在20世紀(jì)70年代的表面貼裝技術(shù)(Surface Mount Technology，簡(jiǎn)稱SMT)，是指在印制電路板焊盤上印刷、涂布焊錫膏，并將表面貼裝元器件準(zhǔn)確的貼放到涂有焊錫膏的焊盤上，按照特定的回流溫度曲線加熱電路板，讓焊錫膏熔化，其合金成分冷卻凝固后在元器件與印制電路板之間形成焊點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)冶金連接的技術(shù)。焊錫膏是伴隨著SMT應(yīng)運(yùn)而生的一種新型焊接材料。焊錫膏是一個(gè)復(fù)雜的體系，是由焊錫粉、助焊劑以及其它的添加物混合而成的膏體。焊錫膏在常溫下有一定的粘性，可將電子元器件初粘在既定位置，在焊接溫度下，隨著溶劑和部分添加劑的揮發(fā)，將被焊元器件與印制電路焊盤焊接在一起形成永久連接。

焊錫膏,主要由助焊劑和焊料粉組成，如果焊接有問(wèn)題，就要從以下幾個(gè)方面解決

元件固定

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)行加工處理，為了更加節(jié)省起見(jiàn)，某些工藝省去了對(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，由于印刷電路板(PCB)的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，裝在底面上的元件也越來(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)元件的垂直固定力不足，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，粉料粒度分布太廣;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而外，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，焊劑蒸氣壓太低;6;焊劑的溶劑成分太高;7，焊劑樹(shù)脂軟化點(diǎn)太低。

斷續(xù)潤(rùn)濕

焊料膜的斷續(xù)潤(rùn)濕是指有水出現(xiàn)在光滑的表面上(1.4.5.)，這是由于焊料能粘附在大多數(shù)的固體金屬表面上，并且在熔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)有斷續(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。斷續(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(典型的例子是在熔融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)增加釋放出的氣體量，消除斷續(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堆焊層之間或在插入接頭與軟熔焊接點(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)雜化了。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)，這可歸因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，焊料損耗棗這是由預(yù)鍍錫的印刷電路板上焊膏坍落，引線的芯吸作用(2.3.4)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(μm)間距的四芯線扁平集成電路(QFP棗Quad flat packs)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(9),此法是擴(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,引線的芯吸作用可以通過(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

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不足等缺陷,這通常是由于軟熔時(shí)對(duì)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(guò)低而引起。

BGA成球作用可通過(guò)單獨(dú)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(lái)實(shí)現(xiàn); 正確的可行方法是將整體預(yù)成形與焊劑或焊膏一起使用。最通用的方法看來(lái)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(chǎn)生了極好的效果。在使用焊劑來(lái)進(jìn)行錫62或錫63球焊的情況下,缺陷率隨著焊劑粘度,溶劑的揮發(fā)性和間距尺寸的下降而增加，同時(shí)也隨著焊劑的熔敷厚度，焊劑的活性以及焊點(diǎn)直徑的增加而增加，在用焊膏來(lái)進(jìn)行高溫熔化的球焊系統(tǒng)中，沒(méi)有觀察到有焊球漏失現(xiàn)象出現(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)的尺寸與可焊性以及金屬負(fù)載的增加而增加，在使用錫63焊膏時(shí)，焊膏的粘度，間距與軟熔截面對(duì)高熔化溫度下的成球率幾乎沒(méi)有影響。在要求采用常規(guī)的印刷棗釋放工藝的情況下，易于釋放的焊膏對(duì)焊膏的單獨(dú)成球是至關(guān)重要的。整體預(yù)成形的成球工藝也是很的發(fā)展的前途的。減少焊料鏈接的厚度與寬度對(duì)提高成球的成功率也是相當(dāng)重要的。

形成孔隙

形成孔隙通常是一個(gè)與焊接接頭的相關(guān)的問(wèn)題。尤其是應(yīng)用SMT技術(shù)來(lái)軟熔焊膏的時(shí)候，在采用無(wú)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)是處于LCCC焊點(diǎn)和印刷電路板焊點(diǎn)之間，與此同時(shí),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(huì)影響焊接接頭的機(jī)械性能,并會(huì)損害接頭的強(qiáng)度,延展性和疲勞壽命,這是因?yàn)榭紫兜纳L(zhǎng)會(huì)聚結(jié)成可延伸的裂紋并導(dǎo)致疲勞，孔隙也會(huì)使焊料的應(yīng)力和 協(xié)變?cè)黾?這也是引起損壞的原因。此外,焊料在凝固時(shí)會(huì)發(fā)生收縮,焊接電鍍通孔時(shí)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(guò)程中,形成孔隙的械制是比較復(fù)雜的，一般而言,孔隙是由軟熔時(shí)夾層狀結(jié)構(gòu)中的焊料中夾帶的焊劑排氣而造成的(2,13)孔隙的形成主要由金屬化區(qū)的可焊性決定,并隨著焊劑活性的降低,粉末的金屬負(fù)荷的增加以及引線接頭下的覆蓋區(qū)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(jié)和消除固定金屬氧化物之間的時(shí)間分配有關(guān)。焊膏聚結(jié)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(jié)果所示的情況相比,那些有啟發(fā)性的引起孔隙形成因素將對(duì)焊接接頭的可靠性產(chǎn)生更大的影響,控制孔隙形成的方法包括:1,改進(jìn)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(yù)熱過(guò)程.與上述情況相比,在BGA裝配中孔隙的形成遵照一個(gè)略有不同的模式(14).一般說(shuō)來(lái).在采用錫63焊料塊的BGA裝配中孔隙主要是在板級(jí)裝配階段生成的.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增加,同時(shí)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(lái)加以解釋.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)妨礙焊劑從熔融焊料中排出,因此,增加夾帶焊劑的數(shù)量會(huì)增大放氣的可能性,從而導(dǎo)致在BGA裝配中有較大的孔隙度.在不考慮固定的金屬化區(qū)的可焊性的情況下,焊劑的活性和軟熔氣氛對(duì)孔隙生成的影響似乎可以忽略不計(jì).大孔隙的比例會(huì)隨總孔隙量的增加而增加,這就表明,與總孔隙量分析結(jié)果所示的情況相比,在BGA中引起孔隙生成的因素對(duì)焊接接頭的可靠性有更大的影響,這一點(diǎn)與在SMT工藝中空隙生城的情況相似。

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)階段首先，用于達(dá)到所需粘度和絲印性能的溶劑開(kāi)始蒸發(fā)，溫度上升必需慢(大約每秒3°C)，以限制沸騰和飛濺，防止形成小錫珠，還有，一些元件對(duì)內(nèi)部應(yīng)力比較敏感，如果元件外部溫度上升太快，會(huì)造成斷裂。

助焊劑活躍，化學(xué)清洗行動(dòng)開(kāi)始，水溶性助焊劑和免洗型助焊劑都會(huì)發(fā)生同樣的清洗行動(dòng)，只不過(guò)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”的表面。

當(dāng)溫度繼續(xù)上升，焊錫顆粒首先單獨(dú)熔化，并開(kāi)始液化和表面吸錫的“燈草”過(guò)程。這樣在所有可能的表面上覆蓋，并開(kāi)始形成錫焊點(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)合一起形成液態(tài)錫，這時(shí)表面張力作用開(kāi)始形成焊腳表面，如果元件引腳與PCB焊盤的間隙超過(guò)4mil，則極可能由于表面張力使引腳和焊盤分開(kāi)，即造成錫點(diǎn)開(kāi)路。

冷卻階段，如果冷卻快，錫點(diǎn)強(qiáng)度會(huì)稍微大一點(diǎn)，但不可以太快而引起元件內(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(lái)安全地蒸發(fā)溶劑，防止錫珠形成和限制由于溫度膨脹引起的元件內(nèi)部應(yīng)力，造成斷裂痕可靠性問(wèn)題。

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

時(shí)間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完全熔化，液化形成冶金焊接，剩余溶劑和助焊劑殘余的蒸發(fā)，形成焊腳表面。此階段如果太熱或太長(zhǎng)，可能對(duì)元件和PCB造成傷害。

錫膏回流溫度曲線的設(shè)定，最好是根據(jù)錫膏供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行，同時(shí)把握元件內(nèi)部溫度應(yīng)力變化原則，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裝配如果尺寸和重量很相似的話，可用同一個(gè)溫度曲線。

重要的是要經(jīng)常甚至每天檢測(cè)溫度曲線是否正確。

總 結(jié)

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(wèn)題包括：底面元件的固定、未焊滿、斷續(xù)潤(rùn)濕、低殘留物、間隙、焊料成球、焊料結(jié)珠、焊接角焊縫抬起、TombstoningBGA成球不良、形成孔隙等,問(wèn)題還不僅限于此,在本文中未提及的問(wèn)題還有浸析作用,金屬間化物,不潤(rùn)濕,歪扭,無(wú)鉛焊接等.只有解決了這些問(wèn)題,回流焊接作為一個(gè)重要的SMT裝配方法,才能在超細(xì)微間距的時(shí)代繼續(xù)成功地保留下去。

最后，本企業(yè)已通過(guò)IS09001:2015、IS014001:2015體系認(rèn)證，產(chǎn)品已通過(guò)SGS環(huán)保檢測(cè)，并取得多項(xiàng)專利。

我們擁有經(jīng)驗(yàn)豐宮的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，為您提供完善的售前、售后服務(wù)，助您解決錫焊接問(wèn)題。

審核編輯：湯梓紅