使用焊錫膏常見問題分析
焊膏的回流焊接是用在SMT裝配工藝中的主要板級互連方法，這種焊接方法把所需要的焊接特性極好地結合在一起，這些特性包括易於加工、對各種SMT設計有廣泛的兼容性，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yuan件jian級ji和he板ban級ji互hu連lian方fang法fa的de時shi候hou，它ta也ye受shou到dao要yao求qiu進jin一yi步bu改gai進jin焊han接jie性xing能neng的de挑tiao戰zhan，事shi實shi上shang，回hui流liu焊han接jie技ji術shu能neng否fou經jing受shou住zhu這zhe一yi挑tiao戰zhan將jiang決jue定ding焊han膏gao能neng否fou繼ji續xu作zuo為wei首shou要yao的deSMT焊han接jie材cai料liao，尤you其qi是shi在zai超chao細xi微wei間jian距ju技ji術shu不bu斷duan取qu得de進jin展zhan的de情qing況kuang之zhi下xia。下xia麵mian我wo們men將jiang探tan討tao影ying響xiang改gai進jin回hui流liu焊han接jie性xing能neng的de幾ji個ge主zhu要yao問wen題ti，為wei發fa激ji發fa工gong業ye界jie研yan究jiu出chu解jie決jue這zhe一yi課ke題ti的de新xin方fang法fa，我wo們men分fen別bie對dui每mei個ge問wen題ti簡jian要yao介jie紹shao。
dimianyuanjiandegudingshuangmianhuiliuhanjieyicaiyongduonian，zaici，xianduidiyimianjinxingyinshuabuxian，anzhuangyuanjianheruanrong，ranhoufanguolaiduidianlubandelingyimianjinxingjiagongchuli，weilegengjiajieshengqijian，mouxiegongyishengquleduidiyimianderuanrong，ershitongshiruanrongdingmianhedimian，dianxingdelizishidianlubandimianshangjinzhuangyouxiaodeyuanjian，ruxinpiandianrongqihexinpiandianzuqi，youyuyinshuadianluban（PCB）的(de)設(she)計(ji)越(yue)來(lai)越(yue)複(fu)雜(za)，裝(zhuang)在(zai)底(di)麵(mian)上(shang)的(de)元(yuan)件(jian)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)，結(jie)果(guo)軟(ruan)熔(rong)時(shi)元(yuan)件(jian)脫(tuo)落(luo)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)問(wen)題(ti)。顯(xian)然(ran)，元(yuan)件(jian)脫(tuo)落(luo)現(xian)象(xiang)是(shi)由(you)於(yu)軟(ruan)熔(rong)時(shi)熔(rong)化(hua)了(le)的(de)焊(han)料(liao)對(dui)元(yuan)件(jian)的(de)垂(chui)直(zhi)固(gu)定(ding)力(li)不(bu)足(zu)，而(er)垂(chui)直(zhi)固(gu)定(ding)力(li)不(bu)足(zu)可(ke)歸(gui)因(yin)於(yu)元(yuan)件(jian)重(zhong)量(liang)增(zeng)加(jia)，元(yuan)件(jian)的(de)可(ke)焊(han)性(xing)差(cha)，焊(han)劑(ji)的(de)潤(run)濕(shi)性(xing)或(huo)焊(han)料(liao)量(liang)不(bu)足(zu)等(deng)。其(qi)中(zhong)，第(di)一(yi)個(ge)因(yin)素(su)是(shi)最(zui)根(gen)本(ben)的(de)原(yuan)因(yin)。如(ru)果(guo)在(zai)對(dui)後(hou)麵(mian)的(de)三(san)個(ge)因(yin)素(su)加(jia)以(yi)改(gai)進(jin)後(hou)仍(reng)有(you)元(yuan)件(jian)脫(tuo)落(luo)現(xian)象(xiang)存(cun)在(zai)，就(jiu)必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)SMT粘結劑。顯然，使用粘結劑將會使軟熔時元件自對準的效果變差。
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導致未焊滿，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後恢複太慢；
3，金屬負荷或固體含量太低；
4，粉料粒度分布太廣；
5，焊han劑ji表biao麵mian張zhang力li太tai校xiao但dan是shi，坍tan落luo並bing非fei必bi然ran引yin起qi未wei焊han滿man，在zai軟ruan熔rong時shi，熔rong化hua了le的de未wei焊han滿man焊han料liao在zai表biao麵mian張zhang力li的de推tui動dong下xia有you斷duan開kai的de可ke能neng，焊han料liao流liu失shi現xian象xiang將jiang使shi未wei焊han滿man問wen題ti變bian得de更geng加jia嚴yan重zhong。在zai此ci情qing況kuang下xia，由you於yu焊han料liao流liu失shi而er聚ju集ji在zai某mou一yi區qu域yu的de過guo量liang的de焊han料liao將jiang會hui使shi熔rong融rong焊han料liao變bian得de過guo多duo而er不bu易yi斷duan開kai。
除了引起焊膏坍落的因素而外，下麵的因素也引起未滿焊的常見原因：
1， 相對於焊點之間的空間而言，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， 焊劑潤濕速度太快；
5， 焊劑蒸氣壓太低；
6， 焊劑的溶劑成分太高；
7， 焊劑樹脂軟化點太低。
斷續潤濕焊料膜的斷續潤濕是指有水出現在光滑的表麵上（1.4.5.），zheshiyouyuhanliaonengzhanfuzaidaduoshudegutijinshubiaomianshang，bingqiezaironghualedehanliaofugaicengxiayinzangzhemouxieweibeirunshidedian，yinci，zaizuichuyongronghuadehanliaolaifugaibiaomianshi，huiyouduanxurunshixianxiangchuxian。yawentaiderongronghanliaofugaicengzaizuixiaobiaomiannengqudonglidezuoyongxiahuifashengshousuo，buyihuierzhihoujiujujichengfenlidexiaoqiuhejizhuangtuqiwu。duanxurunshiyenengyoubujianyuronghuadehanliaoxiangjiechushifangchudeqitieryinqi。youyuyoujiwuderefenjiehuowujiwudeshuihezuoyongershifangdeshuifendouhuichanshengqiti。shuizhengqishizhexieyouguanqitidezuichangjiandechengfen，zaihanjiewenduxia，shuizhengqijujiqiangdeyanghuazuoyong，nenggouyanghuarongronghanliaomodebiaomianhuomouxiebiaomianxiadejiemian（典型的例子是在熔融焊料交界上的金屬氧化物表麵）。changjiandeqingkuangshijiaogaodehanjiewenduhejiaochangdetingliushijianhuidaozhigengweiyanzhongdeduanxurunshixianxiang，youqishizaijitijinshuzhizhong，fanyingsududezengjiahuidaozhigengjiamengliedeqitishifang。yucitongshi，jiaochangdetingliushijianyehuiyanchangqitishifangdeshijian。yishangliangfangmiandouhuizengjiashifangchudeqitiliang，xiaochuduanxurunshixianxiangdefangfashi：
1，降低焊接溫度；
2，縮短軟熔的停留時間；
3，采用流動的惰性氣氛；
4，降低汙染程度。
低殘留物對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，對功能要求方麵的例子包括“通過在電路中測試的焊劑殘留物來探查測試堆焊層以及在插入接頭與堆焊層之間或在插入接頭與軟熔焊接點附近的通孔之間實行電接觸”，較(jiao)多(duo)的(de)焊(han)劑(ji)殘(can)渣(zha)常(chang)會(hui)導(dao)致(zhi)在(zai)要(yao)實(shi)行(xing)電(dian)接(jie)觸(chu)的(de)金(jin)屬(shu)表(biao)層(ceng)上(shang)有(you)過(guo)多(duo)的(de)殘(can)留(liu)物(wu)覆(fu)蓋(gai)，這(zhe)會(hui)妨(fang)礙(ai)電(dian)連(lian)接(jie)的(de)建(jian)立(li)，在(zai)電(dian)路(lu)密(mi)度(du)日(ri)益(yi)增(zeng)加(jia)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)越(yue)發(fa)受(shou)到(dao)人(ren)們(men)的(de)關(guan)注(zhu)。顯(xian)然(ran)，不(bu)用(yong)清(qing)理(li)的(de)低(di)殘(can)留(liu)物(wu)焊(han)膏(gao)是(shi)滿(man)足(zu)這(zhe)個(ge)要(yao)求(qiu)的(de)一(yi)個(ge)理(li)想(xiang)的(de)解(jie)決(jue)辦(ban)法(fa)。然(ran)而(er)，與(yu)此(ci)相(xiang)關(guan)的(de)軟(ruan)熔(rong)必(bi)要(yao)條(tiao)件(jian)卻(que)使(shi)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)複(fu)雜(za)化(hua)了(le)。為(wei)了(le)預(yu)測(ce)在(zai)不(bu)同(tong)級(ji)別(bie)的(de)惰(duo)性(xing)軟(ruan)熔(rong)氣(qi)氛(fen)中(zhong)低(di)殘(can)留(liu)物(wu)焊(han)膏(gao)的(de)焊(han)接(jie)性(xing)能(neng)，提(ti)出(chu)一(yi)個(ge)半(ban)經(jing)驗(yan)的(de)模(mo)型(xing)，這(zhe)個(ge)模(mo)型(xing)預(yu)示(shi)，隨(sui)著(zhe)氧(yang)含(han)量(liang)的(de)降(jiang)低(di)，焊(han)接(jie)性(xing)能(neng)會(hui)迅(xun)速(su)地(di)改(gai)進(jin)，然(ran)後(hou)逐(zhu)漸(jian)趨(qu)於(yu)平(ping)穩(wen)，實(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，隨(sui)著(zhe)氧(yang)濃(nong)度(du)的(de)降(jiang)低(di)，焊(han)接(jie)強(qiang)度(du)和(he)焊(han)膏(gao)的(de)潤(run)濕(shi)能(neng)力(li)會(hui)有(you)所(suo)增(zeng)加(jia)，此(ci)外(wai)，焊(han)接(jie)強(qiang)度(du)也(ye)隨(sui)焊(han)劑(ji)中(zhong)固(gu)體(ti)含(han)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)加(jia)。實(shi)驗(yan)數(shu)據(ju)所(suo)提(ti)出(chu)的(de)模(mo)型(xing)是(shi)可(ke)比(bi)較(jiao)的(de)，並(bing)強(qiang)有(you)力(li)地(di)證(zheng)明(ming)了(le)模(mo)型(xing)是(shi)有(you)效(xiao)的(de)，能(neng)夠(gou)用(yong)以(yi)預(yu)測(ce)焊(han)膏(gao)與(yu)材(cai)料(liao)的(de)焊(han)接(jie)性(xing)能(neng)，因(yin)此(ci)，可(ke)以(yi)斷(duan)言(yan)，為(wei)了(le)在(zai)焊(han)接(jie)工(gong)藝(yi)中(zhong)成(cheng)功(gong)地(di)采(cai)用(yong)不(bu)用(yong)清(qing)理(li)的(de)低(di)殘(can)留(liu)物(wu)焊(han)料(liao)，應(ying)當(dang)使(shi)用(yong)惰(duo)性(xing)的(de)軟(ruan)熔(rong)氣(qi)氛(fen)。
間隙 間隙是指在元件引線與電路板焊點之間沒有形成焊接點。一般來說，這可歸因於以下四方麵的原因：
1，焊料熔敷不足；
2，引線共麵性差；
3，潤濕不夠；
4，焊料損耗棗這是由預鍍錫的印刷電路板上焊膏坍落
引線的芯吸作用或焊點附近的通孔引起的,引線共麵性問題是新的重量較輕的12密耳（μm）間距的四芯線扁平集成電路(QFP棗Quad flat packs)的一個特別令人關注的問題,為了解決這個問題,提出了在裝配之前用焊料來預塗覆焊點的方法,此法是擴大局部焊點的尺寸並沿著鼓起的焊料預覆蓋區形成一個可控製的局部焊接區,並由此來抵償引線共麵性的變化和防止間隙,引線的芯吸作用可以通過減慢加熱速度以及讓底麵比頂麵受熱更多來加以解決,此外,使用潤濕速度較慢的焊劑,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的也是最棘手的問題，這指軟熔工序中焊料在離主焊料熔池不遠的地方凝固成大小不等的球粒；大多數的情況下,這些球粒是由焊膏中的焊料粉組成的，焊料成球使人們耽心會有電路短路、漏電和焊接點上焊料不足等問題發生，隨著細微間距技術和不用清理的焊接方法的進展，人們越來越迫切地要求使用無焊料成球現象的SMT工藝。引起焊料成球的原因包括：
1,由於電路印製工藝不當而造成的油漬;
2,焊膏過多地暴露在具有氧化作用的環境中;
3,焊膏過多地暴露在潮濕環境中;
4,不適當的加熱方法;
5,加熱速度太快;
6,預熱斷麵太長;
7,焊料掩膜和焊膏間的相互作用;
8,焊劑活性不夠;
9,焊粉氧化物或汙染過多;
10,塵粒太多;
11,在特定的軟熔處理中,焊劑裏混入了不適當的揮發物;
12,由於焊膏配方不當而引起的焊料坍落；
13,焊膏使用前沒有充分恢複至室溫就打開包裝使用；
14,印刷厚度過厚導致“塌落”形成錫球；
15,焊膏中金屬含量偏低。
焊料結珠焊料結珠是在使用焊膏和SMT工藝時焊料成球的一個特殊現象。簡單地說,焊珠是指那些非常大的焊球,其上粘帶有(或沒有)細小的焊料球它們形成在具有極低的托腳的元件如芯片電容器的周圍。焊料結珠是由焊劑排氣而引起,在預熱階段這種排氣作用超過了焊膏的內聚力,排氣促進了焊膏在低間隙元件下形成孤立的團粒,在軟熔時,熔化了的孤立焊膏再次從元件下冒出來,並聚結起。焊接結珠的原因包括：
1,印刷電路的厚度太高;
2,焊點和元件重疊太多;
3,在元件下塗了過多的錫膏;
4,安置元件的壓力太大;
5,預熱時溫度上升速度太快;
6,預熱溫度太高;
7,在濕氣從元件和阻焊料中釋放出來;
8,焊劑的活性太高;
9,所用的粉料太細;
10,金屬負荷太低;
11,焊膏坍落太多;
12,焊粉氧化物太多;
13,溶劑蒸氣壓不足。
消除焊料結珠的最簡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之間夾有較少的焊膏。
焊接角焊接抬起焊接角縫抬起指在波峰焊接後引線和焊接角焊縫從具有細微電路間距的四芯線組扁平集成電路(QFP)的焊點上完全抬起來,特別是在元件棱角附近的地方，一個可能的原因是在波峰焊前抽樣檢測時加在引線上的機械應力,或者是在處理電路板時所受到的機械損壞，在波峰焊前抽樣檢測時,用一個鑷子劃過QFP元件的引線,以確定是否所有的引線在軟溶烘烤時都焊上了；其結果是產生了沒有對準的焊趾,這可在從上向下觀察看到,如果板的下麵加熱在焊接區/角焊縫的間界麵上引起了部分二次軟熔,那麼,從電路板抬起引線和角焊縫能夠減輕內在的應力,防止這個問題的一個辦法是在波峰焊之後(而不是在波峰焊之前)進行抽樣檢查。
豎碑（Tombstoning） 豎碑（Tombstoning）是指無引線元件(如片式電容器或電阻)的一端離開了襯底，甚至整個元件都支在它的一端上。Tombstoning也稱為Manhattan效應、Drawbridging效應或Stonehenge效應，它是由軟熔元件兩端不均勻潤濕而引起的；因此,熔融焊料的不夠均衡的表麵張力拉力就施加在元件的兩端上,隨著SMT小型化的進展,電子元件對這個問題也變得越來越敏感。 此種狀況形成的原因：
1、加熱不均勻；
2、元件問題：外形差異、重量太輕、可焊性差異；
3、基板材料導熱性差，基板的厚度均勻性差；
4、焊盤的熱容量差異較大，焊盤的可焊性差異較大；
5、錫膏中助焊劑的均勻性差或活性差，兩個焊盤上的錫膏厚度差異較大，錫膏太厚，印刷精度差，錯位嚴重；
6、預熱溫度太低；
7、貼裝精度差，元件偏移嚴重。
Ball Grid Array (BGA)成球不良BGA成球常遇到諸如未焊滿,焊球不對準,焊球漏失以及焊料量不足等缺陷,這通常是由於軟熔時對球體的固定力不足或自定心力不足而引起。固定力不足可能是由低粘稠,高阻擋厚度或高放氣速度造成的；而自定力不足一般由焊劑活性較弱或焊料量過低而引起。
BGA成球作用可通過單獨使用焊膏或者將焊料球與焊膏以及焊料球與焊劑一起使用來實現;正確的可行方法是將整體預成形與焊劑或焊膏一起使用。最通用的方法看來是將焊料球與焊膏一起使用，利用錫62或錫63球焊的成球工藝產生了極好的效果。在使用焊劑來進行錫62或錫63球焊的情況下,缺陷率隨著焊劑粘度,rongjidehuifaxinghejianjuchicundexiajiangerzengjia，tongshiyesuizhehanjiderongfuhoudu，hanjidehuoxingyijihandianzhijingdezengjiaerzengjia，zaiyonghangaolaijinxinggaowenronghuadeqiuhanxitongzhong，meiyouguanchadaoyouhanqiuloushixianxiangchuxian，bingqieqiduizhunjingquedusuihangaorongfuhouduyurongjihuifaxing，hanjidehuoxing，handiandechicunyukehanxingyijijinshufuzaidezengjiaerzengjia，zaishiyongxi63焊han膏gao時shi，焊han膏gao的de粘zhan度du，間jian距ju與yu軟ruan熔rong截jie麵mian對dui高gao熔rong化hua溫wen度du下xia的de成cheng球qiu率lv幾ji乎hu沒mei有you影ying響xiang。在zai要yao求qiu采cai用yong常chang規gui的de印yin刷shua棗棗釋shi放fang工gong藝yi的de情qing況kuang下xia，易yi於yu釋shi放fang的de焊han膏gao對dui焊han膏gao的de單dan獨du成cheng球qiu是shi至zhi關guan重zhong要yao的de。整zheng體ti預yu成cheng形xing的de成cheng球qiu工gong藝yi也ye是shi很hen的de發fa展zhan的de前qian途tu的de。減jian少shao焊han料liao鏈lian接jie的de厚hou度du與yu寬kuan度du對dui提ti高gao成cheng球qiu的de成cheng功gong率lv也ye是shi相xiang當dang重zhong要yao的de。形xing成cheng孔kong隙xi 形成孔隙通常是一個與焊接接頭的相關的問題。尤其是應用SMT技術來軟熔焊膏的時候，在采用無引線陶瓷芯片的情況下，絕大部分的大孔隙(>0.0005英寸/0.01毫米)是處於LCCC焊點和印刷電路板焊點之間，與此同時,在LCCC城堡狀物附近的角焊縫中,僅有很少量的小孔隙，孔隙的存在會影響焊接接頭的機械性能,並會損害接頭的強度,延展性和疲勞壽命,這是因為孔隙的生長會聚結成可延伸的裂紋並導致疲勞，孔隙也會使焊料的應力和協變增加,這也是引起損壞的原因。此外,焊料在凝固時會發生收縮,焊接電鍍通孔時的分層排氣以及夾帶焊劑等也是造成孔隙的原因。
在焊接過程中,形成孔隙的械製是比較複雜的，一般而言,孔隙是由軟熔時夾層狀結構中的焊料中夾帶的焊劑排氣而造成的孔隙的形成主要由金屬化區的可焊性決定,並隨著焊劑活性的降低,粉末的金屬負荷的增加以及引線接頭下的覆蓋區的增加而變化,減少焊料顆粒的尺寸僅能銷許增加孔隙。此外,孔隙的形成也與焊料粉的聚結和消除固定金屬氧化物之間的時間分配有關。焊膏聚結越早，形成的孔隙也越多。通常,大孔隙的比例隨總孔隙量的增加而增加.與總孔隙量的分析結果所示的情況相比,那些有啟發性的引起孔隙形成因素將對焊接接頭的可靠性產生更大的影響,控製孔隙形成的方法包括:
1,改進元件/衫底的可焊性;
2,采用具有較高助焊活性的焊劑;
3,減少焊料粉狀氧化物;
4,采用惰性加熱氣氛.
5,減緩軟熔前的預熱過程.
與上述情況相比,在BGA裝配中孔隙的形成遵照一個略有不同的模式.一般說來.在采用錫63焊料塊的BGA裝配中孔隙主要是在板級裝配階段生成的.在預鍍錫的印刷電路板上,BGA接頭的孔隙量隨溶劑的揮發性,金屬成分和軟熔溫度的升高而增加,同時也隨粉粒尺寸的減少而增加;這可由決定焊劑排出速度的粘度來加以解釋.按照這個模型,在軟熔溫度下有較高粘度的助焊劑介質會妨礙焊劑從熔融焊料中排出,因此,增加夾帶焊劑的數量會增大放氣的可能性,從而導致在BGA裝配中有較大的孔隙度.在不考慮固定的金屬化區的可焊性的情況下,焊劑的活性和軟熔氣氛對孔隙生成的影響似乎可以忽略不計.大孔隙的比例會隨總孔隙量的增加而增加,這就表明,與總孔隙量分析結果所示的情況相比,在BGA中引起孔隙生成的因素對焊接接頭的可靠性有更大的影響,這一點與在SMT工藝中空隙生城的情況相似。
總結： 焊膏的回流焊接是SMT裝配工藝中的主要的板極互連方法，影響回流焊接的主要問題包括：底麵元件的固定、未焊滿、斷續潤濕、低殘留物、間隙、焊料成球、焊料結珠、焊接角焊縫抬起、TombstoningBGA成球不良、形成孔隙等,問題還不僅限於此,在本文中未提及的問題還有浸析作用,金屬間化物,不潤濕,歪扭,無鉛焊接等.隻有解決了這些問題,回流焊接作為一個重要的SMT裝配方法,才能在超細微間距的時代繼續成功地保留下去。
來源：東莞市綠誌島金屬有限公司
