回流焊工艺中常见缺陷及其防止措施

摘要：零件的微型化，以及产品的多功能，促使了高密度、立体的装配设计。其特征是焊接点密度增加，焊接点尺寸减小，焊接点间距减小。在电子产品中，焊接缺陷是一个很大的问题。文章对回流焊工艺中的一些常见缺陷进行了分析，并给出了一些解决办法。

关键词：IC元件芯吸；回流焊；锡珠；桥连

引言：

在电子元器件朝着无铅化、小型化、高密化方向发展的过程中，回流焊工艺已成为制约器件直接加工效率的重要因素。回流焊时，可能出现的主要问题有脱焊、焊点、不润湿和润湿不良、IC元件芯吸、残渣等。对回流焊工艺中常见的一些焊接缺陷进行了分析，并针对这些缺陷提出了改进措施。

一、回流焊工艺中常见缺陷及其防止措施

回流焊是用焊膏把许多表面贴装的电子元器件与接触面连在一起，再经过一定的温度控制，使其熔融，从而达到永久性的粘接。在SMT生产过程中，最常见的回流焊接装置是回流焊接，而回流焊接是SMT生产过程中最容易出现问题的环节。

（一）锡珠

锡珠与焊接球相似，但是较大，其直径为0.2mm～0.4mm，他们通常是在两个边，或者是在长方形的晶片上，或者是在狭小的间隔管脚。在焊接时会产生锡珠，经回流焊后，如果由于SMD设备的原因，焊膏从焊盘上脱落，或者是压印得太多，就很容易在零件的边缘或底面上形成锡珠。锡珠不但会影响PCBA的外观，而且会给PCBA的生产带来潜在的安全隐患，一旦脱落极易引起管脚短路，从而降低了电子器件的质量。锡珠还会引起电路的不正常运转，其发生的原因很大程度上依赖于锡珠的位置与尺寸，靠近电阻的锡球对线路的影响较小，靠近电容或电感的锡球则对线路的影响较大。一般情况下，焊剂的残余并不会引起线路的不正常运转，但焊珠的生成对试验结果的影响较大，假定焊盘两端之间的距离为0.8mm，焊珠直径为0.3mm，两个焊盘之间的等效距离为0.5mm，从而降低了PCB表面的绝缘值。

1.阻焊膜

不同的阻焊膜形式会对焊接微粒的形成产生不同的影响。非平滑的锡阻焊膜倾向于形成较少的熔滴，这是由于它能使锡片有一个固定的支撑点，因此降低了它的浸润和扩散。由于在液体状态下，焊接材料更易分散，因此平滑的焊接阻焊膜倾向于形成较多的焊接微粒。

2.焊膏金属含量

焊膏中的金属含量在88%～92%之间，体积其含量在50%左右。当合金粉末与助熔剂的配比不合适时，助熔剂过多时，易形成锡珠。在合金粉体融化过程中，由于“毛细现象”，助焊剂先从基体两侧的槽口向中部扩散，直到两个端部的助焊剂在中部会聚为止。在此过程中，过多的助熔剂会随著少量的微细合金微粒而移动，并会在元件与印刷电路板的缝隙间沉淀，最后熔成一条锡线。在冷却时，合金会因表面张力而产生收缩，并在组件的侧面形成锡球[1]。

3.防治措施

焊膏过多是导致焊珠形成的重要因素，所以，在焊接端部两端之间，模板的大小应该保持一致，或者减小大约10%左右，以降低端部两边的焊膏过多；另外，模版也不能太厚，不然会导致焊膏沉淀太多，极易形成熔点；印版压力太高或印版变形太大都会引起焊膏漏印或印错，同时还会产生焊珠，因此，最好的办法是改变模板孔的形状。在其它条件不变的条件下，可使锡珠含量降低90%。

（二）不润湿和润湿不良

1.产生原因：

（1）焊盘或引脚表面镀层被氧化，且有一层氧化物阻止了焊接材料与镀层的接触

（2）镀膜不够厚或处理不好，在装配时极易损坏；

（3）没有达到适当的焊点温度。相对于Pb型无铅焊锡，一般无铅焊锡合金熔点高，润湿性差，需在更高的温度下才能保证焊接质量。

（4）加热温度太低，或者熔剂的活性太差，导致熔剂无法有效地清除焊盘和弓脚表面的氧化膜；

（5）另外，在电镀过程中，焊料和镀层的不匹配也会造成浸润不良的现象；

（6）由于0201、01005两种元件的大量应用，使得印刷锡膏的用量越来越少，锡膏中的助焊剂很快就会在原有的温度曲线上挥发，从而影响到锡膏的润湿性能。

（7）沾染了焊锡或焊剂。

2.防止措施：

（1）按照所需存放的板件和元件，不得使用劣质的焊料；

（2）选择符合镀膜质量要求的片材；通常，要求最少5μm的涂层，以确保该材料在12个月内不失效；

（3）在焊接之前，必须在黄铜表面涂上1～|3μm厚的涂层，不然黄铜中所含的锌会对其焊接质量产生不利的影响；

（4）对工艺参数进行合理设定，适当升高预热或焊接温度，并确保有充足的焊接时间；

（5）在氮保护的条件下，可以显著地提高多种钎料的浸润性能；

（6）在对0201、01005进行焊接时，对原来的工艺参数进行调整，使预热变慢：对曲线的爬伸倾斜度进行调整，对焊膏的印制进行调整[2]。

（三）回流焊接后黑焊盘

黑焊盘是指焊点表面镀有较好的镍镀层，但其下面的镍层已经变质，形成了一种脆性黑质，主要是由Ni的氧化物组成，严重影响了其可靠性。

1.产生原因：黑盘主要是由镍的氧化物构成，并且黑盘表面的P含量比普通Ni表面要高得多，表明黑盘主要是在使用了一段时间后出现的。

（1）由于在进行金的浸出时，Ni的氧化速率高于金的沉积速率，因此所生成的镍的氧化物被金层所覆盖，因此，形成了表面金层具有良好的形貌，但实际的镍层已经变质的现象；

（2）镀金的原子间存在较大的空隙，使镀金之下的镍层有可能继续被氧化。在GalvanicEffect的影响下，镍层将持续退化。

2.尚未有任何实际的有效预防措施的报告，但是可以改进如下：

（1）缩短镍的槽龄，在生产过程中要严格检查，将磷含量控制在7%以内，随着镍槽的使用寿命的延长，其磷含量将会增大，进而加速镍的氧化；

（2）所述镍的层厚至少4μm，从而能够使所述镍的层板较平；镀金的厚度不宜大于0.1μm，因为太厚的镀金会造成焊点脆化；

（3）焊前的烤盘并不能很好地提高焊接质量。在焊接前已形成了黑色的焊点，过热则会对镀层造成破坏；

在浸出液中添加还原剂，可获得一种半替代性、半还原性的复合型金镀层，但其成本将增加2.5倍。

（四）不共面脱焊

1.产生原因：

（1）所述部件插脚平坦部的大小与所述预定大小不一致；

（2）组件的弓脚共面性能不好，平整度误差大于+0.002英寸，以及平板式封装装置的弓线飘浮；

（3）在SMD夹紧过程中，由于与其他设备的碰撞，使得弓形支座扭曲变形；

（4）焊膏印数不够，贴片机在贴合时的压力过低，焊膏的厚度与其大小不相配。

2.防止措施：

（1）选择符合要求的组件；

（2）在运行时避免损坏；

（3）焊膏的平版印制。

（五）回流焊接后焊点连锡桥连

1.在相邻的不同金属丝或组件之间，焊接时产生的一种不正常的连接，称为连锡“桥连”。

产生原因：

（1）导线的排列过于紧密，管脚过于密集或不规则；

（2）残留在板面或针头上；

（3）没有足够的预热温度或没有足够的熔化活性；

（4）焊膏印制桥接、移位等。

2.在特定的情况下，焊盘和引脚焊点所能携带的钎料（焊膏）数量是固定的，如果不加以适当的处理，就有可能出现“桥接”现象。

防止措施：

（1）对焊盘进行合理的设计，以避免大量地使用大量的线缆；

（2）适当地升高焊接预热温度，但为了改善焊料合金的流动性，可考虑将焊接温度升高到某一限度；

（3）在氮环境下，降低了桥联作用。

修复：出现桥接的焊点，可用电烙铁对其进行修复。

（六）回流焊接后线路板有助焊剂残留

如果板面上残留的助焊剂太多，不仅会影响板面的光洁度，而且还会影响PCB板本身的电气性。

1.产生原因：

（1）选择了一种不正确的助熔剂（焊膏）。例如，需要使用免洗性助焊剂的场合，但使用的是松香树脂型，造成产品残留量大；

（2）熔剂中的松香胶含量太高，或者质量太差，都会导致熔剂中的松香胶过量；

（3）清洁不充分或清洁方式不适当，无法有效去除表面残留物；

（4）熔炼过程中的各参数不能配合，导致熔炼过程中的助熔剂不能被有效地挥发。

2.防止措施：

（1）选择合适的熔剂；

（2）适当地对要求清洁的平板实施清洁过程。

（七）回流焊接后IC元件芯吸

现象：焊锡从焊接点处向上引脚，但在焊锡和焊盘之间没有得到很好的粘合。

1.产生原因：

（1）元件管脚的比热容较小，管脚的增加率高于PCB垫的增加率；

（2）PCB垫的焊接性能较差；

（3）通孔的设计不当，对焊点热容的损耗有较大的影响；

（4）焊盘涂层的焊接性能过低或已失效；

2.解决方法：

（1）采用较低的升温速度，以减小PCB垫与管脚的温度差；

（2）选择适当的电镀垫；

PCB板上的通孔不应对焊点的比热损耗产生影响[3]。

二、结束语

使用回流焊工艺时，由于各种缺陷的存在，其产生的原因也是多种多样的。材料性能及加工参数设定不正确，都会产生潜在的缺陷。所以，在实际的加工过程中，一方面要对加工过程进行严格的控制，另一方面还要对各种问题进行分析，以便对加工过程进行优化，从而减少加工过程中的缺陷。

参考文献

[1]丁亚平，一种回流焊手动摇出装置.安徽省，安徽广晟德自动化设备有限公司，2016-03-16.

[2]杨容.无铅回流焊接中工艺技术的研究[J].硅谷，2014，7（15）：183+156.

[3]史建卫，宋耀宗.回流焊工艺中常见缺陷及其防止措施[J].电子工艺技术，2011，32（01）：58-61.