焊錫膏問題分析

焊膏的回流焊接是用在SMT安裝工藝中的主要板級(jí)互連辦法，這種焊接辦法把所需要的焊接特性極好地結(jié)合在一同，這些特性包含易于加工、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本錢低等；然而，在回流焊接被用作為最重要的SMT元件級(jí)和板級(jí)互連辦法的時(shí)分，它也遭到要求進(jìn)一步改善焊接功能的應(yīng)戰(zhàn)，事實(shí)上，回流焊接技能能否經(jīng)受住這一應(yīng)戰(zhàn)將決定焊膏能否繼續(xù)作為首要的SMT焊接資料，尤其是在超纖細(xì)距離技能不斷獲得進(jìn)展的狀況之下。下面咱們將討論影響改善回流焊接功能的幾個(gè)主要問題，為發(fā)激起工業(yè)界研究出處理這一課題的新辦法，咱們分別對(duì)每個(gè)問題簡要介紹如下：

元件固定

雙面回流焊接已選用多年，在此，先對(duì)第一面進(jìn)行印刷布線，安裝元件和軟熔，然后翻過來對(duì)電路板的另一面進(jìn)行加工處理，為了愈加節(jié)省起見，某些工藝省去了對(duì)第一面的軟熔，而是一同軟熔頂面和底面，典型的比如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，因?yàn)橛∷㈦娐钒澹≒CB）的設(shè)計(jì)越來越雜亂，裝在底面上的元件也越來越大，成果軟熔時(shí)元件掉落成為一個(gè)重要的問題。明顯，元件掉落現(xiàn)象是因?yàn)檐浫蹠r(shí)熔化了的焊料對(duì)元件的垂直固定力缺乏，而垂直固定力缺乏可歸因于元件分量添加，元件的可焊性差，焊劑的潮濕性或焊料量缺乏等。其間，第一個(gè)要素是最根本的原因。假如在對(duì)后邊的三個(gè)要素加以改善后仍有元件掉落現(xiàn)象存在，就必須運(yùn)用SMT粘結(jié)劑。明顯，運(yùn)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構(gòu)成焊橋。通常，所有能引起焊膏坍落的要素都會(huì)導(dǎo)致未焊滿，這些要素包含：1，升溫速度太快；2，焊膏的觸變功能太差或是焊膏的粘度在剪切后康復(fù)太慢；3，金屬負(fù)荷或固體含量太低；4，粉料粒度散布太廣；5；焊劑外表張力太小?？墒?，坍落并非必定引起未焊滿，在軟熔時(shí)，熔化了的未焊滿焊料在外表張力的推進(jìn)下有斷開的或許，焊料丟失現(xiàn)象將使未焊滿問題變得愈加嚴(yán)重。在此狀況下，因?yàn)楹噶蟻G失而集合在某一區(qū)域的過量的焊料將會(huì)使熔融焊料變得過多而不易斷開。

除了引起焊膏坍落的要素而外，下面的要素也引起未滿焊的常見原因：1，相對(duì)于焊點(diǎn)之間的空間而言，焊膏熔敷太多；2，加熱溫度過高；3，焊膏受熱速度比電路板更快；4，焊劑潮濕速度太快；5，焊劑蒸氣壓太低；6；焊劑的溶劑成分太高；7，焊劑樹脂軟化點(diǎn)太低。

斷續(xù)潮濕

焊料膜的斷續(xù)潮濕是指有水呈現(xiàn)在光滑的外表上（1.4.5.），這是因?yàn)楹噶夏苷掣皆诖蠖鄶?shù)的固體金屬外表上，并且在熔化了的焊料掩蓋層下隱藏著某些未被潮濕的點(diǎn)，因而，在開端用熔化的焊料來掩蓋外表時(shí)，會(huì)有斷續(xù)潮濕現(xiàn)象呈現(xiàn)。亞穩(wěn)態(tài)的熔融焊料掩蓋層在最小外表能驅(qū)動(dòng)力的效果下會(huì)產(chǎn)生收縮，不一會(huì)兒之后就集合成分離的小球和脊?fàn)疃d起物。斷續(xù)潮濕也能由部件與熔化的焊料相觸摸時(shí)放出的氣體而引起。因?yàn)橛袡C(jī)物的熱分解或無機(jī)物的水合效果而開釋的水分都會(huì)產(chǎn)生氣體。水蒸氣是這些有關(guān)氣體的最常見的成份，在焊接溫度下，水蒸氣具極強(qiáng)的氧化效果，能夠氧化熔融焊料膜的外表或某些外表下的界面（典型的比如是在熔融焊料交界上的金屬氧化物外表）。常見的狀況是較高的焊接溫度和較長的停留時(shí)刻會(huì)導(dǎo)致更為嚴(yán)重的斷續(xù)潮濕現(xiàn)象，尤其是在基體金屬之中，反應(yīng)速度的添加會(huì)導(dǎo)致愈加強(qiáng)烈的氣體開釋。與此一同，較長的停留時(shí)刻也會(huì)延長氣體開釋的時(shí)刻。以上兩方面都會(huì)添加開釋出的氣體量，消除斷續(xù)潮濕現(xiàn)象的辦法是：1，下降焊接溫度；2，縮短軟熔的停留時(shí)刻；3，選用流動(dòng)的慵懶氣氛；4，下降污染程度。

低殘留物

對(duì)不必整理的軟熔工藝而言，為了獲得裝飾上或功能上的效果，常常要求低殘留物，對(duì)功能要求方面的比如包含“經(jīng)過在電路中測驗(yàn)的焊劑殘留物來探查測驗(yàn)堆焊層以及在刺進(jìn)接頭與堆焊層之間或在刺進(jìn)接頭與軟熔焊接點(diǎn)鄰近的通孔之間實(shí)施電觸摸”，較多的焊劑殘?jiān)?huì)導(dǎo)致在要實(shí)施電觸摸的金屬表層上有過多的殘留物掩蓋，這會(huì)阻礙電銜接的建立，在電路密度日益添加的狀況下，這個(gè)問題越發(fā)遭到人們的重視。

明顯，不必整理的低殘留物焊膏是滿意這個(gè)要求的一個(gè)抱負(fù)的處理辦法。然而，與此相關(guān)的軟熔必要條件卻使這個(gè)問題變得愈加雜亂化了。為了預(yù)測在不同等級(jí)的慵懶軟熔氣氛中低殘留物焊膏的焊接功能，提出一個(gè)半經(jīng)歷的模型，這個(gè)模型預(yù)示，跟著氧含量的下降，焊接功能會(huì)迅速地改善，然后逐步趨于平穩(wěn)，試驗(yàn)成果表明，跟著氧濃度的下降，焊接強(qiáng)度和焊膏的潮濕才能會(huì)有所添加，此外，焊接強(qiáng)度也隨焊劑中固體含量的添加而添加。試驗(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)測焊膏與資料的焊接功能，因而，能夠斷語，為了在焊接工藝中成功地選用不必整理的低殘留物焊料，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用慵懶的軟熔氣氛。

空隙

空隙是指在元件引線與電路板焊點(diǎn)之間沒有構(gòu)成焊接點(diǎn)。一般來說，這可歸因于以下四方面的原因：1，焊料熔敷缺乏；2，引線共面性差；3，潮濕不行；4，焊料損耗棗這是由預(yù)鍍錫的印刷電路板上焊膏坍落，引線的芯吸效果（2.3.4）或焊點(diǎn)鄰近的通孔引起的,引線共面性問題是新的分量較輕的12密耳（μm）距離的四芯線扁平集成電路(QFP棗Quad flat packs)的一個(gè)特別令人重視的問題,為了處理這個(gè)問題,提出了在安裝之前用焊料來預(yù)涂覆焊點(diǎn)的辦法(9),此法是擴(kuò)大部分焊點(diǎn)的尺度并沿著興起的焊料預(yù)掩蓋區(qū)構(gòu)成一個(gè)可操控的部分焊接區(qū),并由此來抵償引線共面性的改變和避免空隙,引線的芯吸效果能夠經(jīng)過減慢加熱速度以及讓底面比頂面受熱更多來加以處理,此外,運(yùn)用潮濕速度較慢的焊劑,較高的活化溫度或能推遲熔化的焊膏(如混有錫粉和鉛粉的焊膏)也能最大限度地削減芯吸效果.在用錫鉛掩蓋層光整電路板之前,用焊料掩膜來掩蓋銜接途徑也能避免由鄰近的通孔引起的芯吸作

成球不良

BGA成球常遇到諸如未焊滿,焊球不對(duì)準(zhǔn),焊球漏失以及焊料量缺乏等缺點(diǎn),這通常是因?yàn)檐浫蹠r(shí)對(duì)球體的固定力缺乏或自定心力缺乏而引起。固定力缺乏或許是由低粘稠,高阻擋厚度或高放氣速度構(gòu)成的；而自定力缺乏一般由焊劑活性較弱或焊料量過低而引起。

BGA成球效果可經(jīng)過獨(dú)自運(yùn)用焊膏或許將焊料球與焊膏以及焊料球與焊劑一同運(yùn)用來完成; 正確的可行辦法是將全體預(yù)成形與焊劑或焊膏一同運(yùn)用。最通用的辦法看來是將焊料球與焊膏一同運(yùn)用，利用錫62或錫63球焊的成球工藝產(chǎn)生了極好的效果。在運(yùn)用焊劑來進(jìn)行錫62或錫63球焊的狀況下,缺點(diǎn)率跟著焊劑粘度,溶劑的揮發(fā)性和距離尺度的下降而添加，一同也跟著焊劑的熔敷厚度，焊劑的活性以及焊點(diǎn)直徑的添加而添加，在用焊膏來進(jìn)行高溫熔化的球焊系統(tǒng)中，沒有觀察到有焊球漏失現(xiàn)象呈現(xiàn)，并且其對(duì)準(zhǔn)精確度隨焊膏熔敷厚度與溶劑揮發(fā)性，焊劑的活性，焊點(diǎn)的尺度與可焊性以及金屬負(fù)載的添加而添加，在運(yùn)用錫63焊膏時(shí)，焊膏的粘度，距離與軟熔截面對(duì)高熔化溫度下的成球率幾乎沒有影響。在要求選用慣例的印刷棗開釋工藝的狀況下，易于開釋的焊膏對(duì)焊膏的獨(dú)自成球是至關(guān)重要的。全體預(yù)成形的成球工藝也是很的開展的出路的。削減焊料鏈接的厚度與寬度對(duì)進(jìn)步成球的成功率也是相當(dāng)重要的。

構(gòu)成孔隙

構(gòu)成孔隙通常是一個(gè)與焊接接頭的相關(guān)的問題。尤其是應(yīng)用SMT技能來軟熔焊膏的時(shí)分，在選用無引線陶瓷芯片的狀況下，絕大部分的大孔隙(>0.0005英寸/0.01毫米)是處于LCCC焊點(diǎn)和印刷電路板焊點(diǎn)之間，與此一同,在LCCC城堡狀物鄰近的角焊縫中,僅有很少量的小孔隙，孔隙的存在會(huì)影響焊接接頭的機(jī)械功能,并會(huì)危害接頭的強(qiáng)度,延展性和疲憊壽命,這是因?yàn)榭紫兜某砷L會(huì)聚結(jié)成可延伸的裂紋并導(dǎo)致疲憊，孔隙也會(huì)使焊料的應(yīng)力和 協(xié)變添加,這也是引起損壞的原因。此外,焊料在凝固時(shí)會(huì)產(chǎn)生收縮,焊接電鍍通孔時(shí)的分層排氣以及夾藏焊劑等也是構(gòu)成孔隙的原因。

在焊接進(jìn)程中,構(gòu)成孔隙的械制是比較雜亂的，一般而言,孔隙是由軟熔時(shí)夾層狀結(jié)構(gòu)中的焊猜中夾藏的焊劑排氣而構(gòu)成的(2,13)孔隙的構(gòu)成主要由金屬化區(qū)的可焊性決定,并跟著焊劑活性的下降,粉末的金屬負(fù)荷的添加以及引線接頭下的掩蓋區(qū)的添加而改變,削減焊料顆粒的尺度僅能銷許添加孔隙。此外,孔隙的構(gòu)成也與焊料粉的聚結(jié)和消除固定金屬氧化物之間的時(shí)刻分配有關(guān)。焊膏聚結(jié)越早，構(gòu)成的孔隙也越多。通常,大孔隙的份額隨總孔隙量的添加而添加.與總孔隙量的分析成果所示的狀況比較,那些有啟發(fā)性的引起孔隙構(gòu)成要素將對(duì)焊接接頭的可靠性產(chǎn)生更大的影響,操控孔隙構(gòu)成的辦法包含:1,改善元件/衫底的可焊性;2,選用具有較高助焊活性的焊劑;3,削減焊料粉狀氧化物;4,選用慵懶加熱氣氛.5,減緩軟熔前的預(yù)熱進(jìn)程.與上述狀況比較,在BGA安裝中孔隙的構(gòu)成遵照一個(gè)略有不同的模式(14).一般說來.在選用錫63焊料塊的BGA安裝中孔隙主要是在板級(jí)安裝階段生成的.在預(yù)鍍錫的印刷電路板上,BGA接頭的孔隙量隨溶劑的揮發(fā)性,金屬成分和軟熔溫度的升高而添加,一同也隨粉粒尺度的削減而添加;這可由決定焊劑排出速度的粘度來加以解說.按照這個(gè)模型,在軟熔溫度下有較高粘度的助焊劑介質(zhì)會(huì)阻礙焊劑從熔融焊猜中排出,因而,添加夾藏焊劑的數(shù)量會(huì)增大放氣的或許性,從而導(dǎo)致在BGA安裝中有較大的孔隙度.在不考慮固定的金屬化區(qū)的可焊性的狀況下,焊劑的活性和軟熔氣氛對(duì)孔隙生成的影響似乎能夠忽略不計(jì).大孔隙的份額會(huì)隨總孔隙量的添加而添加,這就表明,與總孔隙量分析成果所示的狀況比較,在BGA中引起孔隙生成的要素對(duì)焊接接頭的可靠性有更大的影響,這一點(diǎn)與在SMT工藝中空隙生城的狀況類似。

當(dāng)錫膏至于一個(gè)加熱的環(huán)境中，錫膏回流分為五個(gè)階段　首要，用于達(dá)到所需粘度和絲印功能的溶劑開端蒸騰，溫度上升必需慢(大約每秒3°C)，以約束沸騰和飛濺，避免構(gòu)成小錫珠，還有，一些元件對(duì)內(nèi)部應(yīng)力比較靈敏，假如元件外部溫度上升太快，會(huì)構(gòu)成開裂。

助焊劑活躍，化學(xué)清洗舉動(dòng)開端，水溶性助焊劑和免洗型助焊劑都會(huì)產(chǎn)生同樣的清洗舉動(dòng)，只不過溫度稍微不同。將金屬氧化物和某些污染從即將結(jié)合的金屬和焊錫顆粒上清除。好的冶金學(xué)上的錫焊點(diǎn)要求“清潔”的外表。

當(dāng)溫度繼續(xù)上升，焊錫顆粒首要獨(dú)自熔化，并開端液化和外表吸錫的“燈草”進(jìn)程。這樣在所有或許的外表上掩蓋，并開端構(gòu)成錫焊點(diǎn)。

這個(gè)階段最為重要，當(dāng)單個(gè)的焊錫顆粒全部熔化后，結(jié)合一同構(gòu)成液態(tài)錫，這時(shí)外表張力效果開端構(gòu)成焊腳外表，假如元件引腳與PCB焊盤的空隙超過4mil，則極或許因?yàn)橥獗韽埩κ挂_和焊盤分隔，即構(gòu)成錫點(diǎn)開路。

冷卻階段，假如冷卻快，錫點(diǎn)強(qiáng)度會(huì)稍微大一點(diǎn)，但不能夠太快而引起元件內(nèi)部的溫度應(yīng)力。

回流焊接要求總結(jié)：

重要的是有充分的緩慢加熱來安全地蒸騰溶劑，避免錫珠構(gòu)成和約束因?yàn)闇囟让洿笠鸬脑?nèi)部應(yīng)力，構(gòu)成開裂痕可靠性問題。

其次，助焊劑活躍階段必須有適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻和溫度，允許清潔階段在焊錫顆粒剛剛開端熔化時(shí)完成。

時(shí)刻溫度曲線中焊錫熔化的階段是最重要的，必須充分地讓焊錫顆粒徹底熔化，液化構(gòu)成冶金焊接，剩下溶劑和助焊劑殘余的蒸騰，構(gòu)成焊腳外表。此階段假如太熱或太長，或許對(duì)元件和PCB構(gòu)成傷害。

錫膏回流溫度曲線的設(shè)定，最好是根據(jù)錫膏供貨商提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行，一同掌握元件內(nèi)部溫度應(yīng)力改變原則，即加熱溫升速度小于每秒3°C，和冷卻溫降速度小于5° C。

PCB安裝假如尺度和分量很類似的話，可用同一個(gè)溫度曲線。

重要的是要常常乃至每天檢測溫度曲線是否正確。

總 結(jié)

焊膏的回流焊接是SMT安裝工藝中的主要的板極互連辦法，影響回流焊接的主要問題包含：底面元件的固定、未焊滿、斷續(xù)潮濕、低殘留物、空隙、焊料成球、焊料結(jié)珠、焊接角焊縫抬起、TombstoningBGA成球不良、構(gòu)成孔隙等,問題還不僅限于此,在本文中未提及的問題還有浸析效果,金屬間化物,不潮濕,歪扭,無鉛焊接等.只有處理了這些問題,回流焊接作為一個(gè)重要的SMT安裝辦法,才能在超纖細(xì)距離的年代繼續(xù)成功地保留下去。