一、摘要
自蒙特娄议定书规定禁产CFC后，电子组装业者受到相当大的影响。因此发展在电子组装后段SMT制程使用免洗制程以取代CFC清洗技术，其中最困难之一为SMT钢板印刷技术。本篇主要利用检测技术来分析制程变数，并且依据不良率分析，提出改善方案，以提高制程之良率。在制程变数中主要为钢板种类、锡膏种类及钢板印刷次数，因此由变数寻找出印刷较为清晰的产品为其生产依据。在不良率分析方面，依据不良现象找出原因，如IC焊锡不良或PCBbondingpad焊锡性不良，改善其原因使产品焊锡性良好，相对就会提高产品之良率。本文提出如何建立全套分析技术，对于SMT制程不良，亦提供完整分析，有助于工厂之不良品分析，希望藉此分析技术，协助电子资讯产业在禁产CFC及限用HCFC下，将其损失减至最小。
二、钢板印刷
钢板要求除了尺寸大小正确之外，另外钢板孔内壁之要求有二项，一是没有undercut，另一项是表面粗糙度要细。图1和2分别为A及B工厂所生产之钢板，从钢板孔内壁观察，A工厂孔内壁并没有undercut且粗糙度较细，理论上在印锡膏于PCB之bondingpad上，其锡膏的形状应该较为清晰（sharp）。图3和4分别为使用A及B工厂所生产之钢板以X工厂相同锡膏印在PCBbondingpad之锡膏的形状。从图3及4之箭头1所示，可以见到在图3之角的地方较有半圆的形状，而图4之角的形状比较不圆。在图3及4之箭头2为边之形状，从形状得知图3之边较为直而且清晰。从上面得知在使用相同锡膏，相同制程条件下，祗有钢板不同所印下去之形状就有所不同。在图1A工厂所生产钢板孔内壁较为清晰，其印下去锡膏外形也较为清晰及明显。reflow后，在两个bondingpad之间的绝缘阻抗会较小，一般对于bondingpad之绝缘阻抗要求要大于108Ω/cm2。如果绝缘阻抗下降，bondingpad之漏电流增加，可能造成电性functionfailure，这种现象在高频下或因bondingpad之距离变短而更加严重。 印在PCBbondingpad锡膏的形状也与印刷次数有关系，较明显者可看出印刷1到5次时锡膏形状之边还很直，但次数为20次时，可发现锡膏形状已不是四方形，而且边缘也已弯曲。由此可知印刷愈多次其形状愈不明显，其原因可能是印刷愈多次黏在孔壁之锡膏就愈多，而影响下次印锡膏之形状及量。因此使用钢板印锡膏时，不能印太多次，一段时间后必须擦拭清洁，不然所印下去锡膏之品质就会不好，影响产品之良率及可靠度。所以在订定制程条件，要包括多久需擦拭钢板一次，一般制程最好每5～10次就要擦试。 印在PCBbondingpad之锡膏的形状和厂牌不同也有关系。从分析结果得知不同厂牌之锡膏所印下来的形状相差很大。由此可见相同钢板，因为锡膏不同所印出来的外形也相差很大，所以在制程中除选用良好钢板之外，还必须选用良好锡膏才能生产良好的SMT产品。 同一家公司所使用之相同厂牌不同型号的锡膏Y与Y-1，其印在PCBbondingpad之锡膏的形状不同，观察Y及Y-1最大差异在于viscosity不同，viscosity不同主要决定solderball及flux，可见Y及Y-1其solderball及flux都有所不同，Y-1之viscosity较小，较不容易被黏在孔内壁，印下去阻力小，因此形状就比较清晰。 前面图1及3分别为A工厂钢板孔内壁及所印锡膏的形状，图2及4分别为B工厂钢板孔内壁及所印锡膏的形状，从4个图中可以得知钢板孔内壁愈细，所印锡膏的形状就愈清晰，图5及6为工厂A及B印完锡膏之钢板。在图5箭头2孔之两端可明显看到一层solderball，但在箭头1孔中间并没有发现solderball。图6中可以明显看出在箭头2孔末端的地方有2-3层的solderball，且在箭头1孔中间内壁也有1-2层solderball。 从上面结果得知A工厂所生产钢板孔内壁较为光滑，所以印刷后，留在孔内壁之锡膏就减少。从图5及6得知两端都比中间所粘之solderball多，可能两端角度较大，在印锡膏时其阻力较大，所以粘的锡膏较多。 综合前面图1、3及5得知A工厂所生产钢板孔之内壁较光滑及没有undercut，印刷之后，黏在孔内之锡膏较少，相对印在PCB上锡膏的形状也较清晰，经过reflow之后焊接在pin与pin之间之表面绝缘阻抗会较大，漏电流小，是一个较好之钢板。相对图2、4及6得知B工厂所生产钢板品质较差。
三、PCB和IC脚焊锡性对SMT锡膏焊接影响
SMTIC脚焊接除了和锡膏印刷钢板有密切的关系外，另外一个影响SMT焊接因素为IC零件脚之焊接。以前使用CFC清洗锡膏时，可在锡膏内加入较多flux或活性较强之flux，因为焊接后可用CFC将flux清洗掉，不会残留flux，当然表面绝缘阻抗就很高，电性相当的好。后来改用水洗flux使焊接更好，因为水洗锡膏之flux活性很强，假如零件焊锡性不良那也没有关系，还是可以焊接很好。但水洗锡膏之flux活性较强，对于零件平贴PCB且密度又高，要清洗干净实在不容易，因为水洗锡膏之活性很强，如果有一点点洗不干净，那零件表面绝缘阻抗一定降低，且极易腐蚀零件。 免洗制程所用锡膏含flux之固体含量低而且活性又低，所以对零件焊锡性的要求就提高，如此才能焊接得好。 图7中箭头1显示IC脚侧面有较多锡，且PCB焊点非常光亮，可见此焊接相当不错。因为PCBbondingpad上锡膏可能沿着IC脚跑到侧面，所以我们可以在IC脚之侧面看到较多的锡。 SMT利用锡膏把PCB和IC脚连接，此可用图8来推测，在箭头的地方看到PCB上面有和bondingpad平行之直线，此直线指向IC脚。这种现象说明在焊接时，印在PCBbondingpad上面的锡膏在reflow时，因毛细管现象，锡就会沿着PCBbondingpad跑至IC脚和PCBbondingpad接触地方，将IC脚与PCBbondingpad焊接，所以可看到PCBbondingpad有锡流至IC脚之痕迹。如果在PCBbondingpad上面没有IC零件的脚就应该没有此痕迹，且锡就不会流动均匀的分布在整个PCBbondingpad上面。
三、焊锡性不良分析
前面提过在SMT制程焊接良好的情况下，PCBbondingpad上面锡会因毛细管现象由PCBbonding跑到IC脚与PCB接触。图9为SMTIC脚与PCBbondingpad焊接不良的情况，此为一个电性失败的样品，在PCBbondingpad和IC脚有电性open之现象。图9箭头1可见到有些白色结晶物，其主要原因为IC脚焊锡性不良无法和锡膏焊接，使锡膏和PCB结合，其锡膏之flux就跑到PCB和IC脚中间，当用力将IC脚推开，就可看到白色flux之结晶。在箭头２处可见到有一块锡，此为PCBbondingpad之锡膏在reflow之后留下来，当IC脚的焊锡性不良，在锡膏reflow时锡并无法被吸到IC脚和PCBbondingpad接触之处，锡就留在原来地方，锡块旁边还可看到辐射线状之flux于箭头上。正常reflow之后如图8所示，PCBbondingpad之锡膏在reflow后因毛细管现象跑到IC脚和PCBbondingpad接触，而留在PCBbondingpad上面，这种现象主要原因可能因为IC脚焊锡性不良所造成。 在图10箭头1、2、3为IC脚和PCB做电性测试时为断路，此箭头前端可看到bondingpad有一块膏锡，而图10箭头4、5做电性测试为通路，其箭头所指处并没有锡块，可见箭头1、2、3的不良原因同前面图9为IC脚焊锡性不良，无法将锡吸过去所留下来。 在图11箭头1、2之PCBbondingpad和IC脚做电性测试为断路，在图11箭头3、4之PCBbondingpad和IC脚电性测试为通路，在这些箭头中很明显可见到箭头3、4之PCBbondingpad焊接良好，具光亮金属表面，但箭头1、2之PCBbondingpad焊接不好，并未见到光亮之金属表面。箭头3、4之光亮焊接表面，如图8所示PCBbonding锡膏在reflow时，锡和PCB接合良好，此因毛细现象使锡膏跑至PCBbondingpad和IC脚接触的地方，但图11箭头1、2可能是PCBbondingpad焊锡性不良，锡膏在reflow时无法和PCB接合而跑到PCBbondingpad和IC接脚，而此锡膏在reflow时形成小锡球留在PCBbondingpad上或跑掉。这些小锡球如果跑到bondingpad之间易造成表面绝缘阻抗变小，严重则形成短路。在图12箭头1之bondingpad和IC脚之电性测试为断路，且在PCBbondingpad上面可看到锡膏在reflow后无法和PCBbondingpad结合之锡球，此现象如同前面图11所说明。而在箭头2区域之电性为通路，在PCBbondingpad有光亮金属表面代表wetting良好。
四、结论
免洗制程使用锡膏其助焊能力并不是很强，所以对零件、板及制程条件等要求就应特别注意。本计画另一部份探讨使用锡膏将PCB和IC焊接之机构，进一步推测产品焊接不良可能原因，从研究过程推测以下结论：（1）钢板孔内愈没有undercut及表面越细，则印出来锡膏品质就会愈好，对产品电器性质也较好。（2）相同钢板印愈多次其锡膏外形愈不好，对焊接结果也不好，在印多次之后就必须用布擦拭，从实验结果得知每5～10次擦拭一次，最符合经济及品质之效益。锡膏如果停在孔内太久易固化变质，不易清洗干净，所以隔夜不用之钢板要彻底清洗。（3）相同钢板，使用相同厂牌不同型号或不同厂牌之锡膏，其所印刷锡膏的外形也会有所不同。（4）IC和PCB之焊接品质除了和印刷技巧有关外，另外与零件焊锡性之关系也很大
