錫膏使用常見問(wèn)題及分析

底面元件的固定

雙面回流焊接已采用多年，在此，先對(duì)**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)行加工處理，為了更加節(jié)省起見，某此工藝省去了對(duì)**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，**個(gè)因素是*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。
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（1.4.5），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*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*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*常見的成份，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（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(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（9），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*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*常見的也是*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（1，2，4，10）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?，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、焊膏使用前沒有充分恢復(fù)至室溫就打開包裝使用；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（或沒有）細(xì)小的焊料球（11）。它們形在在具有極低的托腳元件如芯片電容器的周圍。焊料結(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*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。焊接角焊接抬起

焊接角縫抬起指在波峰焊接后引線和焊接角焊縫從具有細(xì)微電路間距的四芯線組扁平集成電路（QFP）的焊點(diǎn)上完全抬起來(lái)，特別是在元件棱角附近的地方，一個(gè)可能的原因是在波峰焊前抽樣檢測(cè)時(shí)加在引線上的機(jī)械應(yīng)力，或者是在處理電路板時(shí)掃受到的機(jī)械損壞（12）。在波峰焊前抽樣檢測(cè)時(shí),用一個(gè)鑷子劃過(guò)QFP元件的引線,以確定是否所有的引線在軟溶烘烤時(shí)都焊上了;其結(jié)果是產(chǎn)生了沒有對(duì)準(zhǔn)的焊趾,這可在從上向下觀察看到,如果板的下面加熱在焊接區(qū)/角焊縫的間界面上引起了部分二次軟熔,那么,從電路板抬起引線和角焊縫能夠減輕內(nèi)在的應(yīng)力,防止這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)辦法是在波峰焊之后(而不是在波峰焊之前)進(jìn)行抽樣檢查。

豎碑（Tombstoning)

豎碑（Tombstoning）是指無(wú)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(gè)元件都支在它的一端上。
Tombstoning也稱為Manhattan效應(yīng)、Drawbridging效應(yīng)或Stonehenge效應(yīng)，它是由軟熔元件兩端不均勻潤(rùn)滑而引起的；因此，熔融焊料的不夠均衡的表面張力拉力就施加在元件的兩端上，隨著SMT小型化的進(jìn)展，電子元件對(duì)這個(gè)問(wèn)題也變得越來(lái)越敏感。
此種狀況形成的原因：1、加熱不均勻；2、元件問(wèn)題：外形差異、重量太輕、可焊性差異；3、基板材料導(dǎo)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(gè)焊盤上的錫膏厚度差異較大，錫膏太厚，印刷精度差，錯(cuò)位嚴(yán)重；6、預(yù)熱溫度太低；7、帖裝精度差，元件偏移嚴(yán)重。

Ball Grid Array(BGA)成球**

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。*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，沒有觀察到有焊球漏失現(xiàn)象出現(xiàn)，并且其對(duì)準(zhǔn)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有影響。在要求采用常規(guī)的印刷釋放工藝的情況下，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稍許增加孔隙。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工藝中空隙生成的情況相似。

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**、形成孔隙等，問(wèn)題還不**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。