焊锡膏问题分析

焊膏的回流焊接是用在SMT安装工艺中的主要板级互连办法，这种焊接办法把所需要的焊接特性极好地结合在一同，这些特性包含易于加工、对各种SMT设计有广泛的兼容性，具有高的焊接可靠性以及本钱低等；然而，在回流焊接被用作为最重要的SMT元件级和板级互连办法的时分，它也遭到要求进一步改善焊接功能的应战，事实上，回流焊接技能能否经受住这一应战将决定焊膏能否继续作为首要的SMT焊接资料，尤其是在超纤细距离技能不断获得进展的状况之下。下面咱们将讨论影响改善回流焊接功能的几个主要问题，为发激起工业界研究出处理这一课题的新办法，咱们分别对每个问题简要介绍如下：

元件固定

双面回流焊接已选用多年，在此，先对第一面进行印刷布线，安装元件和软熔，然后翻过来对电路板的另一面进行加工处理，为了愈加节省起见，某些工艺省去了对第一面的软熔，而是一同软熔顶面和底面，典型的比如是电路板底面上仅装有小的元件，如芯片电容器和芯片电阻器，因为印刷电路板（PCB）的设计越来越杂乱，装在底面上的元件也越来越大，成果软熔时元件掉落成为一个重要的问题。明显，元件掉落现象是因为软熔时熔化了的焊料对元件的垂直固定力缺乏，而垂直固定力缺乏可归因于元件分量添加，元件的可焊性差，焊剂的潮湿性或焊料量缺乏等。其间，第一个要素是最根本的原因。假如在对后边的三个要素加以改善后仍有元件掉落现象存在，就必须运用SMT粘结剂。明显，运用粘结剂将会使软熔时元件自对准的效果变差。

未焊满

未焊满是在相邻的引线之间构成焊桥。通常，所有能引起焊膏坍落的要素都会导致未焊满，这些要素包含：1，升温速度太快；2，焊膏的触变功能太差或是焊膏的粘度在剪切后康复太慢；3，金属负荷或固体含量太低；4，粉料粒度散布太广；5；焊剂外表张力太小。可是，坍落并非必定引起未焊满，在软熔时，熔化了的未焊满焊料在外表张力的推进下有断开的或许，焊料丢失现象将使未焊满问题变得愈加严重。在此状况下，因为焊料丢失而集合在某一区域的过量的焊料将会使熔融焊料变得过多而不易断开。

除了引起焊膏坍落的要素而外，下面的要素也引起未满焊的常见原因：1，相对于焊点之间的空间而言，焊膏熔敷太多；2，加热温度过高；3，焊膏受热速度比电路板更快；4，焊剂潮湿速度太快；5，焊剂蒸气压太低；6；焊剂的溶剂成分太高；7，焊剂树脂软化点太低。

断续潮湿

焊料膜的断续潮湿是指有水呈现在光滑的外表上（1.4.5.），这是因为焊料能粘附在大多数的固体金属外表上，并且在熔化了的焊料掩盖层下隐藏着某些未被潮湿的点，因而，在开端用熔化的焊料来掩盖外表时，会有断续潮湿现象呈现。亚稳态的熔融焊料掩盖层在最小外表能驱动力的效果下会产生收缩，不一会儿之后就集合成分离的小球和脊状秃起物。断续潮湿也能由部件与熔化的焊料相触摸时放出的气体而引起。因为有机物的热分解或无机物的水合效果而开释的水分都会产生气体。水蒸气是这些有关气体的最常见的成份，在焊接温度下，水蒸气具极强的氧化效果，能够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属氧化物外表）。常见的状况是较高的焊接温度和较长的停留时刻会导致更为严重的断续潮湿现象，尤其是在基体金属之中，反应速度的添加会导致愈加强烈的气体开释。与此一同，较长的停留时刻也会延长气体开释的时刻。以上两方面都会添加开释出的气体量，消除断续潮湿现象的办法是：1，下降焊接温度；2，缩短软熔的停留时刻；3，选用流动的慵懒气氛；4，下降污染程度。

低残留物

对不必整理的软熔工艺而言，为了获得装饰上或功能上的效果，常常要求低残留物，对功能要求方面的比如包含“经过在电路中测验的焊剂残留物来探查测验堆焊层以及在刺进接头与堆焊层之间或在刺进接头与软熔焊接点邻近的通孔之间实施电触摸”，较多的焊剂残渣常会导致在要实施电触摸的金属表层上有过多的残留物掩盖，这会阻碍电衔接的建立，在电路密度日益添加的状况下，这个问题越发遭到人们的重视。

明显，不必整理的低残留物焊膏是满意这个要求的一个抱负的处理办法。然而，与此相关的软熔必要条件却使这个问题变得愈加杂乱化了。为了预测在不同等级的慵懒软熔气氛中低残留物焊膏的焊接功能，提出一个半经历的模型，这个模型预示，跟着氧含量的下降，焊接功能会迅速地改善，然后逐步趋于平稳，试验成果表明，跟着氧浓度的下降，焊接强度和焊膏的潮湿才能会有所添加，此外，焊接强度也随焊剂中固体含量的添加而添加。试验数据所提出的模型是可比较的，并强有力地证明了模型是有效的，能够用以预测焊膏与资料的焊接功能，因而，能够断语，为了在焊接工艺中成功地选用不必整理的低残留物焊料，应当运用慵懒的软熔气氛。

空隙

空隙是指在元件引线与电路板焊点之间没有构成焊接点。一般来说，这可归因于以下四方面的原因：1，焊料熔敷缺乏；2，引线共面性差；3，潮湿不行；4，焊料损耗枣这是由预镀锡的印刷电路板上焊膏坍落，引线的芯吸效果（2.3.4）或焊点邻近的通孔引起的,引线共面性问题是新的分量较轻的12密耳（μm）距离的四芯线扁平集成电路(QFP枣Quad flat packs)的一个特别令人重视的问题,为了处理这个问题,提出了在安装之前用焊料来预涂覆焊点的办法(9),此法是扩大部分焊点的尺度并沿着兴起的焊料预掩盖区构成一个可操控的部分焊接区,并由此来抵偿引线共面性的改变和避免空隙,引线的芯吸效果能够经过减慢加热速度以及让底面比顶面受热更多来加以处理,此外,运用潮湿速度较慢的焊剂,较高的活化温度或能推迟熔化的焊膏(如混有锡粉和铅粉的焊膏)也能最大限度地削减芯吸效果.在用锡铅掩盖层光整电路板之前,用焊料掩膜来掩盖衔接途径也能避免由邻近的通孔引起的芯吸作

成球不良

BGA成球常遇到诸如未焊满,焊球不对准,焊球漏失以及焊料量缺乏等缺点,这通常是因为软熔时对球体的固定力缺乏或自定心力缺乏而引起。固定力缺乏或许是由低粘稠,高阻挡厚度或高放气速度构成的；而自定力缺乏一般由焊剂活性较弱或焊料量过低而引起。

BGA成球效果可经过独自运用焊膏或许将焊料球与焊膏以及焊料球与焊剂一同运用来完成; 正确的可行办法是将全体预成形与焊剂或焊膏一同运用。最通用的办法看来是将焊料球与焊膏一同运用，利用锡62或锡63球焊的成球工艺产生了极好的效果。在运用焊剂来进行锡62或锡63球焊的状况下,缺点率跟着焊剂粘度,溶剂的挥发性和距离尺度的下降而添加，一同也跟着焊剂的熔敷厚度，焊剂的活性以及焊点直径的添加而添加，在用焊膏来进行高温熔化的球焊系统中，没有观察到有焊球漏失现象呈现，并且其对准精确度随焊膏熔敷厚度与溶剂挥发性，焊剂的活性，焊点的尺度与可焊性以及金属负载的添加而添加，在运用锡63焊膏时，焊膏的粘度，距离与软熔截面对高熔化温度下的成球率几乎没有影响。在要求选用惯例的印刷枣开释工艺的状况下，易于开释的焊膏对焊膏的独自成球是至关重要的。全体预成形的成球工艺也是很的开展的出路的。削减焊料链接的厚度与宽度对进步成球的成功率也是相当重要的。

构成孔隙

构成孔隙通常是一个与焊接接头的相关的问题。尤其是应用SMT技能来软熔焊膏的时分，在选用无引线陶瓷芯片的状况下，绝大部分的大孔隙(>0.0005英寸/0.01毫米)是处于LCCC焊点和印刷电路板焊点之间，与此一同,在LCCC城堡状物邻近的角焊缝中,仅有很少量的小孔隙，孔隙的存在会影响焊接接头的机械功能,并会危害接头的强度,延展性和疲惫寿命,这是因为孔隙的成长会聚结成可延伸的裂纹并导致疲惫，孔隙也会使焊料的应力和 协变添加,这也是引起损坏的原因。此外,焊料在凝固时会产生收缩,焊接电镀通孔时的分层排气以及夹藏焊剂等也是构成孔隙的原因。

在焊接进程中,构成孔隙的械制是比较杂乱的，一般而言,孔隙是由软熔时夹层状结构中的焊猜中夹藏的焊剂排气而构成的(2,13)孔隙的构成主要由金属化区的可焊性决定,并跟着焊剂活性的下降,粉末的金属负荷的添加以及引线接头下的掩盖区的添加而改变,削减焊料颗粒的尺度仅能销许添加孔隙。此外,孔隙的构成也与焊料粉的聚结和消除固定金属氧化物之间的时刻分配有关。焊膏聚结越早，构成的孔隙也越多。通常,大孔隙的份额随总孔隙量的添加而添加.与总孔隙量的分析成果所示的状况比较,那些有启发性的引起孔隙构成要素将对焊接接头的可靠性产生更大的影响,操控孔隙构成的办法包含:1,改善元件/衫底的可焊性;2,选用具有较高助焊活性的焊剂;3,削减焊料粉状氧化物;4,选用慵懒加热气氛.5,减缓软熔前的预热进程.与上述状况比较,在BGA安装中孔隙的构成遵照一个略有不同的模式(14).一般说来.在选用锡63焊料块的BGA安装中孔隙主要是在板级安装阶段生成的.在预镀锡的印刷电路板上,BGA接头的孔隙量随溶剂的挥发性,金属成分和软熔温度的升高而添加,一同也随粉粒尺度的削减而添加;这可由决定焊剂排出速度的粘度来加以解说.按照这个模型,在软熔温度下有较高粘度的助焊剂介质会阻碍焊剂从熔融焊猜中排出,因而,添加夹藏焊剂的数量会增大放气的或许性,从而导致在BGA安装中有较大的孔隙度.在不考虑固定的金属化区的可焊性的状况下,焊剂的活性和软熔气氛对孔隙生成的影响似乎能够忽略不计.大孔隙的份额会随总孔隙量的添加而添加,这就表明,与总孔隙量分析成果所示的状况比较,在BGA中引起孔隙生成的要素对焊接接头的可靠性有更大的影响,这一点与在SMT工艺中空隙生城的状况类似。

当锡膏至于一个加热的环境中，锡膏回流分为五个阶段　首要，用于达到所需粘度和丝印功能的溶剂开端蒸腾，温度上升必需慢(大约每秒3°C)，以约束沸腾和飞溅，避免构成小锡珠，还有，一些元件对内部应力比较灵敏，假如元件外部温度上升太快，会构成开裂。

助焊剂活跃，化学清洗举动开端，水溶性助焊剂和免洗型助焊剂都会产生同样的清洗举动，只不过温度稍微不同。将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的外表。

当温度继续上升，焊锡颗粒首要独自熔化，并开端液化和外表吸锡的“灯草”进程。这样在所有或许的外表上掩盖，并开端构成锡焊点。

这个阶段最为重要，当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一同构成液态锡，这时外表张力效果开端构成焊脚外表，假如元件引脚与PCB焊盘的空隙超过4mil，则极或许因为外表张力使引脚和焊盘分隔，即构成锡点开路。

冷却阶段，假如冷却快，锡点强度会稍微大一点，但不能够太快而引起元件内部的温度应力。

回流焊接要求总结：

重要的是有充分的缓慢加热来安全地蒸腾溶剂，避免锡珠构成和约束因为温度胀大引起的元件内部应力，构成开裂痕可靠性问题。

其次，助焊剂活跃阶段必须有适当的时刻和温度，允许清洁阶段在焊锡颗粒刚刚开端熔化时完成。

时刻温度曲线中焊锡熔化的阶段是最重要的，必须充分地让焊锡颗粒彻底熔化，液化构成冶金焊接，剩下溶剂和助焊剂残余的蒸腾，构成焊脚外表。此阶段假如太热或太长，或许对元件和PCB构成伤害。

锡膏回流温度曲线的设定，最好是根据锡膏供货商提供的数据进行，一同掌握元件内部温度应力改变原则，即加热温升速度小于每秒3°C，和冷却温降速度小于5° C。

PCB安装假如尺度和分量很类似的话，可用同一个温度曲线。

重要的是要常常乃至每天检测温度曲线是否正确。

总 结

焊膏的回流焊接是SMT安装工艺中的主要的板极互连办法，影响回流焊接的主要问题包含：底面元件的固定、未焊满、断续潮湿、低残留物、空隙、焊料成球、焊料结珠、焊接角焊缝抬起、TombstoningBGA成球不良、构成孔隙等,问题还不仅限于此,在本文中未提及的问题还有浸析效果,金属间化物,不潮湿,歪扭,无铅焊接等.只有处理了这些问题,回流焊接作为一个重要的SMT安装办法,才能在超纤细距离的年代继续成功地保留下去。