X萤光-XRF XRF检测焊炉锡料重点剖析
一直以来焊锡与锡料对于电子业的工艺发展都扮演着非常重要的角色。在无铅制程的风潮带领下，无铅锡料取代有铅锡料已是不容存疑的趋势。但是有铅锡料的低成本和高可靠度以及沾黏性，成为无铅锡料在选择其他取金属成份取代铅含量时的多重瓶颈。再加上无铅焊锡的各国专利限制下，即使找到可符合制程工艺需求的成份比例，或多或少都需要检视锡料专利的规范并增加额外的成本支出。
所以如何在锡料入料时做好品质控管和成份分析就成为很重要的考量重点，以SAC(Sn锡Ag银Cu铜)合金系列来说，组成成份差一点就可能是其他的SAC料号，不同的成份比例影响到不同的专利成本与应用，而所使用的锡料若是成份不是原本规划的品号，则可能造成电子产品焊接时的缺陷，因为锡料比例的差异可能影响到焊接时的锡料沾锡性、抗拉强度、可靠度与抗疲劳性。所以不论是波焊或是SMT表面黏着制程对于锡料与锡球的品质管控，都跟锡块本身成份有着密不可分的关联。
不过对于SMT表面黏着制程来说，BGA的锡球并不适合在使用端做锡球成分控管，主要因为BGA的锡球已经成形无法进行拆分检测，破坏性检测对于BGA成品来说也不适合对锡球做针对性成份分析，所以曾经有客户询问XRF非破性检测的可行性。以下我们举出实例来分析为何即使是XRF检测BGA锡球也有其限制。
由此可知XRF的金属检测会将检测元素作浓度百分比计算，X-Ray穿透有圆度和球径限制的锡球时，XRF检测会受到板材内层金属干扰。所以若是电子产品(ex:PCBA)的管控物质超标，则可因为BGA在材质判定上为不可拆分之均质材料采用IEC62321混测的标准与方式做应对，否则建议从供应端做锡料控管。
锡料的控管不单是可以从供应端的进料阶段与锡炉中合成制程做检验，也可以延伸到使用端的波焊锡炉中锡料的监控。一般锡炉中的合金锡料都与进料时的锡材有直接的关系，以一般常见的SAC无铅锡材来举例，所检测的锡块主要成分应该要能符合进料时的比例。
由于无铅焊料的熔点都比有铅焊料的平均温度增高30~50℃，所以高纯度的锡与高温的热冲击对于不锈钢制的锡炉与锡池甚至搅拌的螺旋桨都是一种无形的消耗，主因是因为不锈钢的铁成份会熔进锡料之中，造成不锈钢本体的腐蚀和破损，而合成出来的锡料也会因为铁成份的影响造成焊接困难与焊点可靠度不良。所以锡料制造厂或是使用端的锡炉都会定期更换其中的焊料，也有部分业者会定期监控锡炉中含铁量的多寡来判断是否需提早更换锡料。
锡料的控管不单是可以从供应端的进料阶段与锡炉中合成制程做检验，也可以延伸到使用端的波焊锡炉中锡料的监控。一般锡炉中的合金锡料都与进料时的锡材有直接的关系，以一般常见的SAC无铅锡材来举例，所检测的锡块主要成分应该要能符合进料时的比例。
由于无铅焊料的熔点都比有铅焊料的平均温度增高30~50℃，所以高纯度的锡与高温的热冲击对于不锈钢制的锡炉与锡池甚至搅拌的螺旋桨都是一种无形的消耗，主因是因为不锈钢的铁成份会熔进锡料之中，造成不锈钢本体的腐蚀和破损，而合成出来的锡料也会因为铁成份的影响造成焊接困难与焊点可靠度不良。所以锡料制造厂或是使用端的锡炉都会定期更换其中的焊料，也有部分业者会定期监控锡炉中含铁量的多寡来判断是否需提早更换锡料。
一般锡炉中的焊料在非破坏性XRF监控检测时有以下几个重点，(1)锡料的成份比例检测(2)铅含量的累积是否超标(3)铜含量的累积是否会影响成份比例，以下我们逐一用实际检测案例做重点整理。
(1)针对锡炉中捞起的锡块做XRF的非破坏性检测，此案例以Sn、Ag、Cu三相合金锡料为主，Pb通常检测含量做为有无铅焊锡的判别。
(2)铅含量的累积是否超标，基本上原料就是无铅焊材，如果锡炉温度够高并且有加以搅拌，铅成份应该不会容易在表层累积。无铅焊料仍会含铅主要是因为铅元素常以杂质存在于锡或其他金属中，其重量比约为0.l%wt(1000 ppm)，这也是为何无铅制程认为铅含量低于1000 ppm则认定为无铅，也就是只要意图添加铅成份就会超标做为管控基准。此外由于铅成份在高温中会漂浮流动，所以锡炉中的高温容易造成铅成份的堆积，所以锡料中的铅有可能并非均质，若是堆积仍可能超标。
以下我们举出搅拌不足造成铅成份超标的锡块做为案例
(2-1)焊锡中铅的浓度无法均质(正面)
以下我们举出搅拌不足造成铅成份超标的锡块做为案例
(2-1)焊锡中铅的浓度无法均质(正面)
(3)铜含量的累积是否会影响成份比例，通常铜成份是来自于锡料的本身成份(ex：SAC的Cu)或是波焊锡池中IC零件的Pin脚熔出铜成份。铜成份通常在锡炉中不会太高，但是若锡炉的温度不够铜成份也会在表面累积，再加上若搅拌不足铜成份累积过量则会沉在锡炉底部，当这种成份发生时则可能需要更换锡炉中的锡料，所以定时的成份监控对于合金制程是必要的。
以上我们提出的这些实例，主要还是为了说明锡炉中的锡料是需要做成份监控的。因为焊料对于电子业的重要性举足轻重，但是能在使用端做检测的限制却不少，在不得已只能用混测的方式来应对的客户，其实我们还是建议在供应端就先做好品质检测。不论是SMT所使用的锡球需要在制程阶段做好IPQC，在使用锡池波焊的客户也应注意锡池中锡料的成份比例。
科迈斯科技在电子业与锡料业的长久经营与配合，不仅累积了相当的实测经验，也充分了解XRF在检测焊锡与锡料时应排除的干扰。不论是桌上型或是手持式XRF都能对于焊锡成份做成份分析，协助客户在XRF的金属检测上额外建立自订的金属材料做为标准品做成份比对，并且在分析时将应注意的干扰做排除。长久以来的技术与经验累积，相信我们科迈斯科技都能在锡料或是其他金属检测上协助使用端与供应端做好金属料件的进料成份分析，以及锡炉中锡料的比例监控。
科迈斯科技在电子业与锡料业的长久经营与配合，不仅累积了相当的实测经验，也充分了解XRF在检测焊锡与锡料时应排除的干扰。不论是桌上型或是手持式XRF都能对于焊锡成份做成份分析，协助客户在XRF的金属检测上额外建立自订的金属材料做为标准品做成份比对，并且在分析时将应注意的干扰做排除。长久以来的技术与经验累积，相信我们科迈斯科技都能在锡料或是其他金属检测上协助使用端与供应端做好金属料件的进料成份分析，以及锡炉中锡料的比例监控。
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