回流焊接温度曲线

1、回流焊接温度曲线作温度曲线 (profiling) 是确定在回流整个周期内印刷电路板 (PCB) 装配必须经受的时间 /温度关系的过程。 它决定于锡膏的特 性，如合金、 锡球尺寸、 金属含量和锡膏的化学成分。 装配的量、 表面几何形状的复杂性和基板导热性、 以及炉给出足够热能的能 力，所有都影响发热器的设定和炉传送带的速度。 炉的热传播效 率，和操作员的经验一起，也影响反复试验所得到的温度曲线。锡膏制造商提供基本的时间 /温度关系资料。它应用于特定 的配方，通常可在产品的数据表中找到。可是，元件和材料将决 定装配所能忍受的最高温度。涉及的第一个温度是完全液化温度 (full liquidus

2、temperature) 或最低回流温度 (T1) 。这是一个理想的温度水平，在这点，熔化 的焊锡可流过将要熔湿来形成焊接点的金属表面。 它决定于锡膏 内特定的合金成分，但也可能受锡球尺寸和其它配方因素的影 响，可能在数据表中指出一个范围。对 Sn63/Pb37，该范围平均 为 200 225° C。对特定锡膏给定的最小值成为每个连接点必须 获得焊接的最低温度。 这个温度通常比焊锡的熔点高出大约 15 20° C。(只要达到焊锡熔点是一个常见的错误假设。 ) 回流规格的第二个元素是最脆弱元件 (MVC, most vulnerable component)的温度 (T2)

3、。正如其名所示， MVC 就是装配上最低温 度“痛苦”忍耐度的元件。从这点看，应该建立一个低过5°C 的“缓冲器”，让其变成 MVC 。它可能是连接器、双排包装 (DIP, dual in-line package) 的开关、发光二极管 (LED, light emitting diode)、或甚至是基板材料或锡膏。 MVC 是随应用不同而不同， 可能要求元件工程人员在研究中的帮助。在建立回流周期峰值温度范围后， 也要决定贯穿装配的最大 允许温度变化率 (T2-T1) 。是否能够保持在范围内，取决于诸如 表面几何形状的量与复杂性、 装配基板的化学成分、 和炉的热传 导效率等因素。 理

4、想地， 峰值温度尽可能靠近 (但不低于 )T1 可望 得到最小的温度变化率。 这帮助减少液态居留时间以及整个对高 温漂移的暴露量。传统地，作回流曲线就是使液态居留时间最小和把时间/温度范围与锡膏制造商所制订的相符合。 持续时间太长可造成连接 处过多的金属间的增长，影响其长期可靠性以及破坏基板和元 件。就加热速率而言，多数实践者运行在每秒4°C 或更低，测量如何 20 秒的时间间隔。一个良好的做法是，保持相同或比加 热更低的冷却速率来避免元件温度冲击。图一是最熟悉的回流温度曲线。最初的 100°C 是预热区， 跟着是保温区 (soak or preflow zone) ，在这

5、里温度持续在 150 170°C 之间(对 Sn63/Pb37)。然后，装配被加热超过焊锡熔点， 进入回流区，再到峰值温度，最后离开炉的加热部分。一旦通过 峰值温度，装配冷却下来。温度热电偶的安装适当地将热电偶安装于装配上是关键的。 热电偶或者是用高 温焊锡合金或者是用导电性胶来安装， 提供定期检测板的温度曲 线精度和可重复性的工具。 对很低数量的和高混合技术的板， 也 可使用非破坏性和可再使用的接触探头。应该使用装配了元件的装配板来通过炉膛。 除非是回流光板 (bare board) ，否则应该避免使用没有安装元件的板来作温度曲 线。热电偶应该安装在那些代表板上最热与最冷的连接点上

6、 ( 引 脚到焊盘的连接点上 ) 。最热的元件通常是位于板角或板边附近 的低质量的元件， 如电阻。 最冷的点可能在板中心附近的高质量 的元件，如 QFP(quad flat pack) 、 PLCC(plastic leaded chip carrier) 或 BGA(ball grid array)。其它的热电偶应该放在热敏感元件 (即 MVC和) 其它高质量元件上， 以保证其被足够地加热。如果用前面已经焊接的装配板， 则必须从那些热电偶将要安 装的连接点上去掉焊锡。 因为板可能是用 Sn63/Pb37 焊接的，而 现在将要用 Sn10/Pb90，用后者来简单焊接热电偶将会产生一种 “神秘”

7、 合金，或者一种不能维持测试板所要求的多个温度变化 的合金。在去掉老的焊锡后，用少量助焊剂，跟着用少量而足够 的高温焊锡。 如果用导电性胶来安装热电偶， 同样的步骤去掉下 面的 Sn63/Pb37(或其它合金 ) 。这是为了避免破坏热电偶的胶合 附着，从而可能导致回流期间的托焊。推荐使用 K 型、30 AWG 的热电偶线，最好预先焊接。在安 装之后， 热电偶引线引到 PCB装配的后面 (相对行进方向 )。有人 宁愿用一个接头接在热电偶引线的尾沿。 这样测量设备可很快连 接和分开。 开普敦 (Kapton) 胶带 ( 一种耐高温胶带 ) 用来在适当位 置固定热电偶的引线。多数回流机器装备有机上作

8、温度曲线的软件， 允许热电偶引 线插在炉子上， 实时地从系统显示屏幕上跟踪。 有人宁愿使用数 据记录设备， 和测试装配板一起从炉中通过， 以可编程的时间间 隔从多个热电 偶记录温度。这些系统是作为“运行与读数 (run-and-read) ”或数据发送单元来使用的， 允许实时地观察温 度曲线。 对后者， 系统必须不受射频干扰 (RFI, radio frequency interference) 、电磁干扰 (EMI, electromagnetic interference) 和串扰 (crosstalk) 的影响，因此当来自发射机的数据还没有来 时，不会去“猜测”温度。不管用哪一种数据记录

9、器，定期的校 准是必要的。渐升式温度曲线 (Ramp profile)保温区 (soak zone) 有热机械的 (thermomechanical) 重要 性，它允许装配的较冷部分“赶上”较热部分，达到温度的平衡 或在整个板上很低的温度差别。在红外 (IR, infrared) 回流焊接 开始使用以来，这个曲线是常用的。在加热PCB装配中， SMT早期的红外与对流红外炉实际上缺乏热传导能力， 特别是与今天的 对流为主的 (convection-dominant) 炉相比较。这样，锡膏制造 商们配制它们的几乎松香温和活性 (RMA, rosin mildly active) 材料，来满足回流前

10、居留时间的要求， 尝试减少温度差别 ( 图二) 。 另一方面，以对流为主要热机制的对流为主的 (convection-dominant) 炉通常比其前期的炉具有高得多的热传 导效率。因此，除非装配的元件实在太多，需要保温来获得所希 望的温度差别， 否则回流前的保温区是多余的， 甚至可能是是有 害 的 ， 如 果 温 度 高 于 基 板 玻 璃 态 转 化 温 度 (substrate glass-transition)Tg 的时间过长。在大多数应用中，渐升式温 度曲线 (ramp profile) 是非常好的 ( 图三 ) 。尽管有人认为锡膏助 焊剂配方要求回流前保温 (preflow soa

11、k) ，事实上，这只是为了 能够接纳那些老的、现在几乎绝种的、对流 /IR 炉技术。一项最近的有关锡膏配方的调查显示，大多数 RMA、免洗和 水溶性材料都将在渐升式温度曲线上 达到规定要求 1。事实上， 许多有机酸 (OA, organic acid) 水溶性配方地使用的保温时间也 要尽可能小 由于有大量的异丙醇含量作为溶剂， 它们容易很 快挥发。在使用渐升式温度曲线 (ramp profile) 之前，应该咨询锡膏 制造商， 以确保兼容性。 虽然一些非常量大或复杂的 PCB装配还 将要求回流前的保温， 但大多数装配 ( 即，那些主要在线的 )将受 益于渐升式温度曲线 (ramp profil

12、e) 。事实上，后者应该是如何 锡膏评估程序中的部分，不管是免洗，还是水溶性。氮气环境 一个焊接的现有问题是有关在回流焊接炉中使用氮气环境 的好处。 这不是一个新问题 至少一半十年前安装的回流炉被指定要有氮气容器。 而且，最近与制造商的交谈也显示还有同样 的比例存在，尽管使用氮气的关键理由可能现在还未被证实。 首先，重要的是理解使回流环境惰性化是怎样影响焊接过程 的。焊接中助焊剂的目的是从要焊接的表面，即元件引脚和 PCB 焊盘， 去掉氧化物。 当然，热是氧化的催化剂。 因为，根据定义， 热是不可能从基本的温度回流焊接过程中去掉的， 那么氧 氧 化的另一元素 通过惰性的氮气的取代而减少。 除了

13、大大地减 少，如果没有消除，可焊接表面的进一步氧化，这个工艺也改善 熔锡的表面张力。在八十年代中期， 免洗焊锡膏成为可行的替代品。 理想的配 方是外观可接受的 （ 光亮的、稀薄的和无粘性的 ） 、腐蚀与电迁移 良性的、和足够薄以致于不影响 ICT（in-circuit test） 针床的 测试探针。残留很低的锡膏助焊剂 （ 固体含量大约为 %）满足前 两个标准，但通常影响 ICT。只有固体含量低于 %的超低残留材 料才可看作与测试探针兼容。 可是， 低残留的好处伴随着低侵蚀 性助焊剂处理的成本代价， 需要它所能得到的全部帮助， 包括回 流期间防止进一步氧化的形成。 这个要用氮气加入到回流过程来

14、 完成。如果使用超低残留焊锡膏，那么需要氮气环境。可是，近 年来，也可买到超低残留的焊锡膏， 在室内环境 （ 非氮气 ） 也表现 得非常的好。原来的有机可焊性保护层 （OSP, organic solderabilitypreservative） 在热环境中有效地消失，对双面装配，要求氮气 回流环境来维持第二面的可焊性。 现在的 OSP也会在有助焊剂和 热的时候消失，但第二面的保护剂保持完整，直到印有锡膏，因 此回流时不要求惰性气体环境。氮气回流焊接的最古老动机就是前面所提到的改善表面张 力的优点， 通过减少缺陷而改善焊接合格率即是归功于它。 其它 的好处包括：较少的锡球形成、更好的熔湿、和更

15、少的开路与锡 桥。早期的 SMT手册提倡密间距的连接使用氮气， 这是基于科学 试验得出的结论。可是，这测试是实验室的试验，即， “烧杯试 验”与实际生产的关系，没有把使用氮气的成本计算在内。应该记住， 在过去十五年， 炉的制造商已经花了许多钱在开 发(R&D)之中，来完善不漏气的气体容器。虽然当使用诸如对流 为主的 (convection-dominant) 这类紊流空气时，不容易将气体 消耗减到最小， 但是有些制造商使用高炉内气体流动和低氮气总 消耗，已经达到非常低的氧气水平。这样做，他们已经大大地减 低了使用氮气的成本。随着连接的密度增加，过程窗口变小。在这个交接口，在有 CSP(

16、chip scale package) 和倒装芯片 (flip chip) 的应用中使用 氮气是很好的保证。双面回流焊接人们早就认识到的 SMT的一个优点是， 元件可以贴装在基板 的两面。可是，问题马上出现了：怎样将前面回流焊接的元件保 持在反过来的一面上完好无损， 如果第二面也要回流焊接人们已经采取了无数的方法来解决这个困难： 一个方法是有胶将元件粘在板上， 这个方法只用于波峰焊接无源 元件 (passive component) 、小型引脚的晶体管 (SOT)和小型引脚 集成电路 (SOIC) 。可是，这个方法涉及增加步骤和设备来滴胶和 固化胶。 另一个方法是为装配的顶面和底面使用两种不同

17、的焊锡合金， 第 二面的锡膏的熔点较低。 第三个方法是企图在炉内装配板的顶面和底面之间产生一个温 度差。可是，由于温度差，基板 Z 轴方向产生的应力可能对 PCB 结构，包括通路孔和内层，有损耗作用。在有些应用中，虽然这 种应力可能是有名无实的，但还是需要小心处理。事实上， 有更实际的解决办法。 人们不要低估熔化金属的粘性能 力 它远比锡膏的粘性强。 记住这一点，元件绑解的表面积 越大，保持它掉落的力就越大。为了决定哪些元件可用作底面贴附与随后的“回流” ，导出 了一个比率，评估元件质量与引脚 / 元件焊盘接触面积之间的关 系 2 ：元件重量 ( 克)焊盘配合的总面积 (平方英寸 )这里，第二

18、面的每平方英寸克必须小于或等于侵入式焊接 (Intrusive Soldering)波峰焊接是一个昂贵的工艺， 因为伴随着越来越多的对其废 气排放的研究 这也是工业为什么要减少波峰焊接需求的一 个理由。另一个理由是随着表面贴装元件 (SMD)的使用，放用回 流焊接传统通孔元件 ( 特别是连接器 )的兴趣越来越多。 取消波峰 焊接不仅经济上和制造上有好处， 而且消除了一个处理中心， 通 过减少周期时间和占地面积使得装配线更流畅。从工艺观点来 看， PCB减少一次加热过程，这一点对潜在的温度损害和金属间 增长是很重要的。侵入式焊接 ( 即通孔回流 through-hole reflow 、单中心回

19、 流 焊 接 single-center reflow soldering 、 引脚 插入 锡膏 pin-in-paste ，等) 是一个表面贴装和通孔元件都在回流焊接系 统中焊接的工艺。 采用该工艺可减少波峰和手工焊接。 这不是一 个“插入式 (drop-in) ”的工艺 #151; 因为沉积的焊锡用来连接 SMD和传统两种元件，控制锡量是必须的。有人用模板 (stencil) 来将锡膏印刷到孔内。这里，小心是 很重要的， 以保证插入的通孔元件引脚不会带走太多的锡膏。 其 它的使用者将焊锡预成型结合到工业中， 来提供足够的锡量给插 入的元件。可是，这是一个昂贵的选择，并且不太适合于自动过 程

20、。一个更先进的方法是调节围绕电镀通孔周围的焊盘直径与几 何形状。最主要的问题是多少锡量才达到 “足够的”通孔连接 (以 及“最佳的”锡膏沉积方法 ) ，该工艺还处在试验阶段。侵入式焊接 (Intrusive soldering) 也要求回流系统比平常 多的加热能力。 工艺中增加的通孔元件数量对回流系统的热传送 效率的要求更高。 许多混合技术装配的复杂表面几何形状要求一 个很高的热传送系数， 以可接受的温度差来充分地回流装配。 虽 然大多数对流为主的炉可胜任这个任务， 在某些装配上的某些元 件的热敏感性可能阻碍其通过回流焊系统。 这个情况可能在使用 较高熔点的无铅焊锡时， 变得更富挑战性。 可是

21、，对大多数应用， 侵入式焊接具有很大的吸引力，理所当然应该得到考虑。结论虽然本文重点在量的回流焊接上面， 但相同的原则与惯例对 其它的 （ 选择性的 ）回流工艺，包括激光，都是可应用的。虽然回 流焊接是一个高要求的工艺，但它不是“火箭科技” 必须控 制但非常可受的。适当的设备与材料选择，以及理解主要的热、 化学和冶金的工艺，将向高合格率的焊接工艺迈出一大步。溅锡的影响减到最小罗丝.伯恩逊、大卫 .斯比罗里和杰弗里 . 安卫勒（美）在回流之后，内存模块的连接器“金手指”可能出现溅锡的 污染，这意味着产品的品质和可靠性问题和制造流程问题。溅锡只是表面污染的一种， 其它类型包括水渍污染和助焊剂 飞溅

22、。这些影响较小， 但由于焊锡飞溅， 焊锡已实际上熔湿了 “金 手指”的表面。“小爆炸”溅锡有许多原因， 不一定是回流焊接时热的或熔化的焊锡爆 发性的排气结果。例如，通过观察过程，以保证锡膏丝印时的最 佳清洁度，溅锡问题可以减少或消除。任何方法， 如果使锡膏粉球可能沉积在金手指上， 并在回流 过程时仍存在，都可以产生溅锡。包括：在丝印期间没有擦拭模板底面 （模板脏 ） 误印后不适当的清洁方法 丝印期间不小心的处理机板材料和污染物中过多的潮汽极快的温升斜率 （超过每秒 4° C） 在后面的原因中， 助焊剂的激烈排气可能引起熔化焊接点中 的小爆炸，促使焊锡颗粒变成在回流腔内空中乱飞，飞溅在

23、 PCB 上，污染连接器的“金手指” 。 PCB材料内夹住潮气的情况是一 样的，和助焊剂排气有相同的效果。类似地，板表面上的外来污 染也引起溅锡。溅锡的影响虽然人们对溅锡可能对连接器接口有有害的影响的关注， 还 没有得到证实，但它仍然是个问题，因为轻微的飞溅“锡块”产 生对连接器金手指平面的破坏。 这些锡块是不柔顺的， 锡本身比 金导电性差，特别是遭受氧化之后。第一个最容易的消除溅锡的方法是在锡膏的模板丝印过程。 如果这个过程是产生溅锡的原因的话， 那么通过良好的设备的管 理及保养来得到控制， 包括适当的丝印机设定和操作员培训。 如 果原因不在这里，那么必须检查其它方面。水印污染： 其根本原因

24、还未完全理解， 虽然可能涉及许多根 源。因为已经显示清洁的、未加工的、无锡膏的和没有加元件的 板，在回流后也会产生水印污染，所以其中包括了许多的原因： PCB制造残留、炉中的凝结物、干助焊剂的飞溅、清洗板的残留 和导热金的变色等。水印污染经常难于发现，但其对连接器接口似乎并无影响。 事实上内存模块的使用者并不关心这类表面污染， 常常看作为金 的变色。助焊剂飞溅： 一般理解为， 助焊剂水滴在回流炉中变成空中 乱飞，分散和附着在整个板上，包括金手指。有两种理论试图说 明助焊剂飞溅：溶剂排放理论和合并理论 （ 丝印期间的清洁再次 认为有影响，但可控制 ） 。溶剂排放理论： 认为锡膏助焊剂中使用的溶剂

25、必须在回流时 蒸发。如果使用过高温度，溶剂会“闪沸”成气体（ 类似于在热 锅上滴水 ） ，把固体带到空中，随机散落到板上，成为助焊剂飞 溅。为了证实或反驳这个理论，使用热板对样板进行导热性试 验，并作测试。使用的温度设定点分别为 190° C， 200° C 和 220° C。膏状的助焊剂 （不含焊锡粉末 ） 在任何情况下都不出现 飞溅。可是，锡膏（ 含有粉末的助焊剂 ） 在焊锡熔化和焊接期间始 终都有飞溅。表一和表二是结果。表一、溶剂排气模拟试验测试描述材料结果助焊剂载体 （ 无粉末 ） 印于铜箔试样， 放于设 定为 190° C 、200°

26、 C 和 220 ° C 的热板上助焊剂载体 B 助焊剂载体 D在试样上没有明显的 助焊剂飞溅， 第二次结 果相似将锡膏印于铜箔试样， 放于设定为 190° C 、 200° C 和 220° C 的 热板上回流锡膏 B：90%金属含量，Sn63/Pb37，-325/+500锡膏 D：92%金属含量，Sn63/Pb37，-325/+500两种金属含量都可以 看到助焊剂飞溅， 金属 含量较高的产生飞溅 可能较少，但很难说。 第二次结果相似助焊剂 A：Kester244 ，助焊剂 B： 92，助焊剂 C：92J，助焊剂 D： 51SC，助焊剂 E： 73D，

27、助焊剂 F：75表二、从金属焊接中的助焊剂飞溅模拟试验测试描述材料结果锡膏 （ 有粉末 ） 印于铜 箔试样，放于设定为 190° C、 200° C 和 220° C 的热板上锡 膏 B ， 90% ， Sn63/Pb37，-325/+500锡 膏 D ， 90% ，Sn63/Pb37，-325/+500在所有温度设定上， 锡 膏 B 明显比锡膏 D 湿润 较快， 结合更积极， 结 果助焊剂飞溅较多 也看到锡膏 D 在所有 温度上的助焊剂飞溅， 但比锡膏程度要小 温度越高，飞溅越厉害保温区 （ 干燥 ） 模拟 - 锡膏印于铜箔试样， 在 设定不同的温度热板 上预热

28、不同的时间， 保 温范围 150° C170° C，时间 14 分钟。试 样然后转到第二块热 板上，以 220° C 回 流，并观察助焊剂飞 溅。锡 膏 B ， 90% ，Sn63/Pb37，-325/+500在较高温度下保温超 过 2 分钟，减少或消除 了助焊剂飞溅Sn62 的锡膏和 Sn63 的 锡膏比较，看是否 Sn62 较慢的结合速度会减锡膏 B：90%金属含量，Sn63/Pb37，-325/+500 锡 膏 B ： 90% ，Sn62 和 Sn63 都观察到 助焊剂飞溅， 飞溅数量 的差别肉眼观察不出，少飞溅Sn62/Pb36/Ag2 ，-325/+50

29、0观察到 Sn62 的结合速度较慢助焊剂 A：Kester244 ，助焊剂 B： 92，助焊剂 C：92J，助焊剂 D： 51SC，助焊剂 E： 73D，助焊剂 F：75可以推断， 如果助焊剂沸腾引起飞溅， 那么当助焊剂单独加 热时应该看到。可是，由于飞溅是在焊锡结合时观察到的，这里 应该可找到其作用原理。 测试说明溶剂排气理论不能解释助焊剂 飞溅。结合理论：当焊锡熔化和结合时熔化材料的表面张力一个 很大的力量在被夹住的助焊剂上施加压力， 当足够大时， 猛烈 地排出。这一理论得到了对 BGA装配内焊锡空洞的研究的支持， 其中描述了表面张力和助焊剂排气之间的联系 （ 助焊剂排气率模 型） 。因此

30、，有力的喷出是助焊剂飞溅最可能的原因。接下来的实验室助焊剂飞溅模拟说明了结合的影响， 甚至当锡膏在回流前 已烘干。尽管如此，完全的烘干大大地减少了飞溅（ 表三 ） 。表三、来自金属结合的助焊剂飞溅模拟烘干研究温度一分钟二分钟三分钟四分钟150oC观察到飞溅1-2 飞溅无飞溅无飞溅160oC1-2 飞溅无飞溅无飞溅无飞溅170oC无飞溅无飞溅无飞溅无飞溅用锡膏 B 90% Sn63/Pb37 合金作试验熔湿速度因为结合模型看来会成功， 所以调查了各种材料的熔湿速度。熔湿速度受合金类型、温度、助焊剂载体和回流环境的影响。如 图一所说明，温度对熔湿速度有戏剧性的影响，温度越高，速度 越快。图一、 一

31、种焊锡配方在不同温度测试的熔湿速度， 影响因素包括 合金类型、温度、助焊剂载体和回流环境。李宁成博士在其论文， “通过缺陷机制分析优化回流曲线” 中说，惰性气体 （氮） 也会增加熔湿速度。 SMT专栏作家珍尼 . 黄 博士和其它人的报告说， 共晶合金的熔湿速度倾向于比非共晶材 料快。因此， Sn63/Pb37 一般比 Sn62/Pb36/Ag2 熔湿速度更快。影响熔湿、从而影响结合和潜在飞溅的因素如表四所示表四、可能引起溅锡的因素因素机制对飞溅的影响助焊剂载体不同的活性剂在回流快速的结合将增加助活性剂时提高不同程度的湿润和结合速度焊剂被夹住的可能性，将可能增加受夹助焊 剂的压力，因此引起助 焊

32、剂爆发性的排出。助焊剂载体溶剂及其含量溶剂类型和含量将影响预热期间烘干程度增加溶剂含量将引起 受夹住焊剂更激烈的 排出合金类型合金影响回流期间的湿润和结合速度快速的结合将增加助 焊剂被夹住的可能性， 将可能增加受夹助焊 剂的压力，因此引起助 焊剂爆发性的排出。回流气氛惰性 （ 氮） 环境增加回 流期间的湿润和结合 速度快速的结合将增加助 焊剂被夹住的可能性， 将可能增加受夹助焊 剂的压力，因此引起助 焊剂爆发性的排出。焊锡熔化温度更高的熔化温度增加 回流期间的湿润和结 合速度快速的结合将增加助 焊剂被夹住的可能性， 将可能增加受夹助焊 剂的压力，因此引起助焊剂爆发性的排出。溅锡的解决方案预防：

33、防止溅锡沉积的一个方法就是在金手指上涂敷一层可 驳除的阻焊层，在丝印锡膏后涂敷，回流后拿掉。这个方法还没 有印证，可能成本高，因为牵涉手工作业，涂敷板上选择性区域 会造成困难， 中断生产流水作业。 另外可选择在金手指上贴临时 胶带。这个方法也有同样的缺点。最小化：优化助焊剂载体的化学成份，和回流温度曲线，将 溅锡减到最低。为了证明这一点，得到内存模块制造商的支持， 通过评估对材料和回流温度曲线优化的影响， 来评价表准锡膏系 统。清楚地表明活性剂、溶剂、合金和回流温度曲线对溅锡程度 有重要影响。因此，有信心着手解决问题，这些参数的适当调整 可以将溅锡减到最小。非标准材料， 如聚合助焊剂系统由于成

34、本高、 货架寿命丝印 寿命短、工艺变化范围小、并返工困难，不包括在本研究范围。 但是，聚合助焊剂有希望最终提供一个可能最小化的溅锡解决方 案，因为潜在的飞溅材料在温度激化的聚合过程中被包围。 因此， 没有液体助焊剂留下来产生飞溅。测试样板是一块六个小板的内存模块，没有贴装元件。（ 已发现元件回减小溅锡的影响， 因为元件会阻隔助焊剂从金手指上 排出 ） 。现有生产材料和温度曲线作基本的试验条件（ 表五 ） 。生产电路板的飞溅水平大约每 100 块组合板有一个飞溅锡球。 两个工程师通过 20 倍的显微镜观察所有的板，以评估溅锡程度。表五、测试材料助焊剂载体描述相对湿润速度溶剂 含 量回流环境溶剂挥

35、发性助焊剂 A现有生产材料 （ 内 存模块制造商的 ） 中等残留， RMA型未知中推荐惰性高助焊剂 B高级、高性能、长 丝印寿命，中等残 留快中空气或惰性低助焊剂 C高级、高性能、长 丝印寿命，中等残 留快中空气或惰性低助焊剂 D高性能、 RMA型， 长丝印寿命，中等 残留慢中空气或惰性低助焊剂 E低残留，高溶剂含 量，空气或氮气回 流慢高推荐惰性中助焊剂 F极低残留，惰性回 流慢高惰性中助焊剂 A: Kester244, B: 92, C: 92J, D:51SC, E: 73D, F:75在线研究中使用不同特性的表准锡膏。 根据其不同的湿润速度和溶剂性能来选择这些材料。 为减少研究中的变量

36、参数， 所有锡膏 使用同一种合金： Sn63/Pb37，粒度 -325/+500 目。 最小化试验结果回流温度曲线的选择： 试验期间得到明确， 回流曲线和材料 类型两者都必须调整以使飞溅最小。 测试使用的两条主要的回流 曲线不同在于其保温区的特性。 没有平坦保温区的线性上升温度 曲线 （图二 ）结果是所有材料都存在一些溅锡， 在原来的生产材料 上增加了溅锡。因此，这个曲线形状没有作继续研究。基于飞溅 机制的假设，这个线性的曲线没有充分烘干助焊剂。一个更有前途的基本曲线形状包括一个 160oC的高温保温 （ 烘 干） ，以蒸发所有溶剂 （图三） 。这种溶剂失散增加助焊剂剩余的 粘性，减少挥发成份

37、，因此减少飞溅。可是，这样烘干的潜在问题包括熔湿变差和产生空洞。 使用惰性气体 （ 氮气） 可以帮助改善 熔湿和减少空洞，但对飞溅却无效果。这个曲线也是一个“长” 曲线，消除了过快温升率的需要 （ 最高每秒 175oC）。图二、线性温升曲线，没有保温平台区，对任何焊锡和助焊剂材 料都造成一些溅锡 图三、 有一个高温保温区的温度曲线， 溶剂的消失提高余下的助 焊剂粘性，因此减少溅锡所有温度曲线研究的结果在图四和表六中总结。 光板上测 得的飞溅程度，在已贴装元件的生产板上大大减少。估计表明， 光板上少于 10-20 个飞溅锡球，将在贴装元件板上不产生飞溅。 因此，助焊剂类型 D，E 和 F（ 表五

38、） 都提供了可行的溅锡解决方 案。 D 型助焊剂载体有其它有点，工艺范围大和可以空气回流。 三种材料的特点都是熔湿速度慢， 但溶剂种类不同， 这显示所有 溶剂都可以有效烘干，熔湿速度才是助焊剂飞溅的关键因素。图四、每一种材料在内存模块六合一板上的飞溅结果。Series1: 平坦、滞色的助焊剂小滴数量Series2: 有形、光泽的助焊剂小滴数量表六、材料研究结果锡膏类型Series1Series2带速环境助焊剂 A03426”/min氮气助焊剂 A04226”/min氮气助焊剂 B12526”/min氮气助焊剂 B42026”/min氮气助焊剂 B02126”/min空气助焊剂 B02126”/

39、min空气助焊剂 B02126”/min空气助焊剂 B02926”/min空气助焊剂 C2726”/min空气助焊剂 C03526”/min空气助焊剂 D0026”/min空气助焊剂 D0226”/min空气助焊剂 D0226”/min空气助焊剂 D0426”/min空气助焊剂 E0326”/min空气助焊剂 E0326”/min氮气助焊剂 F2026”/min氮气助焊剂 F1026”/min氮气助焊剂 A: Kester244; B: 92; C: 92J; D: 51SC; E: 73D; F: 75检查与清洁如果在清洁的连接器内产生溅锡， 那么检查和清洁是对溅锡 的昂贵和费时的改正行动。

40、当然，通过锡膏残留中配方的变化， 检查可以通过染色和荧光化学品来简化。 清洁也可以用适当的残 留构思来改进。不幸的是，和预防措施一样，成本和时间使得检 查和清洁是人们所不希望的。结论锡膏结合正确的温度曲线， 可以达到实际消除焊锡和助焊剂 的飞溅。相对易挥发溶剂含量高和熔湿速度慢的锡膏可达到最好 的效果。遮盖连接器手指和检查与清洁可提供临时的解决办法， 但没有找到溅锡的根本原因。少一些普通工艺问题By Craig Pynn欢迎来到工艺缺陷诊所。 这里所描述的每个缺陷都将覆盖特 殊的缺陷类型， 将存档成为将来参考或培训新员工的一个无价的 工艺缺陷指南。大多数公司现在正在使用表面贴装技术， 同时又向

41、球栅阵列 (BGA)、芯片规模包装 (CSP)和甚至倒装芯片装配迈进。但是，一 些公司还在使用通孔技术。 通孔技术的使用不一定是与成本或经 验有关 - 可能只是由于该产品不需要小型化。许多公司继续使 用传统的通孔元件，并将继续在混合技术产品上使用这些零件。 本文要看看一些不够普遍的工艺问题。 希望传统元件装配问题及 其实际解决办法将帮助提供对在今天的制造中什么可能还会出 错的洞察。静电对元件的破坏 从上图，我们使用光学照片与扫描电子显微镜 (SEM, scanning electron microscopy) 看到在一个硅片表面上的静电击穿。静电 放电，引入到一个引脚，引起元件的工作状态的改变

42、，导致系统 失效。在实验室对静电放电的模拟也能够显示实时发生在芯片表 面的失效。如上面的照片所示，静电可能是一个问题，解决办法 是一个有效的控制政策。手腕带是最初最重要的防御。树枝状晶体增长树枝状结晶发生在施加的电压与潮湿和一些可离子化的产 品出现时。 电压总是要在一个电路上， 但潮湿含量将取决于应用 与环境。可离子化材料可能来自印刷电路板 (PCB)的表面，由于 装配期间或在空板制造阶段时的不良清洁。如果要调查这类缺陷， 不要接触板或元件。 在失效原因的所 有证据毁灭之前， 让缺陷拍成照片并进行研究。 污染可能经常来 自焊接过程或使用的助焊剂。 另一个可能性是装配期间带来的一 般操作污垢。

43、工业中最普遍的缺陷原因来自助焊剂残留物。在上面的例子中， 失效发生在元件的返修之后。 这个特殊的电话单元是由一个第三方公司使用高活性助焊剂返修的， 不象原 来制造期间使用的低活性材料。焊盘破裂 当元件或导线必须作为一个第二阶段装配安装时， 通常使用 C 形焊盘。例子有，重型元件、线编织或不能满足焊接要求的元 件。在某些情况中，品质人员不知道破裂的原因，以为是PCB腐蚀问题。上面的照片是一个设计陷井， 不是 PCB缺陷。 在焊盘上存在 两个破裂，但只有一个需要防止焊接并且通常防止焊接过程的方 向。锡球是对于任何引入免洗技术的工程师的一个问题。 为了帮 助控制该问题， 他必须减少其公司使用的不同电

44、路板供应商的数 量。通过这样，他将减少使用在其板上的不同阻焊类型，并帮助 孤立主要问题 - 阻焊层。锡球可能由许多装配期间的工艺问题引起，但如果阻焊层不让锡球粘住， 该问题就解决了。 如果阻焊类型不允许锡球粘住表 面，那么这就为工程师打开工艺窗口。 锡球的最常见的原因是在 波峰表面上从助焊剂产生的排气， 当板从波峰处理时， 焊锡从锡 锅的表面弹出。IC 座的熔焊点集成电路 (IC) 引脚之间的焊锡短路不是那么常见，但会发 生。一般短路是过程问题太高的结果。 这种问题可能来自无钱工 艺，必须为将来的工艺装配考虑。在座的引脚和 / 或 IC 引脚上使用锡 / 铅端子，增加了短路的可能性。零件简直已

45、经熔合在一起。问题会变得更差，如果改变接触表面上的锡 / 铅厚度。如果我们全部使用无铅，在引脚和座 的引脚上的可熔合涂层将出现少， 问题可以避免。 该问题也可以 通过不预压 IC 来避免。焊点失效单面焊接点的可靠性是决定于焊锡数量、 孔对引脚的比率和 焊盘的尺寸。 上面的例子显示一个失效的焊点， 相对小的焊点横 截面。该例中的孔对引脚比率大， 造成焊点强度弱。 随着从引脚到 孔边的距离增加， 横截面上焊接点的厚度减少。 如果有任何机械应力施加于焊接点， 或者如果焊接点暴露于温度循环中， 其结果将类似于所显示的例子。是的，你可以增加更多焊锡，但这只会延长寿命 - 不会消除问题。这类失效也可能由于对已经脆弱的焊接点的不当处理而发生。不完整焊接圆角 上面的照片显示一个单面板上的不完整焊接圆角的一个例 子。这个缺陷的发生，由于许多理由。不完整的焊接圆角由不当 的孔与引脚的比率、 陡峭的传送带角度、 过高的波峰温度和焊盘 边缘上的污染所引起。 照片显示不当的孔与引脚比率的一个清楚 的例子， 这使得该联系的大量焊接很难达到。 引脚对孔的比