如何減少金手指沾錫

在電子製造業中，如果工藝控制不當，由於金手指沾錫（圖 1）引起的不合格率會達到
30%~40%，金手指沾錫會影響產品的電氣連接性能，而返修所用的鍍金筆成本太高，因此降
低金手指沾錫的不合格率一直是產業界要解決的問題，但是各大公司經過各種管控方法，不
良率一直維持在 3%左右，而控制更嚴格的例如記憶體條製造商不良率大概在 1%左右，造成
這樣大的差異主要是因為金手指沾錫的原因太多，從原材 PCB 到印刷、貼片、回焊爐都會造
成金手指沾錫，需要來料工藝的嚴格控制。本文通過實驗設計 DOE 來降低不良率。  
實驗設計  
       一般情況下，造成金手指的主要幾大不良因素是：一、溫度曲線與助焊劑飛濺；二、回焊爐
膛污染；三、PCB 原材鍍金層厚度；四、印刷機清潔狀況；五、鋼網開孔設計；六、原材零
件濕氣，等等。本文針對不良因素的成因進行了實驗分析。  
實驗背景  
       實驗在 Kingston 公司完成，Kingston 公司是全球最大的一家專業記憶體製造商。在進行實驗
前，Kingston 公司的金手指沾錫不良率為 1%。而試驗的目標是希望將不良率降低與控制到 1%。  
     實驗方法  
       實驗分為幾個階段，通過對金手指沾錫形成的原因進行實驗分析與改善，以及觀察改善後的
不良率變化。  
例如，第一階段通過解決助焊劑發濺與優化 profile 來降低金手指不良。  
實驗過程  
       1、Profile，降低助焊劑飛濺  
        在第一次試驗中，調整回流曲線，降低升溫速率大概維持在 1.0~1.2℃/S，150℃~200℃烘烤
時間 90 秒，不良率由 1%降至 8‰；將錫膏 SMQ230 更換為 Indium5.8ls，不良率由 8‰降至 5‰，
由此可看出助焊劑飛濺造成的不良占整體不良很大一部分。  
圖 1  金手指沾錫。
       而這次實驗主要是針對助焊劑飛濺造成的金手指沾錫，助焊劑飛濺發生在回焊過程中，發生
的原因主要是：一、焊膏暴露在空氣中吸取濕氣；二、升溫速率太快造成錫膏中的溶劑出氣
時擠帶出部分錫粉。  
       所以降低這一區域的不良可以用以下兩個辦法：一、選擇吸濕性較少或緩慢潤濕速率的助焊
劑；二、優化回流曲線。  
       2、清潔回焊爐膛  
          由於助焊劑揮發帶走部分錫粉，而回焊爐抽風管功率若不夠，則無法完全回收焊爐內的助焊
劑，而目前業界使用的回焊爐大部分為熱風對流型，在熱風對流的作用下會導致助焊劑與錫
粉在爐膛內飄浮。
       驗證回焊爐的清潔指數，取 1000 片空板直接過回焊爐二次，第一次過爐產生的不良可能為
回焊爐污染或者 PCB 原材不良，在第一次回流過後的良品進行第二次回流，此次產生的不良
則為回焊爐的污染。        此次實驗發現 Kingston 公司回焊爐清潔指數較高，這是由於平時嚴格的清潔保養。回焊爐污
染造成的不良大概在 0.5~0.8‰，而通過強化回焊爐抽風管道，可控制不良在 0.5‰左右，同時
發現 PCB 原材不良占較大一部分。
       3、PCB 原材改善
       經常有人說，為什麼金手指貼上防護膠帶後過爐還是沾錫，其實很大程度是因為 PCB 原材
有問題。  
       驗證 PCB 原材可按上章清潔回焊爐膛中的做法去試證，或者直接拿 PCB 原材去回焊爐廠商，
用他們未使用過的爐子去做過爐，檢查是否有沾錫，還有一種方法是拿不良板去做 EDX（能
量 X 射線探測儀）測試，檢查沾錫不良點的成份。   
       而金手指原材不良則是因為金手指鍍金層厚度若太薄，則經過回爐後會露出底層鎳合金，而
很多時候由於金太貴，PCB 供應商為降低成本偷工減料，鍍金時鍍薄一點，大概在鍍金厚度
下限。  
       此次實驗通過以上檢驗原材的三種方法，發現 PCB 原材不良，PCB 供應商亦承認鍍金層偏
低，大概在 3~4um，在後繼則保持鍍金金層在 5um 以上，在 PCB 供應商改善原材後，金手指
沾錫不良率由 5‰降至 4.5‰。  
       4、優化印刷機參數與清潔度  
       大部分人認為印刷機造成不良的主要原因是印刷機擦拭不乾淨，導致錫粉殘留在鋼網背面，
與 PCB 接觸時殘留的錫粉落到了金手指上，其實不全對。  
       印刷機影響金手指的原因有如下：
第一，印刷壓力太大造成錫粉滲透於鋼網網口處，經過印刷擦拭，在印刷機內大量污染軌道，
真空腔等等；第二，印刷時，鋼網與 PCB 之間有間隙，導致錫粉滲透；第三，擦拭頻率過低，
導致未能完全清除網孔周圍的錫粉，此部分錫粉會散落在 PCB 焊墊旁的綠漆上。而在這順便
提出，綠漆上的錫粉在回焊過程中一旦大於錫粉附帶的助焊劑的粘力，則會到處滾動的狀態，
極易滾附到金手指上；第四，印刷偏移，這部分的管控要求極其嚴格，一旦偏移，部分錫粉
落在焊墊以外的地方，極易被孤立成單一錫球到處滾動。  
       在確認以上因素後，調整擦拭頻率由 5 片為 3 片/次，不良由 4.5‰降至 4‰，而這兩次試驗雖
然每次只降 0.5‰，實際上難度卻不亞於第一次，每次試驗均投入幾萬片進行統計。  
圖 2  在實驗中不良率的變化狀況。     
   5、減小鋼網開孔  
       充足的錫量和飽滿的焊點有助於焊點的可靠度，但是過多的錫量會造成錫粉的被擠壓出來，
在這裏順便提一下，回流升溫時錫膏粘度降低而自然產生的塌落，高溫時粘度上升，表面張
力變大，將塌落的錫粉與焊墊上的錫粉重新聚集在一起，在塌落過程中，很容易造成錫粉擠出到處滾動，如圖 1 所示，飽滿的焊點周圍附著一顆小錫珠，這是因為被擠出的錫粉被孤立
了。  
       因此減少鋼網開孔可以減少錫量，降低錫膏坍塌時擠出小錫粉。  
       減少鋼網開孔後驗證不良狀況，不良率由 4‰降至 3‰，說明縮小鋼網開孔有助於減少錫粉被
擠壓出而形成的沾錫。  
       在此順便說一下，如上面在優化印刷機參數中所提到的，凡是焊墊以外的錫粉，回焊過程中
一旦大於錫粉附帶的助焊劑的粘力，則會到處滾動的狀態，極可能滾動到金手指上。  
       而元件的貼片壓力過大，則會把錫膏擠壓出來。故在貼片時需檢查元件貼片壓力是否過大。  
       6、元件的濕氣  
在這裏，先談我們為何懷疑元件的問題，在實驗進行到一定階段，不良率一直停留在 3‰，在
25X 的放大鏡下發現一個奇怪的問題，一些 0603 電容周圍有錫珠，檢查這些電容發現為同一
個元件供應商，於是選擇這個供應商的三種不同料號的 0603 電容，以及另一個供應商的 0603
電容，放在銅片和陶瓷片上過爐，編號 1/2/3 均為供應商 A，編號 4 為供應商 B，過爐後發現
編號 1/2/3 均有沾錫和錫珠，而編號 4 則無任何沾錫和錫珠。  
       由此可以看出供應商 A 的零件全都有錫濺現象，停用此供應商的零件後，金手指沾錫不良由
3‰降到 1%。  
可以看到通過幾次實驗，金手指沾錫控制在 1‰，不良率變化狀況如圖 2 所示。  

總結  
針對金手指沾錫，可以通過以下方法進行改善：  
在工藝方面：  
1.  調整合適的刮刀壓力，擦拭頻率以及印刷板與鋼網間的間距。  
2.  適當的貼片壓力可以降低錫粉被擠出。  
3.  嚴謹的機器清潔保養可以降低污染指數。  
4.  減少鋼網開孔尺寸。  
5.  緩慢的升溫速率/高的均熱溫度的曲線。  
在材料方面：  
1.  低飛濺的錫膏有助於降低金手指沾錫。  
2.  使用緩慢潤濕速率的錫膏。  
3.  低濕氣的零件和 PCB 有助於降低飛濺。  
4.  適當的金手指鍍金層可以降低露鎳。