
工作熊以前在電子組裝工廠當製程工程師的時候,最討厭生產有金手指(gold fingers or edge board contacts)的PCBA了,因為金手指的地方在過完回焊爐後很容易發現沾錫,不良率也高,而且沾錫後的金手指還得重工。不過,工作熊當時並不是很清楚,為何金手指沾錫後就一律被判定為不良?就算是輕微的沾錫也不行,沾錫後的金手指會影響功能嗎?
如果有金手指的PCBA是要直接出給客戶的,你說會有外觀問題,我相信。但如果只是廠內安裝的PCBA,而且沒有多次擦拔需求者,有需要這麼嚴格嗎?個人建議產業可考慮制定差異化允收標準,例如出PCBA給客戶者採用嚴格的零污染要求,而廠內組裝者則允許輕微沾錫(需經功能測試驗證),而不是全盤皆退。
後來我用NotebookLM重新檢視現在通用的工業標準文件,發現IPC-A-610內其實有提到一部份關於 Edge Board Contacts 的允收條件,不過文件中提出的允收條件是沾錫僅允許出現在金手指的非接觸區域,關鍵接觸區域則不允許有任何形式的汙染。這意味著即使是輕微沾錫,若位於接觸區,也屬不良。
不論如何,我們還是先來看看金手指沾錫後,會有什麼品質問題:
1. 電氣性能可能受損
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接觸阻抗增加:焊錫的主要成份為錫(Sn),無鉛製程錫膏SAC305的錫占比大約有96.5%。因為錫(Sn)的電導率比金(Au)要小,當焊錫沾附在金手指表面後,焊錫可能使得金手指與搭配彈片的接觸點不一致,也就是可能部分彈片僅接觸到焊錫沾汙處,其他彈片則仍然接觸金面,將會導致接觸不穩定,且極可能增加接觸電阻,對某些對阻抗要求高的產品,將會受到影響。
註:電導率的單位為 S/m (西門子/米),在 20°C 時銅、金、錫的電導率分別為:
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- 銅 (Copper, Cu): 約 5.96 × 10⁷ S/m
- 金 (Gold, Au): 約 4.11 × 10⁷ S/m
- 錫 (Tin, Sn): 約 0.917 × 10⁷ S/m
注意:實際焊錫合金(如SAC305)包含少量銀和銅,其整體電導率略高於純錫,但仍遠低於金。
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導電訊號干擾:沾錫可能破壞金手指原本平整的表面,影響高頻訊號傳輸的完整性,導致數據丟失或傳輸錯誤。
2. 機械性能與壽命可能縮短
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插拔變得困難與可能的物理損壞:金手指沾錫後,可能在金手指上形成凸點,錫層也會增加金手指的厚度,焊錫的表面粗糙度則更不如原先的金手指。當金手指插入到配合的母座插槽(Slot)時,過大的摩擦力可能會損壞插槽內部的金屬彈片。
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可能加速與金手指配合零件的磨損:沾錫的金手指表面因為表面粗糙度增加,更容易附著雜質,在反覆插拔過程中,會加速配合母座插槽彈片的金層磨損,最終導致金層脫落、底材暴露。而沾附焊錫的金手指,也可能在多次摩擦後整塊掉落下來。這在汽車或醫療設備等需高耐久性的產品中,特別嚴重,可能縮短MTBF(Mean Time Between Failures)。
3. 可靠性與環境適應性下降
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可能的腐蝕風險:焊錫本身就有助焊劑,當焊錫沾附在金手指後可能將殘留的助焊劑帶過來,長期使用後可能會有腐蝕風險,當然,這個問題可以經由溶劑清潔來克服。另外,錫層長期與空氣接觸下,會在其表面形成一層鈍化金屬保護膜,可能影響接觸阻抗,長期下來會降低電子訊號傳遞的可靠性。
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金脆現象(Gold Embrittlement):一般金手指的金層會比較厚(>2μm),也就是說錫與金將在回焊過程中發生反應,並在介面處形成固定的錫金IMC,眾所周知,錫金IMC的焊接強度遠遠不如錫銅IMC與錫鎳IMC,也就是可能導致金脆現象,使得錫金介面處變得脆弱,一旦受力或震動時,就容易發生斷裂或微裂紋。
4. 組裝與成本影響
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誘發功能失效:若沾錫導致與相鄰金手指間短路,會直接造成產品功能失效。特別在細間距金手指(如0.5mm pitch)中,沾錫橋接風險更高。
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報廢與重工成本:金手指通常無法像一般焊墊那樣輕易進行重工(Rework)修復至原狀,一旦沾錫嚴重,可能面臨報廢,造成生產效益的巨大損失。 預防措施包括SMT前在金手指的地方貼Kpton高溫膠帶來保護,或優化回焊爐溫曲線,以降低發生率。量大者,也有人要求PCB板廠在金手指的地方印刷可剝離防焊漆,不過多多少少還是會產生額外的費用。
總之,金手指沾錫雖非總是立即失效,但潛在風險不容忽視。建議工廠透過SMT製程優化(如爐溫控制、錫膏選擇)來預防,並制定彈性允收標準,以平衡品質與成本。
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