SMT生產時焊錫珠產生的原因及對策

 焊錫珠（SOLDER BALL）現象是表面貼裝（SMT）過程中的主要缺陷，主要發生在片式阻容元件（CHIP）的周圍，由諸多因素引起。本文通過對可能產生焊錫珠的各種原因的分析，提出相應的解決方法。
　　Abstract: solder ball phenomenon is the main defect id SMT process, it appears minly beside the chips,made by many facts.This article analyse the causation & countermeasure of solder ball generating.
　　關鍵詞：焊錫珠 焊膏 再流焊 溫度曲線 塌落 模板 印制板
Keyword: solder ball solder paste reflow temperature profile slump stencil PCB 
　　焊錫珠現象是貼片機表面貼裝過程中的主要缺陷之一，它的產生是一個復雜的過程，也是最煩人的問題，要完全消除它，是非常困難的。
　　焊錫珠的直徑大致在0.2ｍｍ～0.4ｍｍ 之間，也有超過此范圍的，主要集中在片式阻容元件的周圍。焊錫珠的存在，不僅影響了電子產品的外觀，也對產品的質量埋下了隱患。原因是現代化印制板元件密度高，間距小，焊錫珠在使用時可能脫落，從而造成元件短路，影響電子產品的質量。因此，很有必要弄清它產生的原因，并對它進行有效的控制，顯得尤為重要了。 一般來說，焊錫珠的產生原因是多方面，綜合的。焊膏的印刷厚度、焊膏的組成及氧化度、模板的制作及開口、焊膏是否吸收了水分、元件貼裝壓力、元器件及焊盤的可焊性、再流焊溫度的設置、外界環境的影響都可能是焊錫珠產生的原因。 
　　下面我就從各方面來分焊錫珠產生的原因及解決方法。
　　焊膏的選用直接影響到焊接質量。焊膏中金屬的含量、焊膏的氧化度，焊膏中合金焊料粉的粒度及焊膏印刷到印制板上的厚度都能影響焊珠的產生。
　?。?、焊膏的金屬含量。焊膏中金屬含量其質量比約為88％～92％，體積比約為50％。當金屬含量增加時，焊膏的黏度增加，就能有效地抵抗預熱過程中汽化產生的力。另外，金屬含量的增加，使金屬粉末排列緊密，使其在熔化時更容結合而不被吹散。此外，金屬含量的增加也可能減小焊膏印刷后的″塌落″，因此，不易產生焊錫珠。
 
　　Ｂ、焊膏的金屬氧化度。在焊膏中，金屬氧化度越高在焊接時金屬粉末結合阻力越大，焊膏與焊盤及元件之間就越不浸潤，從而導致可焊性降低。實驗表明：焊錫珠的發生率與金屬粉末的氧化度成正比。一般的，焊膏中的焊料氧化度應控制在０．０５％以下，最大極限為0.15％。
 
　?。?、焊膏中金屬粉末的粒度。焊膏中粉末的粒度越小，焊膏的總體表面積就越大，從而導致較細粉末的氧化度較高，因而焊錫珠現象加劇。我們的實驗表明：選用較細顆粒度的焊膏時，更容易產生焊錫粉。
 
　?。?、焊膏在印制板上的印刷厚度。焊膏印刷后的厚度是漏板印刷的一個重要參數，通常在0.12ｍｍ－0.20ｍｍ之間。焊膏過厚會造成焊膏的″塌落″，促進焊錫珠的產生。
 
　?。?、焊膏中助焊劑的量及焊劑的活性。焊劑量太多，會造成焊膏的局部塌落，從而使焊錫珠容易產生。另外，焊劑的活性小時，焊劑的去氧化能力弱，從而也容易產生錫珠。免清洗焊膏的活性較松香型和水溶型焊膏要低，因此就更有可能產生焊錫珠。
 
　?。?、此外，焊膏在使用前，一般冷藏在冰箱中，取出來以后應該使其恢復到室溫后打開使用，否則，焊膏容易吸收水分，在再流焊錫飛濺而產生焊錫珠。
 
　?。?、模板的制作及開口。我們一般根據印制板上的焊盤來制作模板，所以模板的開口就是焊盤的大小。在印刷焊膏時，容易把焊膏印刷到阻焊層上，從而在再流焊時產生焊錫珠。因此，我們可以這樣來制作模板，把模板的開口比焊盤的實際尺寸減小１０％，另外，可以更改開口的外形來達到理想的效果。下面是幾種推薦的焊盤設計：
 
　　模板的厚度決了焊膏的印刷厚度，所以適當地減小模板的厚度也可以明顯改善焊錫珠現象。我們曾經進行過這樣的實驗：起先使用０．１８ｍｍ厚的模板，再流焊后發現阻容元件旁邊的焊錫珠比較嚴重，后來，重新制作了一張模板，厚度改為０．１５ｍｍ，開口形式為上面圖中的前一種設計，再流焊基本上消除了焊錫珠。
 
　　元件貼裝壓力及元器件的可焊性。如果在（松下）貼片機貼裝時壓力太高，焊膏就容易被擠壓到元件下面的阻焊層上，在再流焊時焊錫熔化跑到元件的周圍形成焊錫珠。解決方法可以減小貼裝時的壓力，并采用上面推薦使用的模板開口形式，避免焊膏被擠壓到焊盤外邊去。另外，元件和焊盤焊性也有直接影響，如果元件和焊盤的氧化度嚴重，也會造成焊錫珠的產生。經過熱風整平的焊盤在焊膏印刷后，改變了焊錫與焊劑的比例，使焊劑的比例降低，焊盤越小，比例失調越嚴重，這也是產生焊錫珠的一個原因。 
 
　　回流焊溫度的設置。焊錫珠是在印制板通過再流焊時產生的，再流焊可分為四個階段：預熱、保溫、再流、冷卻。在預熱階段使焊膏和元件及焊盤的溫度上升到１２００Ｃ－１５００Ｃ之間，減小元器件在再流時的熱沖擊，在這個階段，焊膏中的焊劑開始汽化，從而可能使小顆粒金屬分開跑到元件的底下，在再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，一般應小于１．５０Ｃ／ｓ，過快容易造成焊錫飛濺，形成焊錫珠。所以應該調整再流焊的溫度曲線，采取較適中的預熱溫度和預熱速度來控制焊錫珠的產生。
 
　　外界因素的影響。一般焊膏印刷時的最佳溫度為２５０Ｃ＋３０Ｃ，濕度為相對濕度６０％，溫度過高，使焊膏的黏度降低，容易產生″塌落″，濕度過模高，焊膏容易吸收水分，容易發生飛濺，這都是引起焊錫珠的原因。另外，印制板暴露在空氣中較長的時間會吸收水分，并發生焊盤氧化，可焊性變差，可以在１２００Ｃ－１５００Ｃ的干燥箱中烘烤１２－１４ｈ去除水汽。 
 
　　綜上可見，焊錫珠的產生是一個極復雜的過程，我們在調整貼片機參數及回流焊參數時應綜合考慮，在生產中摸索經驗，達到對焊錫珠的最佳控制。
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