回流焊中的常見問題分析

郝彬+喻波

摘 要：本文對(duì)回流焊的工藝過程進(jìn)行了介紹，并對(duì)典型的回流焊缺陷進(jìn)行了相關(guān)研究，分析了回流焊過程中的典型問題，具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：回流焊；SMT；PCB

1 回流焊簡介

回流焊又稱“再流焊”（Reflow soldering）。它是通過提供一種加熱環(huán)境，使焊錫膏受熱融化從而讓表面貼裝元器件和PCB 焊盤通過焊錫膏合金可靠地結(jié)合在一起的過程，是貼片生產(chǎn)中特有的重要工藝，它與產(chǎn)品組裝的質(zhì)量密切相關(guān)。隨著貼片技術(shù)的不斷發(fā)展，回流焊工藝也在不斷地改進(jìn)和發(fā)展， 以適應(yīng)常規(guī)SMT 異形SMD（表面貼裝器件）、精細(xì)間距乃至超細(xì)間距等不同元器件高質(zhì)量的焊接要求。

目前， 在SMT中根據(jù)具體電子元器件的不同和產(chǎn)品的需要， 元器件在PCB 上的焊接狀態(tài)主要分為單面全貼、雙面全貼、單面混裝、雙面混裝等。

對(duì)于單面全貼PCB， 其主要工藝流程為： 絲印焊膏→貼片→回流焊。

對(duì)于雙面全貼PCB， 其主要工藝流程為： 絲印焊膏→貼片→回流焊→翻轉(zhuǎn)印制板→絲印焊膏→ 貼片→回流焊。

2 回流焊接中的常見問題

1）塌邊

在焊接加熱過程中也會(huì)產(chǎn)生焊料塌邊， 這種情況可出現(xiàn)在預(yù)熱和主加熱兩種。當(dāng)預(yù)熱溫度在幾十至一百度范圍內(nèi)， 作為焊料中成分之一的溶劑即會(huì)降低粘度而流出。如果其流出的趨勢十分強(qiáng)烈， 會(huì)同時(shí)將焊料顆粒擠出焊區(qū)，形成加熱時(shí)的塌邊。當(dāng)進(jìn)入焊接主加熱區(qū)時(shí)，在即將達(dá)到焊料熔點(diǎn)前， 如果焊料中的松香溢出也同樣激烈的話，就會(huì)造成再次加熱帶來的塌邊。

2）錫珠

錫珠類似于焊球，但尺寸較大，直徑在0 . 2mm～0.4 mm之間，經(jīng)常出現(xiàn)在矩形片式元件兩側(cè)或細(xì)間距引腳之間。錫珠是在焊接過程中形成，當(dāng)焊膏被貼片器件壓出焊盤或塌陷或印刷過多時(shí)，經(jīng)回流焊后，在元件側(cè)面或底面容易形成錫珠。錫珠不僅影響了PCBA外觀，也對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量埋下了隱患，脫落后容易造成引腳短路，影響電子產(chǎn)品質(zhì)量。錫珠還可能導(dǎo)致電路工作異常，主要看其所在的位置和大小。電阻旁邊的錫珠對(duì)電路沒有什么影響，而電容或電感旁邊的錫珠對(duì)電路有很大的影響。錫珠對(duì)電路影響較大的所在位置主要是緊貼在電容或電感兩側(cè)的中心位置，而且尺寸往往較大，焊劑的殘留物已將元器件兩端連通。焊劑殘留物一般是不會(huì)引起電路工作異常的，但產(chǎn)生錫珠以后其結(jié)果發(fā)生很大變化。假設(shè)焊盤兩端間距為0.8 mm，錫珠直徑為0.3 mm，那么相當(dāng)兩焊盤間距為0.5 mm，使得PCB表面絕緣值降低，且殘留物越多PCB表面絕緣值就下降越大，漏電流增加導(dǎo)致工作異常。若長度超過1/2的引腳間距或大于0.3 mm（即使小于1/2的腳間距）為不合格。

導(dǎo)致錫珠產(chǎn)生的因素較多，比如阻焊層光潔度、焊膏金屬含量、可焊性優(yōu)劣和模板開孔設(shè)計(jì)等。導(dǎo)通孔設(shè)計(jì)在焊盤上，焊料會(huì)從導(dǎo)通孔中流出，會(huì)造成焊膏量不足。

a.阻焊膜：阻焊膜的類型對(duì)錫珠的形成有一定的影響，不光滑的阻焊膜傾向于產(chǎn)生較少的錫珠，因?yàn)樗峁┖竸┑牧⒆阒?，從而減少其潤濕擴(kuò)散，而光滑的阻焊膜傾向于產(chǎn)生較多的錫珠，因?yàn)楹竸┰谝簯B(tài)時(shí)可能更容易擴(kuò)散而促進(jìn)焊錫沿著元器件底部流動(dòng)。

b.焊膏金屬含量：焊膏中金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88%～92%，體積比約為50%。焊膏合金粉和焊劑比例配合不佳時(shí)，焊劑較多的焊膏容易產(chǎn)生錫珠。合金粉開始溶化時(shí)，焊劑首先開始流動(dòng)，在“毛細(xì)”作用下沿著元件兩側(cè)底端的縫隙向中部延伸，直到兩端焊劑在中部匯集后停止。在這個(gè)過程中，過多焊劑帶著部分較小合金粉顆粒一起遷移，同時(shí)在元件和PCB縫隙間沉積，溶化后形成一條錫線。冷卻時(shí)由于表面張力作用，合金開始收縮，靠近焊盤和元件焊端的合金被拉回焊接位置形成焊點(diǎn)，而遠(yuǎn)離的合金逐漸向元件中部收縮，在元件側(cè)面形成錫珠。

c.模板開孔設(shè)計(jì)：過多的焊膏沉積是錫珠產(chǎn)生的主要原因，因此模板尺寸要與焊盤尺寸相同或縮減10%左右，以減少焊端兩側(cè)面多余的焊膏；同時(shí)模板厚度不能太厚，否則造成焊膏沉積過多，易產(chǎn)生錫珠；印刷壓力過大或模板嚴(yán)重變形，造成焊膏漏印或錯(cuò)印也易產(chǎn)生錫珠。改變模板開孔的形狀是解決錫珠最好的辦法，在不改變其它因素的條件下，錫珠可減少90%以上。模板的開孔形狀有多種多樣，總的設(shè)計(jì)思想是減少元件底部和兩側(cè)的焊膏，降低錫珠發(fā)生率。

3）SMD翹立

片式組件在遭受急速加熱情況下發(fā)生翹立， 這是因?yàn)榧睙崾菇M件兩端存在的溫差造成焊料角形成的時(shí)間差。電端一邊的焊料完全熔融后獲得良好的濕潤，而另一邊的焊料未完全熔融而引起濕潤不良，這樣促進(jìn)了組件的翹立。因此， 加熱時(shí)要從時(shí)間要素的角度考慮， 使水平方向的加熱形成均衡的溫度分布， 避免急熱的產(chǎn)生。

防止組件翹立的主要因素以下幾點(diǎn)：

a. 選擇粘接力強(qiáng)的焊料，焊料的印刷精度和組件的貼裝度也需提高。

b.組件外部電極需要有良好的濕潤性和濕潤穩(wěn)定性。推薦： 溫度40℃以下，濕度70%RH以下， 進(jìn)廠組件的使用期不可超過6 個(gè)月。

c. 采用小的焊區(qū)寬度尺寸， 以減少焊料熔融時(shí)對(duì)組件端部產(chǎn)生的表面張力。另外可適當(dāng)減少焊料的印刷厚度，如選用100um。

d.焊接溫度管理?xiàng)l件設(shè)定對(duì)組件翹立也是一個(gè)因素。通常的目標(biāo)是加熱要均勻， 在組件兩連接端的焊接圓角形成之前均衡加熱，不可出現(xiàn)波動(dòng)。

4）潤濕不良

潤濕不良是焊接過程中和電路基板的焊區(qū)（銅箔） 或SMD的外部電極， 經(jīng)浸潤后不生成相互間的反應(yīng)層， 而造成漏焊或少焊故障。其中原因大多是焊區(qū)表面受到污染或沾上阻焊劑， 或是被接合物表面生成金屬氧化物層而引起的。譬如銀的表面有硫化物，錫的表面有氧化物等都會(huì)產(chǎn)生潤濕不良。另外焊料中殘留的鋁、鋅、鎘等超過0.005%以上時(shí)， 由于焊劑的吸濕作用使活化程度降低， 也可發(fā)生潤濕不良。相關(guān)工藝不當(dāng)也能造成潤濕性變差，比如焊膏印刷完之后不及時(shí)進(jìn)行焊接，性能變差。因此在焊接基板表面和組件表面要做防污措施，選擇合適的焊料，并設(shè)定合理的焊接溫度曲線。

作者簡介：

郝彬 （1981-），男，河南滎陽，本科，工程師；研究方向：航空電子產(chǎn)品裝聯(lián)工藝.endprint