當做剉刀….] 這個動作 還真把IMC 增厚的地方剉掉些 但是能多少

   誰願意對這個處理過得焊接點 在心底自我估算保固多久?
   等交機後是不是心底毛毛的 保固1~2~3月又害去了?  


常見高溫工作之焊點:
  POWER / INVERTER :  驅動晶體 變壓器
   CRT         :  VIDEO (NECK) BOARD  RGB輸出電阻(2~3 W )
    其它 長期處高熱 功率元件 垂直驅動晶體
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起因:  [沒心情聽廢話 以下灰色字體 請略過]
摸過幾年烙鐵  心中直有個疑問
-明明出廠焊接良好的焊點  幾年之後  發生冷焊現象?
-明明維修時重新焊接良好  幾個月後~1年後 同一焊點(或更多)再度發生冷焊現象?
-為何老舊電子產品冷焊現象 特別多 焊點錫裂得像乾癟饅頭 一碰就碎 ?
-奇怪了 平常吸除錫焊點 留在 焊盤PAD上 都是晶亮銀白  
為何老舊焊點  補焊時錫結成球 焊點竟然不吃錫
勉強補焊 外觀還可以  但幾天幾個月後又來了
吃虧之後 知道除了吸除舊錫之外 一定把零件引腳和焊點上的 灰白色物質 刮乾淨

以下是我心中一直 兩個對立的聲音
A: 灰白色物質 是什麼?
B: 錫老了~  !
A: 錫會老?! 錫有生命?!
B: 錫會老 指的是 氧化
A: 確定? 從皮到肉進骨裡  那麼多焊點 為何就是 高溫/架散熱片/2~3~5W 電阻的焊點
    硬斗ㄟ 還有 2200UF/35V 這類大型零件… 要是發生在1/4W電阻 1 UF 電解電容
    冷機有接觸 電表量OK 接電ON 熱了 才分開 我不就去大悲湖念大悲咒 ~~
B: 哪來這麼多為何!?  快開工! 灰白色物質刮乾淨補錫交貨! 客人趕著要!老闆要業績! 快!
   大焊點就補錫 找不到點就區域補錫  SMD 的就整區熱風槍回焊一次 有BGA 多補上幾分鐘
  ( 灰白色物質是什麼   依舊是我心裡的謎團 )
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IMC 錫銅介面金屬化合物 是甚麼

    電子產品以[錫]焊接作業 高溫使錫液相化 再接合線路銅箔和零件引腳
銅錫兩物質接合面產生新物質 IMC銅錫介面金屬化合物
有了IMC層接合 銅錫兩物質  得以產生強大結合力 使線路零件得以結合牢固
至此才可聲稱 焊接完成   

  焊接作業後 銅錫兩物質接合面 中間若無IMC生成
銅是銅 錫是錫 則不稱為[結合]面  僅可稱為[接觸]   
這種[接觸]無法提供電路工作保證  就是通稱的冷焊

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( 呼應主題 : 電子產品高溫焊點錫裂現象 )

有IMC 生成才叫焊接完成  對焊點而是好東西囉??
應該是又愛又恨  IMC有個可怕的特性 會成長變厚
成長條件: 時間 + 高溫 + 高電流(大量電子流動 原子遷移 )

好啊加量不加價   自動升級成長變厚 怎不好?
[IMC] 本身彼此結合力不是好   變厚容易脆化  
變厚的地方是往純錫層增生錫鬚 行成錫層掏空 受內外應力壓迫破裂
錫鬚生到錫層外面時 會短路周圍其他焊點


錫會老?! 氧化造成的嗎?!
是IMC 增厚空間 一邊挖取銅原子(銅層變薄) 一邊向錫層增生錫鬚 最後焊點錫層崩壞
( 好像 異形入侵宿主  然後破體而出 … … … )


這裡有人因IMC層增生出事了 < 連接器使用一段時間後掉落問題探討 >
請自行複製< > 到GOOGLE 搜尋
<  連接器使用一段時間後掉落問題探討  >
2011年4月18日 – 另外也要看看IMC 層的成份有否問題，正常的銅錫合金為Cu5Sn6，但如果變成了Cu3Sn，其強度就會大大的降低，你可以試著使用SEM/EDA(Scanning Electron ...


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雜記
      IMC 檢查  是用切片顯微鏡觀察  …… 看來是沒得玩了

      似乎有 BGA 植球成功與否 和 BGA 植球後與PCB 可焊性  
      爭議時  以切片顯微鏡觀察 作仲裁判定
     ( 簡体文+底子不好  看得很吃力 … )

     說歸說 大概知道IMC 是怎回事了         解決方法咧???
     又回到老路上    灰白色物質 就~是~IMC~~
     [ 除了吸除舊錫之外 一定把零件引腳和焊點上的 灰白色物質 刮乾淨 ]
      

以往以插件式零件引腳焊點外型 以 [人]字外型 光澤  判定焊接優良
屬經驗歸納法則  如今已經為不可行之錯誤示範
( 這段話  牽連 電子工業時空背景  我想是 若非2006無鉛錫實施 國內應該少有公司考慮這方面  
就算是有 絕對是製程能力超前 的大公司  
但是錫焊點老化研究 經驗歸納法則  加上  傳統64錫鉛  堪堪夠用

有些日系設計 如CRT-TV   CRT-MONITOR
返馳高壓變壓器 和 AC/DC  變壓器 於PCB上打上鉚釘 強化焊接點 嚴防錫點老化
記得安規 要求主線圈2 PIN 打鉚釘  特X霓虹的 和 松樹的 直接要求變壓器全PIN腳上鉚釘
安規要求 零件焊點溫度 XX 以下  為的是PCB 耐燃等級
IBM 直接規定焊點溫度
事實証明 降低焊點工作溫度 對焊點信賴性有大幅助益.

港都狼仔

個人認為原廠錫爐上錫薄加上元件/PCB受熱後因膨脹系數不同造成應力拉扯
之前在解焊一些舊板時，發現有時只要光拉扯元件腳或搖動零件，原來的焊點就會凹陷裂開，甚至直接脫離