表面贴装SMT无铅焊接过程中的主要缺陷原因分析

     无铅焊接产生焊锡珠（SOLDER BALL）现象是表面贴装（SMT）过程中的主要缺陷，主要发生在片式阻容元件（CHIP）的周围，由诸多因素引起。本文通过对可能产生焊锡珠的各种原因的分析，提出相应的解决方法。 
      The lead-free welding production solder ball phenomenon is the main defect id SMT process, it appears minly beside the chips,made by many facts.This article analyse the causation & countermeasure of solder ball generating. 
     无铅焊接产生焊锡珠现象是表面贴装过程中的主要缺陷之一，它的产生是一个复杂的过程，也是最烦人的问题，要完全消除它，是非常困难的。 


      焊锡珠的直径大致在0.2ｍｍ～0.4ｍｍ之间，也有超过此范围的，主要集中在片式阻容元件的周围。焊锡珠的存在，不仅影响了电子产品的外观，也对产品的质量埋下了隐患。原因是现代化印制板元件密度高，间距小，焊锡珠在使用时可能脱落，从而造成元件短路，影响电子产品的质量。因此，很有必要弄清它产生的原因，并对它进行有效的控制，显得尤为重要了。一般来说，焊锡珠的产生原因是多方面，综合的。焊膏的印刷厚度、焊膏的组成及氧化度、模板的制作及开口、焊膏是否吸收了水分、元件贴装压力、元器件及焊盘的可焊性、再流焊温度的设置、外界环境的影响都可能是焊锡珠产生的原因。 


下面我就从各方面来分焊锡珠产生的原因及解决方法。 


焊膏的选用直接影响到焊接质量。焊膏中金属的含量、焊膏的氧化度，焊膏中合金焊料粉的粒度及焊膏印刷到印制板上的厚度都能影响焊珠的产生。 


Ａ、焊膏的金属含量。焊膏中金属含量其质量比约为88％～92％，体积比约为50％。当金属含量增加时，焊膏的黏度增加，就能有效地抵抗预热过程中汽化产生的力。另外，金属含量的增加，使金属粉末排列紧密，使其在熔化时更容结合而不被吹散。此外，金属含量的增加也可能减小焊膏印刷后的″塌落″，因此，不易产生焊锡珠。 


Ｂ、焊膏的金属氧化度。在焊膏中，金属氧化度越高在焊接时金属粉末结合阻力越大，焊膏与焊盘及元件之间就越不浸润，从而导致可焊性降低。实验表明：焊锡珠的发生率与金属粉末的氧化度成正比。一般的，焊膏中的焊料氧化度应控制在０．０５％以下，最大极限为0.15％。 


Ｃ、焊膏中金属粉末的粒度。焊膏中粉末的粒度越小，焊膏的总体表面积就越大，从而导致较细粉末的氧化度较高，因而焊锡珠现象加剧。我们的实验表明：选用较细颗粒度的焊膏时，更容易产生焊锡粉。 


Ｄ、焊膏在印制板上的印刷厚度。焊膏印刷后的厚度是漏板印刷的一个重要参数，通常在0.12ｍｍ－0.20ｍｍ之间。焊膏过厚会造成焊膏的″塌落″，促进焊锡珠的产生。 


Ｅ、焊膏中助焊剂的量及焊剂的活性。焊剂量太多，会造成焊膏的局部塌落，从而使焊锡珠容易产生。另外，焊剂的活性小时，焊剂的去氧化能力弱，从而也容易产生锡珠。免清洗焊膏的活性较松香型和水溶型焊膏要低，因此就更有可能产生焊锡珠。 


Ｆ、此外，焊膏在使用前，一般冷藏在冰箱中，取出来以后应该使其恢复到室温后打开使用，否则，焊膏容易吸收水分，在再流焊锡飞溅而产生焊锡珠。 


２、模板的制作及开口。我们一般根据印制板上的焊盘来制作模板，所以模板的开口就是焊盘的大小。在印刷焊膏时，容易把焊膏印刷到阻焊层上，从而在再流焊时产生焊锡珠。因此，我们可以这样来制作模板，把模板的开口比焊盘的实际尺寸减小１０％，另外，可以更改开口的外形来达到理想的效果。下面是几种推荐的焊盘设计：


模板的厚度决了焊膏的印刷厚度，所以适当地减小模板的厚度也可以明显改善焊锡珠现象。我们曾经进行过这样的实验：起先使用０．１８ｍｍ厚的模板，再流焊后发现阻容元件旁边的焊锡珠比较严重，后来，重新制作了一张模板，厚度改为０．１５ｍｍ，开口形式为上面图中的前一种设计，再流焊基本上消除了焊锡珠。 


件贴装压力及元器件的可焊性。如果在贴装时压力太高，焊膏就容易被挤压到元件下面的阻焊层上，在再流焊时焊锡熔化跑到元件的周围形成焊锡珠。解决方法可以减小贴装时的压力，并采用上面推荐使用的模板开口形式，避免焊膏被挤压到焊盘外边去。另外，元件和焊盘焊性也有直接影响，如果元件和焊盘的氧化度严重，也会造成焊锡珠的产生。经过热风整平的焊盘在焊膏印刷后，改变了焊锡与焊剂的比例，使焊剂的比例降低，焊盘越小，比例失调越严重，这也是产生焊锡珠的一个原因。 


再流焊温度的设置。焊锡珠是在印制板通过再流焊时产生的，再流焊可分为四个阶段：预热、保温、再流、冷却。在预热阶段使焊膏和元件及焊盘的温度上升到１２００Ｃ－１５００Ｃ之间，减小元器件在再流时的热冲击，在这个阶段，焊膏中的焊剂开始汽化，从而可能使小颗粒金属分开跑到元件的底下，在再流时跑到元件周围形成焊锡珠。在这一阶段，温度上升不能太快，一般应小于１．５０Ｃ／ｓ，过快容易造成焊锡飞溅，形成焊锡珠。所以应该调整再流焊的温度曲线，采取较适中的预热温度和预热速度来控制焊锡珠的产生。 


外界因素的影响。一般焊膏印刷时的最佳温度为２５０Ｃ＋３０Ｃ，湿度为相对湿度６０％，温度过高，使焊膏的黏度降低，容易产生″塌落″，湿度过模高，焊膏容易吸收水分，容易发生飞溅，这都是引起焊锡珠的原因。另外，印制板暴露在空气中较长的时间会吸收水分，并发生焊盘氧化，可焊性变差，可以在１２００Ｃ－１５００Ｃ的干燥箱中烘烤１２－１４ｈ?去除水汽。 


综上可见，焊锡珠的产生是一个极复杂的过程，我们在调整参数时应综合考虑，在生产中摸索经验，达到对焊锡珠的最佳控制。

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文章来源: http://www.aoi-tech.com

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