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。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
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℃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。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。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SMT贴片加工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从而形成锡珠;因此,在贴装时应选择适当的贴装压力。
4、焊膏通常需要冷藏,在使用前一定要使其恢复至室温方可打开包装使用,如果焊膏温度过低就被打开包装,会使膏体表面产生水分,这些水分在经过预热时会造成焊粉飞出,在焊接段会让热熔的焊料飞溅从而形成锡珠。
我国一般地区夏天的空气湿度较大,把焊膏从冷藏取出时,一般要在室温下回温4-5小时再开启瓶盖。
5、生产或工作环境也影响锡珠的形成,当印制板在潮湿的库房存放过久,在装印制板的包装袋中发现细小的水珠,这些水分和焊膏吸潮的水分一样,会影响焊接效果从而形成锡珠。因此,如果有条件,在贴装前将印制板或元器件进行一定的烘干,然后进行印刷及焊接,能够有效地抑制锡珠的形成。
6、焊膏与空气接触的时间越短越好,这也是使用焊膏的一个原则。取出一部分焊膏后,立即盖好盖子,特别是里面的盖子一定要向下压紧,将盖子与焊膏之间空气挤出,否则对焊膏的寿命会有一定的影响,同时会造成焊膏的干燥加快或在下次再使用时吸潮,从而形成锡珠。
由此可见,锡珠的出现有很多原因,只从某一个方面进行预防与控制是远远不够的。我们需要在生产过程中研究如何防制各种不利因素及潜在隐患,从而使焊接达到最好的效果,避免锡珠的产生。