PCB波峰焊后板面锡珠分析改善

1、PCB波峰焊后板面锡珠残留分析改善丄刖弓：锡珠是EU制板焊接过程中常见的缺陷之一，目前印制线路板及元件密度高、间距小，在受震或使用过程锡珠可能会脱落，产品受热后锡珠可能再次出现受热重熔，造成元器件或电路连接短路，锡珠的存在不仅影响了电子产品的外观，也对PCBA整机的可靠性埋下质呈隐患。而印制板一般需要经历回流焊及波峰焊实现各种器件与PCB的 电气连接，但是往往波峰焊、回流焊焊接后中PCB都有几率产生锡珠,尤其在波峰 焊焊接过程中,PCB的多排插件孔,特别是在64芯或96芯插座的焊点周围,插件 波峰焊后Pin脚附近的PCB阻焊油昊表面会存在大呈细小的锡珠，如图1所示。见察別x皤尺寸嘔1锯珠尺寸测

2、蚩2图1淋峰焊Ji胡珠歿韶示意图PC-A-610C检验标准中对锡珠的检验要求作了如下走义:当焊盘间距或印制导线间距 的尺寸为013mm时,锡珠直径不能超过0.13mm r或者在600mm范围内不能出现超过5个锡珠。如图lr波峰焊生产后锡珠的直径存在一走的差异性，较小锡珠的 直径在50pm左右，而较大的锡珠直径可达到185pm （超过标准要求0.13mm ）, 如果不在波峰焊后对锡珠进行人工清理，锡珠的数呈难以直接符合IPC-A-610C的接 收标准要求。波峰焊锡珠的残留隆低了焊接的质星，增加了检验和返修的人工费用。 假如出厂的PCBA还存在着没有被检直出来的锡珠，有可能会影响设备的正常运行,

3、而引起严重后果。2锡珠的粘附分析：锡珠的残留是由于阻焊油墨与锡珠间发生结合，所以锡珠残留机理分析的第一步应当对锡珠的结合界面观察分析。使用扫描电镜观察锡珠微观形貌，使用X射线能谱仪对锡珠表面逬行EDS元素分析r结果如图2所示。图2锡珠微观分析观察结果图-幻析测血买晁中心由图2可知,测试板经波峰焊后，在扫描电镜的背散射成像模式下（样品成分信 息观察），锡珠表面与阻焊表面均存在一层黑色异物，经元素分析未发现主要特征元 素为 C、O、Al、S、Cl、Cu、Sn , C （碳）含星（75.02% ）、O （氧）含星（21.12% ） 明显偏高，说明黑色异物可能为波峰焊后锡珠表面残留的助焊剂。使用异丙醇

4、对样品逬行清洁后r再次观察锡珠表面形貌，结果如图3。0246310溺早程（0441 ds 光祿:202C6 YOcts）锡珠轮廓边界-1500X-天JS5*巨匕二0K22 SOCuK07411）55 41飞101Q0.C010-3 30i2i4teie20tev锡珠表面EDS元素分析图3淸洗后锡珠形貌如图3 ,经异丙醇清洗后,锡珠表面焊料的形貌清晰，主要元素为0、Cu、Sn ,说 明波峰焊后的锡珠表面存在助焊列包畏。使用粘附胶带，将锡珠拔除，使用扫描电镜 观察锡珠底部及油奚面的形貌特征，如图4所示。锡珠底部300X锡珠底部JOOOX油墨面锡球凹坑-3000X图4锡珠拔除后形貌观察分祈测试买验中

5、心如图4 ,锡珠拔除后，从表面形貌及EDS元素分析结果可判断锡珠底部中心裸露焊料, 油墨面与焊料形貌对应的凹坑中心为阻焊油墨形貌，四周存在残留助焊列，说明锡珠 的产生原因为焊料与PCB的阻焊油墨发生不良结合。3实验设计3.1趨材料材料：A厂商、B厂商绿色阻焊油墨；免清洗无铅助焊列（TF-800H ）,清洗型无铅助焊列（2#助焊列）；3排96芯PTH孔的PCB裸板；96芯插件。3.2实验参数波峰焊正常参数：炉温275°C ,链条速度1300 cm/min ,较稳走的波峰焊炉温曲线HZ3am15019)275CI*即一图8波峰槪温曲线、史分苛测页奧輸中心4.实验结果：4.1油墨的影响以两

6、家丝E卩与静电喷涂油墨厂商的绿色阻焊油墨作为硏究对象，分别命名为油墨 A（静电喷涂油墨）、油墨B（丝印油墨）。不使用助焊列，不插入器件,将涂覆两种油墨样品的PCB直接进行波峰焊，然 后观察不同油墨表面拒焊情况。结果如图9。油墨A波峰焊后油矍B披峰焊后图9 PCB裸檢I將焊实验結臬-<_升;页列脸牛:用油墨A的PCB裸板，波峰焊表面锡渣残留较多，而使用油墨B的PCB裸板，波峰 焊表面锡渣残留较少。说明同为绿色阻焊油墨的油墨A与油墨B拒焊能力存在差异， 油墨A拒焊能力较差，油墨B拒焊能力较好。4.2肋焊剂的影响：目前波峰焊助焊剂主要分免清洗助焊列、清洗型助焊列两种，其中清洗型助焊列的松 香含

7、量比例较高，焊接后通常需要洗板，除去残留的助焊剂。免清洗助焊剂为目前较流行的新型助焊剂，波峰焊后无需清洗。本次实验，免清洗助焊剂为某厂商的无铅助 焊列TF-800H r清洗型助焊列为IPC标准中的2#无铅助焊齐！L成分信息如表1。裘1 TF-800H. 2存助焊剂成分比对助焊剂型号tdt主要成分免、青洗助焊剂(TF-800H)0 805±0.005异丙醇(74 61%)、松香(25%人乙二盘酸盐(0.39%)清洗助焊剂0 843±0.005异屈衣松香、乙二胺盐酿盘A却觎淞紳斗对使用油墨A、油墨B的PCB样品，在PTH孔插入96芯插件r分别涂覆免清洗助 焊列(TF-800H)

8、,清洗助焊列(IPC-2#助焊列)，逬行波峰焊，观察波峰焊后的锡珠 残留情况，油墨A的测试结果如图10 ,油墨B的测试结果如图11。对使用油墨A、油墨B的PCB样品，在PTH孔插入96芯插件，分别涂覆免清洗助 埠列(TF-800H),清洗助埠列(IPC-2#助焊齐IJ ),逬行波峰焊，观察波峰焊后的锡珠 残留情况，油墨A的测试结果如图10 ,油翼B的测试结果如图llo液1峰焊后揚珠残留倩况96芯插件波醴焊后整体囹局部放大1同部枚尢2帥芯插件波腥焊后整体图圉10瀝| A不同助埠誌皮孵实验结果为折蒯藪針心助腳免青先助焊剂 （TF-8OOH）清洗型助焊剂（IPC标准-2士助 焊別）如图10 ,拒焊能

9、力相对较差油墨A使用免清洗型助焊剂r波峰焊后存在较多的锡珠残留，数量达到了 60颗。油奚A使用常规清洗型助焊剂（2#助焊齐IJ ）,波峰焊后锡珠残留较小，仅为8颗。助焊制免猜洗助焊制（TF-8OOH）馳焊后i剔侏残留悔况96芯插件波嶂焊后整体图局部敖大1局部放大2唐洗型助焊剂（IPC标准3助焊剂）96芯摘件菠睚焊后整体图局部放大2局部放大1图11油垄B不同助J翱玻鞍谿果如图11 ,拒焊能力较好的油奚B使用免清洗型助焊剂，波峰焊后无锡珠残留。 使用清洗型助焊割（2#助焊列），波峰焊后也无锡珠残留。小结：通过对不同拒焊性能油墨A、油墨B ,分别使用免清洗型助焊割及清洗型 助焊列进行波峰焊实验，使用

10、免清洗型助焊列，拒焊性能较差的油墨A,波峰焊后出 现大呈锡珠（60颗）,拒焊性能较好的油墨B锡珠残留。而使用松香含星更高的2# 助焊列，油墨A仅有8颗锡珠残留，油墨B无锡珠残留,说明不同种油墨对锡珠的 残留影响最大，助焊列主要起改善油昊表面张力的作用，免清洗型助焊列与清洗型助 焊剂主要差异点在于r免清洗型助焊剂松香比重低，脱离焊料时松香已大呈挥发对油 墨表面张力的改善效果较小，导致锡珠的残留较多。松香含星高的清洗助焊卿脱离焊 料时仍有松香残留表面，仍可有效改善油墨表面张力，防止锡珠的粘附。5.结论:锡珠的残留严重影响产品整机的可靠性，通过对锡珠锡珠的残留形态、波峰焊过 程设备及残留机理分析、及实验结果，得到如下结论：(1)锡珠的残留状态：锡珠与油墨表面直接发生接触，冷却后被助焊割包裏;(2 )锡珠产生的可能方式有：PTH孔内焊料受水气等影响溅至油墨表面； 焊料回弹