SMT回流焊工藝詳細介紹

回流焊接是用在SMT裝配工藝中的主要板級互連方法，這種焊接方法把所需要的焊接特性極好地結合在一起，這些特性包括易于加工、對各種SMT設計有廣泛的兼容性，具有高的焊接可靠性以及成本低等.

然而，在回流焊接被用作為*重要的SMT元件級和板級互連方法的時候，它也受到要求進一步改進焊接性能的挑戰(zhàn)，事實上，回流焊接技術能否經受住這一挑戰(zhàn)將決定焊膏能否繼續(xù)作為首要的SMT焊接材料，尤其是在超細微間距技術不斷取得進展的情況之下。

下面我們將探討影響改進回流焊接性能的幾個主要問題

一，未焊滿　未焊滿是在相鄰的引線之間形成焊橋。

通常，所有能引起焊膏坍落的因素都會導致未焊滿，這些因素包括：
1，升溫速度太快；
2，焊膏的觸變性能太差或是焊膏的粘度在剪切后恢復太慢；
3，金屬負荷或固體含量太低；
4，粉料粒度分布太廣；
5；焊劑表面張力太小。但是，坍落并非必然引起未焊滿，在軟熔時，熔化了的未焊滿焊料在表面張力的推動下有斷開的可能，焊料流失現象將使未焊滿問題變得更加嚴重。在此情況下，由于焊料流失而聚集在某一區(qū)域的過量的焊料將會使熔融焊料變得過多而不易斷開。

除了引起焊膏坍落的因素而外，下面的因素也引起未滿焊的常見原因：
1，相對于焊點之間的空間而言，焊膏熔敷太多；
2，加熱溫度過高；
3，焊膏受熱速度比電路板更快；
4，焊劑潤濕速度太快；
5，焊劑蒸氣壓太低；
6；焊劑的溶劑成分太高；
7，焊劑樹脂軟化點太低。

二，斷續(xù)潤濕　焊料膜的斷續(xù)潤濕是指有水出現在光滑的表面上，這是由于焊料能粘附在大多數的固體金屬表面上，并且在熔化了的焊料覆蓋層下隱藏著某些未被潤濕的點，因此，在*初用熔化的焊料來覆蓋表面時，會有斷續(xù)潤濕現象出現。

消除斷續(xù)潤濕現象的方法是：
1，降低焊接溫度；
2，縮短軟熔的停留時間；
3，采用流動的惰性氣氛；
4，降低污染程度。

三，低殘留物　對不用清理的軟熔工藝而言，為了獲得裝飾上或功能上的效果，常常要求低殘留物，對功能要求方面的例子包括“通過在電路中測試的焊劑殘留物來探查測試堆焊層以及在插入接頭與堆焊層之間或在插入接頭與軟熔焊接點附近的通孔之間實行電接觸”，較多的焊劑殘渣常會導致在要實行電接觸的金屬表層上有過多的殘留物覆蓋，這會妨礙電連接的建立，在電路密度日益增加的情況下，這個問題越發(fā)受到人們的關注。顯然，不用清理的低殘留物焊膏是滿足這個要求的一個理想的解決辦法。然而，與此相關的軟熔必要條件卻使這個問題變得更加復雜化了。為了預測在不同級別的惰性軟熔氣氛中低殘留物焊膏的焊接性能，提出一個半經驗的模型，這個模型預示，隨著氧含量的降低，焊接性能會迅速地改進，然后逐漸趨于平穩(wěn)，實驗結果表明，隨著氧濃度的降低，焊接強度和焊膏的潤濕能力會有所增加，此外，焊接強度也隨焊劑中固體含量的增加而增加。實驗數據所提出的模型是可比較的，并強有力地證明了模型是有效的，能夠用以預測焊膏與材料的焊接性能，因此，可以斷言，為了在焊接工藝中成功地采用不用清理的低殘留物焊料，應當使用惰性的軟熔氣氛。

四，間隙　間隙是指在元件引線與電路板焊點之間沒有形成焊接點。

一般來說，這可歸因于以下四方面的原因：
1，焊料熔敷不足；
2，引線共面性差；
3，潤濕不夠；
4，焊料損耗棗這是由預鍍錫的印刷電路板上焊膏坍落，引線的芯吸作用或焊點附近的通孔引起的。為了解決這個問題,提出了在裝配之前用焊料來預涂覆焊點的方法,此法是擴大局部焊點的尺寸并沿著鼓起的焊料預覆蓋區(qū)形成一個可控制的局部焊接區(qū),并由此來抵償引線共面性的變化和防止間隙,引線的芯吸作用可以通過減慢加熱速度以及讓底面比頂面受熱更多來加以解決,此外,使用潤濕速度較慢的焊劑,較高的活化溫度或能延緩熔化的焊膏(如混有錫粉和鉛粉的焊膏)也能*大限度地減少芯吸作用.在用錫鉛覆蓋層光整電路板之前,用焊料掩膜來覆蓋連接路徑也能防止由附近的通孔引起的芯吸作用。

五，焊料成球　焊料成球是*常見的也是*棘手的問題，這指軟熔工序中焊料在離主焊料熔池不遠的地方凝固成大小不等的球粒；大多數的情況下,這些球粒是由焊膏中的焊料粉組成的，焊料成球使人們耽心會有電路短路、漏電和焊接點上焊料不足等問題發(fā)生，隨著細微間距技術和不用清理的焊接方法的進展，人們越來越迫切地要求使用無焊料成球現象的SMT工藝。

引起焊料成球的原因包括：
1,由于電路印制工藝不當而造成的油漬;
2,焊膏過多地暴露在具有氧化作用的環(huán)境中;
3,焊膏過多地暴露在潮濕環(huán)境中;
4,不適當的加熱方法;
5,加熱速度太快;
6,預熱斷面太長;
7,焊料掩膜和焊膏間的相互作用;
8,焊劑活性不夠;
9,焊粉氧化物或污染過多;
10,塵粒太多;
11,在特定的軟熔處理中,焊劑里混入了不適當的揮發(fā)物;
12,由于焊膏配方不當而引起的焊料坍落；
13、焊膏使用前沒有充分恢復至室溫就打開包裝使用；
14、印刷厚度過厚導致“塌落”形成錫球；
15、焊膏中金屬含量偏低。

六，焊料結珠　焊料結珠是在使用焊膏和SMT工藝時焊料成球的一個特殊現象。
簡單地說,焊珠是指那些非常大的焊球,其上粘帶有(或沒有)細小的焊料球.它們形成在具有極低的托腳的元件如芯片電容器的周圍。焊料結珠是由焊劑排氣而引起,在預熱階段這種排氣作用超過了焊膏的內聚力,排氣促進了焊膏在低間隙元件下形成孤立的團粒,在軟熔時,熔化了的孤立焊膏再次從元件下冒出來,并聚結起。
焊接結珠的原因包括：
1,印刷電路的厚度太高;
2,焊點和元件重疊太多;
3,在元件下涂了過多的錫膏;
4,安置元件的壓力太大;
5,預熱時溫度上升速度太快;
6,預熱溫度太高;
7,在濕氣從元件和阻焊料中釋放出來;
8,焊劑的活性太高;
9,所用的粉料太細;
10,金屬負荷太低;
11,焊膏坍落太多;
12,焊粉氧化物太多;
13,溶劑蒸氣壓不足。消除焊料結珠的*簡易的方法也許是改變模版孔隙形狀,以使在低托腳元件和焊點之間夾有較少的焊膏。

七，焊接角焊接抬起　焊接角縫抬起指在波峰焊接后引線和焊接角焊縫從具有細微電路間距的四芯線組扁平集成電路(QFP)的焊點上完全抬起來,特別是在元件棱角附近的地方，一個可能的原因是在波峰焊前抽樣檢測時加在引線上的機械應力,或者是在處理電路板時所受到的機械損壞,在波峰焊前抽樣檢測時,用一個鑷子劃過QFP元件的引線,以確定是否所有的引線在軟溶烘烤時都焊上了；其結果是產生了沒有對準的焊趾,這可在從上向下觀察看到,如果板的下面加熱在焊接區(qū)/角焊縫的間界面上引起了部分二次軟熔,那么,從電路板抬起引線和角焊縫能夠減輕內在的應力,防止這個問題的一個辦法是在波峰焊之后(而不是在波峰焊之前)進行抽樣檢查。

八，豎碑（Tombstoning）　豎碑（Tombstoning）是指無引線元件(如片式電容器或電阻)的一端離開了襯底，甚至整個元件都支在它的一端上。Tombstoning也稱為Manhattan效應、Drawbridging 效應或Stonehenge效應，它是由軟熔元件兩端不均勻潤濕而引起的；因此,熔融焊料的不夠均衡的表面張力拉力就施加在元件的兩端上,隨著SMT小型化的進展,電子元件對這個問題也變得越來越敏感。　

此種狀況形成的原因：
1、加熱不均勻；
2、元件問題：外形差異、重量太輕、可焊性差異；
3、基板材料導熱性差，基板的厚度均勻性差；
4、焊盤的熱容量差異較大，焊盤的可焊性差異較大；
5、錫膏中助焊劑的均勻性差或活性差，兩個焊盤上的錫膏厚度差異較大，錫膏太厚，印刷精度差，錯位嚴重；
6、預熱溫度太低；
7、貼裝精度差，元件偏移嚴重。

九，BGA成球**　BGA成球常遇到諸如未焊滿,焊球不對準,焊球漏失以及焊料量不足等缺陷,這通常是由于軟熔時對球體的固定力不足或自定心力不足而引起。固定力不足可能是由低粘稠,高阻擋厚度或高放氣速度造成的；而自定力不足一般由焊劑活性較弱或焊料量過低而引起。　BGA成球作用可通過單獨使用焊膏或者將焊料球與焊膏以及焊料球與焊劑一起使用來實現;正確的可行方法是將整體預成形與焊劑或焊膏一起使用。*通用的方法看來是將焊料球與焊膏一起使用，利用錫62或錫63球焊的成球工藝產生了極好的效果。

總結　焊膏的回流焊接是SMT裝配工藝中的主要的板極互連方法，影響回流焊接的主要問題包括：底面元件的固定、未焊滿、斷續(xù)潤濕、低殘留物、間隙、焊料成球、焊料結珠、焊接角焊縫抬起、TombstoningBGA成球**、形成孔隙等,問題還不**于此,在本文中未提及的問題還有浸析作用,金屬間化物,不潤濕,歪扭,無鉛焊接等.

只有解決以上問題,回流焊接作為一個重要的SMT裝配方法,才能在超細微間距的時代繼續(xù)成功地保留下去。