SMT焊錫珠產(chǎn)生原因及改進(jìn)方法

1.概述

在現(xiàn)代電子元器件裝配工藝中，表面組裝已經(jīng)取得了飛速發(fā)展，元器件變得越來越小、集成化程度越來越高、工藝設(shè)備越來越先進(jìn)。如何更好地使用表面組裝技術(shù)改進(jìn)電子元器件表面組裝工藝的質(zhì)量，在現(xiàn)今這個競爭越來越激烈的行業(yè)中變得越來越重要。在SMT（SurfaceMounted Technology，表面組裝技術(shù)）生產(chǎn)過程中，都期望PCB （ Printed Circuit Board，印刷線路板）從印刷工序開始到焊接工序結(jié)束，質(zhì)量處于零缺陷狀態(tài)，但實際上這很難達(dá)到。由于SMT生產(chǎn)工序較多，不能保證每道工序都不出現(xiàn)一點點差錯，比如生產(chǎn)技術(shù)人員的操作不得當(dāng)、設(shè)備維護(hù)不好、生產(chǎn)物料存在質(zhì)量問題、技術(shù)處理方法不到位、工廠溫濕度環(huán)境有偏差等，都會導(dǎo)致SMT制造出來的產(chǎn)品的質(zhì)量不夠完美，因此在SMT生產(chǎn)過程中會碰到各種各樣的焊接缺陷，焊錫珠現(xiàn)象是表面貼裝過程中最主要的缺陷。

2.形成錫珠的主要因素分析

焊錫珠的直徑大致在0.2～0.4 mm 之間（也有超過此范圍的） ，主要集中在片式元器件的周圍，如電阻、電容。焊錫珠的存在不僅影響了電子產(chǎn)品的外觀，也對產(chǎn)品的質(zhì)量埋下了隱患?，F(xiàn)代化電子線路印制板元件密度高、間距小，在使用時焊錫珠可能脫落。有的用戶在使用端有二次回流的需要，焊錫珠造成元器件或電路連接短路，影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，很有必要弄清焊錫珠產(chǎn)生的原因，并對它進(jìn)行有效的控制及改進(jìn)。

2.1 焊膏的選用

焊膏中金屬顆粒的含量、焊膏的氧化度、焊膏中焊料粉顆粒度、焊膏吸濕及焊膏中助焊劑含量以及焊劑的活性都能影響焊錫珠的產(chǎn)生。

焊膏中金屬含量的質(zhì)量比約為88%～92%，體積比約為50%。當(dāng)金屬含量增加時，焊膏的黏度增加，就能有效地抵抗預(yù)熱過程中汽化產(chǎn)生的力。另外，金屬含量的增加使焊料球排列緊密，使其在熔化時更容易結(jié)合而不被吹散。此外，金屬含量的增加也可以減小焊膏印刷后的“塌陷”，因此，選用金屬含量高的焊膏不易產(chǎn)生焊錫珠。

焊膏接觸空氣后，金屬顆粒表面可能產(chǎn)生氧化。金屬氧化度越高，在焊接時顆粒越不易結(jié)合，焊膏與焊盤及元件之間就越不浸潤，從而導(dǎo)致可焊性降低。試驗證明焊錫珠的發(fā)生率與焊膏氧化物的百分率成正比，一般焊膏的氧化物應(yīng)控制在0.03%左右，最大值不要超過0.15%。

焊膏中金屬顆粒的粒度越小，焊膏的總體表面積就越大，從而導(dǎo)致較細(xì)顆粒的氧化度較高，因而焊錫珠現(xiàn)象加劇。實驗表明：選用較細(xì)顆粒度的焊膏更容易產(chǎn)生焊錫珠。焊料顆粒的均勻性不一致，若其中含有大量的20μm以下的焊料球，這些焊料球的相對面積較大，極易氧化，最易形成焊錫珠。另外，在溶劑揮發(fā)過程中，也極易將這些小焊料球從焊盤上沖走，增加焊錫珠的產(chǎn)生機會。一般要求25μm以下的粒子數(shù)不得超過焊料顆?？倲?shù)的5%。

焊膏一般冷藏在冰箱中，使用前將其從冰箱中拿出后不應(yīng)立即開蓋（立即開蓋會致使水汽凝結(jié)于焊膏上） ，而應(yīng)在使用環(huán)境下回溫，待溫度穩(wěn)定后再開蓋使用。焊膏中助焊劑的量太多會造成焊膏的局部塌落，從而容易產(chǎn)生焊錫珠。另外，焊劑的活性小時，焊劑的去氧化能力弱，也容易產(chǎn)生錫珠。免清洗焊膏的活性較松香型和水溶型焊膏要低，因此就更有可能產(chǎn)生焊錫珠。

2.2 模板的制作及開孔

根據(jù)印制板上的焊盤來制作模板，那么模板的開孔就是焊盤的大小。但在印刷焊膏時，這樣容易把焊膏印刷到阻焊層上，從而在回流焊時產(chǎn)生焊錫珠。因此，建議按照模板的開孔比焊盤的實際尺寸小10%的原則來制作模板。另外，可以更改開孔的外形來達(dá)到理想的效果。

印刷于電子線路板上的焊膏體積主要由開孔尺寸和鋼板厚度來決定，在開孔設(shè)計被確定的條件下，模板的厚度決定了焊膏的印刷厚度，即

V =W ×L ×T

其中，V為焊膏體積;W為模板開孔寬度; L為模板開孔長度;T為模板厚度。

所以適當(dāng)?shù)販p小模板的厚度也可以明顯改善焊錫珠現(xiàn)象。使用厚度為6mil的模板，回流焊后發(fā)現(xiàn)片式阻容元件旁邊的焊錫珠比較嚴(yán)重，將厚度改為5 mil，回流焊后基本上消除了焊錫珠。模板的厚度決定了焊膏印刷后的厚度，通常焊膏的厚度應(yīng)當(dāng)控制在5～8 mil之間。焊膏過厚會造成焊膏的“塌陷”，促進(jìn)焊錫珠的產(chǎn)生。一般在使用1608以下元件時，推薦采用6 mil以下模板。

2.3 印刷塌陷

焊膏印刷時發(fā)生的塌陷使焊膏留在阻焊層上，從而會在回流焊時產(chǎn)生焊珠。塌陷與焊膏特性、模板、印刷參數(shù)設(shè)定有很大關(guān)系：焊膏的粘度較低、保形性不好，印刷后容易塌陷;模板內(nèi)孔壁如果粗糙不平，會影響焊膏從模板脫落，印出的焊膏也容易發(fā)生塌陷;過大的刮刀壓力會對焊膏產(chǎn)生比較大的沖擊力，焊膏外形被破壞，發(fā)生塌陷的概率也大大增加。因此，相對應(yīng)的解決方法是選擇粘度較高的焊膏;采用激光切割模板來提高孔壁光滑度;降低刮刀壓力參數(shù)。

2.4 元器件貼裝壓力

如果在貼裝時壓力太大，焊膏就容易被擠壓到元件下面的阻焊層上，在回流焊時焊錫熔化跑到元件的周圍形成焊錫珠?？梢詼p小貼裝時的壓力，調(diào)整貼裝壓力并設(shè)定包含元件本身厚度在內(nèi)的貼裝吸嘴的下降位置，要注意元器件的物理尺寸，設(shè)置正確的元件高度。同時推薦采用圖2中的模板開口形式，避免焊膏被擠壓到焊盤外邊去。

2.5 印制板清洗

在生產(chǎn)過程中，一旦印刷線路板印錯后需要將線路板上已經(jīng)印制的焊膏清洗干凈。若清洗不干凈，印制板表面和過孔內(nèi)就會有殘余的焊膏，回流焊時就會形成焊錫珠。在這一過程中，人員因素的影響顯得尤為突出，因此要加強操作員在生產(chǎn)過程中的責(zé)任心，嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)，加強工藝過程的質(zhì)量控制。

2.6 元器件及印制板的濕敏控制

對濕度敏感的元器件及印制板暴露在空氣中較長時間會吸收水分，并發(fā)生焊盤氧化，可焊性變差，極易引起焊錫珠現(xiàn)象。對這些濕敏元件和印制板要進(jìn)行濕敏控制，控制的原則是：在運輸、儲存、備料及生產(chǎn)過程中一定要嚴(yán)格按照元器件及印制板的濕敏等級進(jìn)行控制，暴露時間超標(biāo)時必須及時按照低溫（40±5） ℃烘烤192 h或者高溫（120±5） ℃烘烤24 h，在干燥箱中烘烤，并且要進(jìn)行真空封裝且用濕敏指示卡進(jìn)行跟蹤。

2.7 回流焊溫度的設(shè)置

焊錫珠是在印制板通過回流焊時產(chǎn)生的，回流焊可分為四個階段：升溫、保溫、快速升溫及焊接、冷卻。在升溫、保溫階段使焊膏和元件及焊盤的溫度上升到120～150 ℃ （有鉛）或150～180 ℃ （無鉛） ，減小元器件在回流時的熱沖擊。在這個階段，焊膏中的助焊劑開始汽化，可能使焊膏中的金屬顆粒分開跑到元件的底下，在回流時跑到元件周圍形成焊錫珠。在這一階段，溫度上升不能太快，通常應(yīng)小于1.5 ℃/s，過快容易造成焊錫沸騰飛濺，形成焊錫珠。所以應(yīng)該調(diào)整回流焊的溫度曲線，采取較適中的預(yù)熱溫度和預(yù)熱速度來控制焊錫珠的產(chǎn)生。

2.8 外界因素的影響

一般焊膏印刷時的最佳溫度為（25±3） ℃，相對濕度不超過60% ，溫度過高，使焊膏的黏度降低，容易產(chǎn)生印刷后焊膏“塌陷”;濕度過高，焊膏容易吸收水分，導(dǎo)致發(fā)生焊料飛濺。所以，必須控制好生產(chǎn)線的外部環(huán)境，尤其是南方的夏季溫度和濕度都非常高，工廠內(nèi)部的空調(diào)系統(tǒng)一定要有效運轉(zhuǎn)，保證生產(chǎn)線的溫濕度處于受控范圍。

3. 結(jié)論

焊錫珠出現(xiàn)的因素有很多，其產(chǎn)生是一個極復(fù)雜的過程。在實際生產(chǎn)中從人、機、料、法、環(huán)各個方面來綜合考慮分析。重點關(guān)注焊膏的影響，采用防焊錫珠的模板開孔方式并控制焊膏體積，調(diào)整印刷和元件貼裝參數(shù)，優(yōu)化回流焊溫度設(shè)置，并且要做好元器件及印刷線路板的濕敏控制和外部環(huán)境的溫濕度控制，注意生產(chǎn)過程中的人為操作因素導(dǎo)致焊膏污染印制板等，這樣就能達(dá)到減少焊錫珠的理想效果。

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