錫膏使用常見(jiàn)工藝問(wèn)題及分析（上）

錫膏使用常見(jiàn)問(wèn)題及分析焊錫膏的回流焊接是用在SMT貼片加工工藝中的主要板級(jí)互連方法，這種焊接方法把所需要的焊接性極好地結(jié)合在一起，這些特性包括易于加工、對(duì)各種SMT設(shè)計(jì)有廣泛的兼容性，具有高的焊接可靠性以及成本低等；然而，在回流焊接被用作為最重要的SMT元件級(jí)和板級(jí)互連方法的時(shí)候，它也受到要求進(jìn)一步改進(jìn)焊接性的挑戰(zhàn)，事實(shí)上，回流焊技術(shù)能否經(jīng)受住這一挑戰(zhàn)將決定焊膏能否繼續(xù)作為首要的SMT焊接材料，尤其是在超細(xì)微間距技術(shù)不斷取得進(jìn)展的情況之下。下面我們將探討影響改進(jìn)回流焊接性能的幾個(gè)主要問(wèn)題，為發(fā)激發(fā)工業(yè)界研究出解決這一課的新方法，我們分別對(duì)每個(gè)問(wèn)題簡(jiǎn)要介紹如下：

錫膏工藝

底面元件的固定

雙面回流焊接已采用多年，在此，先對(duì)第一面進(jìn)行印刷布布線，安裝元件和軟熔，然后翻過(guò)來(lái)對(duì)電路板的另一面進(jìn)行PCBA加工處理，為了更加節(jié)省起見(jiàn)，某此工藝省去了對(duì)第一面的軟熔，而是同時(shí)軟熔頂面和底面，典型的例子是電路板底面上僅裝有小的元件，如芯片電容器和芯片電阻器，出于印刷電路板（PCB）的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，裝在底面的元件也越來(lái)越大，結(jié)果軟熔時(shí)元件脫落成為一個(gè)重要的問(wèn)題。顯然，元件脫落現(xiàn)象是由于軟熔時(shí)熔化了的焊料對(duì)元件垂直固定力不足，而垂直固定力不足可歸因于元件重量增加，元件的可焊性差，焊劑的潤(rùn)濕性或焊料量不足等，其中，第一個(gè)因素是最根本的原因。如果在對(duì)后面的三個(gè)因素加以改進(jìn)后仍有元件脫落現(xiàn)象存在，就必須使用SMT粘結(jié)劑。顯然，使用粘結(jié)劑將會(huì)使軟熔時(shí)元件自對(duì)準(zhǔn)的效果變差。

未焊滿

未焊滿是在相鄰的引線之間形成焊橋。通常，所有能引起焊膏坍落的因素都會(huì)導(dǎo)致未焊滿，這些因素包括：

1、升溫速度太快；

2、焊膏的觸變性能太差或是焊膏的粘度在剪切后恢復(fù)太慢；

3、金屬負(fù)荷或固體含量太低；

4、粉料粒度頒太廣；

5、焊劑表面張力太小。但是，坍落并非必然引起未焊滿，在軟熔時(shí)，熔化了的未焊滿焊料在表面張力的推動(dòng)下有斷開(kāi)的可能，焊料流失現(xiàn)象將使未焊滿問(wèn)題變得更加嚴(yán)重。在此情況下，由于焊料流失而聚集在某一區(qū)域的過(guò)量的焊料將會(huì)使熔融焊料變得過(guò)多而不易斷開(kāi)。

除了引起焊膏坍落的因素外，下面的因素也引起未滿焊的常見(jiàn)原因：

1、相對(duì)于焊點(diǎn)之間的空間而言，焊膏熔敷太多；

2、加熱溫度過(guò)高；

3、焊膏受熱速度比電路板更快；

4、焊劑潤(rùn)濕速度太快；

5、焊劑蒸氣壓太大；

6、焊劑的溶劑成分太高；

7、焊劑樹(shù)脂軟化點(diǎn)太低。

繼續(xù)潤(rùn)濕

焊料膜的斷續(xù)潤(rùn)濕是指出現(xiàn)在光滑的表面上，這是由于焊料表面能粘附在大多數(shù)的固體金屬表面上，并且在融化了的焊料覆蓋層下隱藏著某些未被潤(rùn)濕的點(diǎn)，因此，在最初用熔化的焊料來(lái)覆蓋表面時(shí)，會(huì)有繼續(xù)潤(rùn)濕現(xiàn)象出現(xiàn)。亞穩(wěn)態(tài)的熔融焊料覆蓋層在最小表面能驅(qū)動(dòng)力的作用下會(huì)發(fā)生收縮，不一會(huì)兒之后就聚集成分離的小球和脊?fàn)疃d起物。繼續(xù)潤(rùn)濕也能由部件與熔化的焊料相接觸時(shí)放出的氣體而引起。由于有機(jī)物的熱分解或無(wú)機(jī)物的水合作用而釋放的水分都會(huì)產(chǎn)生氣體。水蒸氣是這些有關(guān)氣體的最常見(jiàn)的成份，在焊接溫度下，水蒸氣具極強(qiáng)的氧化作用，能夠氧化熔融焊料膜的表面或某些表面下的界面（典型的例子是在熔焊料交界上的金屬氧化物表面）。常見(jiàn)的情況是較高的焊接溫度和較長(zhǎng)的停留時(shí)間會(huì)導(dǎo)致更為嚴(yán)重的斷續(xù)潤(rùn)濕現(xiàn)象，尤其是在基體金屬之中，反應(yīng)速度的增加會(huì)導(dǎo)致更加猛烈的氣體釋放。與此同時(shí)，較長(zhǎng)的停留時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)氣體釋放的時(shí)間。

以上兩方面都會(huì)增加釋放氣體量，消除繼續(xù)潤(rùn)濕現(xiàn)象的方法是：

1、降低焊接溫度；

2、縮短軟熔的停留時(shí)間；

3、采用流動(dòng)的惰性氣氛；

4、降低污染程度。

低殘留物

對(duì)不用清理的軟熔工藝而言，為了獲得裝飾上或功能上的效果，常常要求低殘留物，對(duì)功能要求方面的例子包括“通過(guò)在電路中測(cè)試的焊劑殘留物來(lái)探查測(cè)試堆焊層以及在插入接頭與軟熔焊點(diǎn)附近的通孔之間實(shí)行電接觸”，較多的焊劑殘?jiān)?huì)導(dǎo)致在要實(shí)行電接觸的金屬表層上有過(guò)多的殘留物覆蓋，這會(huì)妨礙電連接的建立，在電路密度日益增加的情況下，這個(gè)問(wèn)題越發(fā)受到人們的關(guān)注。

顯然，不用清理的低殘留物焊膏是滿足這個(gè)要求的一個(gè)理想的解決辦法。然而，與此相關(guān)的軟熔必要條件卻使這個(gè)問(wèn)題變得更加復(fù)雜了。為了預(yù)測(cè)在不同級(jí)別的惰性軟熔氣氛中低殘留物焊膏的焊接性能，提出一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)的模型，這個(gè)模型預(yù)示，隨著氧含量的降低，焊接性能會(huì)迅速地改進(jìn)，然后逐漸趨于平穩(wěn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著氧濃度的降低，焊接強(qiáng)度和焊膏的潤(rùn)濕能力會(huì)有所增加，此外，焊接強(qiáng)度也隨焊劑中固體含量的增加而增加。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所提出的模型是可比較的，并強(qiáng)有力地證明了模型是有效的，能夠用以預(yù)測(cè)焊膏與材料的焊接性能，因此，可以斷言，為了在焊接工藝中成功地采用不用清理的低殘留物焊料，應(yīng)當(dāng)使用惰性的軟熔氣氛。

間隙

間隙是指在元件引線與電路板焊點(diǎn)之間沒(méi)有形成焊接點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，這可歸于以下四方面的原因：

1、焊料熔敷不足；

2、引線共面性差；

3、潤(rùn)濕不夠；

4、焊料損耗。

這是由預(yù)鍍錫的印刷電路板上焊膏坍落，引線的芯吸作用或焊點(diǎn)附近的通孔引起的，引線共面性問(wèn)題是新的重量較輕的12密耳(um)間距的四芯線扁平集成電路（QFPQuadflatpacks）的一個(gè)特別令人關(guān)注的問(wèn)題，為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出了在裝配之前用焊料來(lái)預(yù)涂覆焊點(diǎn)的方法，此方法是擴(kuò)大局部焊點(diǎn)的尺寸并沿著鼓起的焊料預(yù)覆蓋區(qū)形成一個(gè)可控制的局部焊接區(qū)，并由此來(lái)抵償引線共面性的變化和防止間隙，引線的苡吸作用可以通過(guò)減慢加熱速度以及讓底面比頂面受熱更多來(lái)加以解決，此外，使用潤(rùn)濕速度較慢的焊劑，較高的活化溫度或能延緩熔化的焊膏（如混有錫粉和鉛粉的焊膏）也能最大限度地減少芯吸作用，在用錫鉛覆蓋層光整電路板之前，用焊料掩膜來(lái)覆蓋連接路徑也能防止由附近的通孔引起的芯吸作用。

焊料成球

焊料成球是最常見(jiàn)的也是最棘手的問(wèn)題，這指軟熔工序中焊料在離主焊料熔池不遠(yuǎn)的地方凝固成大小不等的球粒；大多數(shù)的情況下，這些球粒是由焊膏中的焊料粉組成的，焊料成球使人心耽心會(huì)有電路短路、漏電和焊接點(diǎn)上焊料不足等問(wèn)題發(fā)生，隨著細(xì)微間距技術(shù)和不用清理的焊接方法的進(jìn)展，人們?cè)絹?lái)越迫切地要求使用無(wú)焊料成球現(xiàn)象的SMT工藝。

引起焊料成球的原因包括：

1、由于電路印制工藝不當(dāng)而造成的油漬；

2、焊膏過(guò)多地暴露在具有氧化作用的環(huán)境中；

3、焊膏過(guò)多地暴露在潮濕環(huán)境中；

4、不適當(dāng)?shù)募訜岱椒ǎ?/span>

5、加熱速度太快；

6、預(yù)熱斷面太長(zhǎng)；

7、焊料掩膜和焊膏間的相互作用；

8、焊劑活性不夠；

9、焊粉氧化物或污染過(guò)多；

10、塵粒太多；

11、在特定的軟熔處理中，焊劑里混入了不適當(dāng)?shù)膿]發(fā)物；

12、由于焊膏配方不當(dāng)而引起的焊料坍落；

13、焊膏使用前沒(méi)有充分恢復(fù)至室溫就打開(kāi)包裝使用；

14、印刷厚度過(guò)厚導(dǎo)致“塌落”形成錫球；

15、焊膏中金屬含量偏低。

焊料結(jié)珠

焊料結(jié)珠是在使用焊膏和SMT工藝時(shí)焊料成球的一個(gè)特殊現(xiàn)象，簡(jiǎn)單地說(shuō)，焊珠是指那些非常大的焊球，其上粘帶有（或沒(méi)有）細(xì)小的焊料球。它們形在在具有極低的托腳元件如芯片電容器的周?chē)：噶辖Y(jié)珠是由焊劑排氣而引起，在預(yù)熱階段這種排氣作用超過(guò)焊膏的內(nèi)聚力，排氣促進(jìn)了焊膏在低間隙元件下形成孤立的團(tuán)粒，在軟熔時(shí)，熔化了的孤立焊膏再次從元件下冒出來(lái)，并聚結(jié)起。

焊接結(jié)珠的原因包括：

1、印刷電路的厚度太高；

2、焊點(diǎn)和元件重疊太多；

3、在元件下涂了過(guò)多錫膏；

4、安置元件的壓力太大；

5、預(yù)熱時(shí)溫度上升速度太快；

6、預(yù)熱溫度太高；

7、在濕氣從元件和阻焊料中釋放出來(lái)；

8、焊劑的活性太高；

9、所用的粉料太細(xì)；

10、金屬負(fù)荷太低；

11、焊膏坍落太多；

12、焊粉氧化物太多；

13、溶劑蒸氣壓不足。

消除焊料的最簡(jiǎn)易的方法也許是改變模版孔隙形狀，以使在低托腳元件和焊點(diǎn)之間夾有較少的焊膏。