电子焊接制程产生“锡珠”的原因分析及防控措施

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1、电子焊接制程产生“锡珠”的原因分析及防控措施前言  从“缩减制程、节约成本、减少污染”等角度出发，越来越多的电子焊接采用焊后“免清洗”工艺。但是如果焊后板面有“锡珠”出现，则不可能达到“免清洗”的要求，因此“锡珠”的预防与控制在实施“免清洗”过程中就显得格外重要。“锡珠”的出现不仅影响板级产品外观，更为严重的是由于印制板上元件密集，在使用过程中它有可能造成短路等状况，从而影响产品的可靠性。  综合整个电子焊接情况，可能出现“锡珠”的工艺制程包括：“SMT表面贴装”焊接制程、“波峰焊”制程及“手工焊”制程，我们从这三个方面

2、来一一探讨“锡珠”出现的原因及预防控制的办法。因为“波峰焊”及“手工焊”已推行多年，很多方面都已经比较成熟，因此，本文用了较多的篇幅介绍“SMT表面贴装”焊接制程中产生“锡珠”原因及防控措施。  一，关于的“锡珠”形态及标准  一些行业标准对“锡珠”问题进行了阐释。主要有MIL-STD-2000标准中的“不允许有锡珠”，而IPC-A-610C标准中的“每平方英寸少于5个”。在IPC-A-610C标准中，规定最小绝缘间隙0.13毫米，直径在此之内的锡珠被认为是合格的；而直径大于或等于0.13毫米的锡珠是不合格的，制造商必须

3、采取纠正措施，避免这种现象的发生。为无铅焊接制订的最新版IPCA-610D标准没有对锡珠现象做更清楚的规定，有关每平方英寸少于5个锡珠的规定已经被删除。有关汽车和军用产品的标准则不允许出现任何“锡珠”，所用线路板在焊接后必须被清洗，或将锡珠手工去除。常见的锡珠形态及其尺寸照片见下图：图一，常见的锡珠形态及其尺寸标识照片  二，“SMT表面贴装”制程“锡珠”出现的原因及预防控制办法  在“SMT表面贴装”焊接制程中，回流焊的“温度、时间、焊膏的质量、印刷厚度、钢网（模板）的制作、装贴压力”等因素都有可能造成“锡珠”的产生。

4、因此，找到“锡珠”可能出现的原因，并加以预防与控制就是达成板面无“锡珠”的关键之所在。  （一），焊膏本身质量原因可能引起的“锡珠”状况  IPC标准认证、SMT技术培训1，焊膏中的金属含量。焊膏中金属含量的质量比约为89-91％，体积比约为50％左右。通常金属含量越多，焊膏中的金属粉末排列越紧密，锡粉的颗料之间有更多机会结合而不易在气化时被吹散，因此不易形成“锡珠”；如果金属含量减少，则出现“锡珠”的机率增高。  2，焊膏中氧化物的含量。焊膏中氧化物含量也影响着焊接效果，氧化物含量越高，金属粉末熔化后在与焊盘熔合的过程

5、中表面张力就越大，而且在“回流焊接段”，金属粉末表面氧化物的含量还会增高，这就不利于熔融焊料的完全“润湿”从而导致细小锡珠产生。   3，焊膏中金属粉末的粒度。焊膏中的金属粉末是极细小的近圆型球体，常用的焊粉球径约在25-45μm之间，较细的粉末中氧化物含量较低，因而会使“锡珠”现象得到缓解。  4，焊膏抗热坍塌效果。在回流焊预热段，如果焊膏抗热坍塌效果不好，在焊接温度前（焊料开始熔融前）已印刷成型的焊膏开始坍塌，并有些焊膏流到焊盘以外，当进入焊接区时，焊料开始熔融，因为内应力的作用，焊膏收缩成焊点并开始浸润爬升至焊接端

6、头，有时因为焊剂缺失或其他原因导致焊膏应力不足，有一少部分焊盘外的焊膏没有收缩回来，当其完全熔化后就形成了“锡珠”。  由此可见，焊膏的质量及选用也影响着锡珠产生，焊膏中金属及其氧化物的含量，金属粉末的粒度、焊膏抗热坍塌效果等都在不同程度地影响着“锡珠”的形成。  （二），使用不当形成“锡珠”的原因分析  1，“锡珠”在通过回流焊炉时产生的。我们大致可以将回流焊过程分为“预热、保温、焊接和冷却”四个阶段。“预热段”是为了使印制板和表贴元件缓慢升温到120-150度之间，这样可以除去焊锡膏中易挥发的溶剂，减少对元件的热冲击

7、。而在这一过程中焊膏内部会发生气化现象，这时如果焊膏中金属粉末之间的粘结力小于焊剂气化产生的力，就会有少量“焊粉”从焊盘上流下或飞出，在“焊接”阶段，这部分“焊粉”也会熔化，从而形成“锡珠”。由此可以得出这样的结论“预热温度越高，预热速度越快，就会加剧焊剂的气化现象从而引起坍塌或飞溅，形成锡珠”。因此，我们可以采取较适中的预热温度和预热速度来控制“锡珠”的形成。  2，焊膏在印制板上的印刷厚度及印刷量。焊膏的印刷厚度是生产中一个主要参数，印刷厚度通常在0.15-0.20mm之间，过厚或过多就容易导致“坍塌”从而形成“锡珠

8、”。在制作钢网（模板）时，焊盘的大小决定着模板开孔的大小，通常，我们为了避免焊膏印刷过量，将印刷孔的尺寸控制在约小于相应焊盘接触面积10％，结果表明这样会使“锡珠”现象有一定程度的减轻。  3，如果在贴片过程中贴装压力过大，当元件压在焊膏上时，就可能有一部分焊膏被挤在元件下面或有少量锡粉飞出去，在焊接段这部分焊粉熔化