本文对无助焊剂倒装焊回流峰值温度区间的气氛环境对焊点气孔的影响进行了研究，为该技术向更广泛的产品类型应用提供了参考。此实验设计可查看《回流气氛对无助焊剂倒装焊焊点气孔的影响（上）》
二、结果与讨论
3组样品完成回流后，使用德国ERSA公司的光学显微镜从倒装芯片侧面观察凸点与基板焊接情况，图1为无助焊剂倒装焊焊点外观。3组样品焊接凸点均塌陷良好，焊球表面光亮，无明显氧化、冷焊等缺陷。
将完成回流焊的3组电路通过X射线设备观察焊点内部是否存在气孔，每组观察统计100个焊点。统计发现，真空回流有51个焊点存在明显气孔，其中4个焊点为小气孔，靠近焊点边缘，其余47个为较大气孔，靠近焊点中心，直径约为焊盘直径的3/4。氮气、甲酸气氛回流的电路，焊点未出现明显气孔，见图2。对于焊点来说，气孔是一种不利于其完整性和可靠性的有害现象。一般认为，少量的、小尺寸的和弥散的气孔对于焊点完整性的影响不大，但是大量的或大尺寸的气孔会使焊接点的电学、热学和机械性能下降。气孔产生的主要原因是除气不够彻底（气体夹杂在焊接点中）。为解决焊点气孔问题，B.K.Synkiewice等人、A.Klemm等人和陈雅蓉等人均提出在真空环境下焊接可有效消除气孔。K.Sweaman等人研究表明真空回流虽是一种消除焊点气孔的方法，但无法保证形成无气孔的焊点。本文验证的无助焊剂倒装焊真空环境回流易在焊点产生气孔，发生率约50%，且基本为单个大气孔。气孔边界超出焊盘位置，故气孔位于凸点内。氮气环境和甲酸环境的回流过程未产生气孔，形成了良好的焊接效果。
在反应腔内温度大于150℃时，甲酸与凸点焊料表面氧化物反应生成甲酸盐，继续升温至凸点焊料熔融，焊料与焊盘金属浸润，但基板焊盘镀层间隙未被焊料完全填充，焊盘镀层的气孔被包裹至焊料中。甲酸盐在回流过程中（大于200℃）分解产生氢气，因真空作用，氢气无法有效参与金属氧化物的还原反应而被直接排出，未生成甲酸盐的金属氧化物无法进一步被还原，阻碍了焊点内部气孔溢出焊料。另外，真空环境下，红外辐射加热不能有效地将热量传递至焊接位置，仅能依靠热板加热方式由基板将温度传导至焊接位置，加热效果不理想。氮气和甲酸气氛下，回流过程中甲酸盐分解产生的氢气进一步参与金属氧化物的还原，反应生成金属单质。焊点内部气孔从熔融的焊料中溢出，与基板焊盘充分浸润形成可靠焊点。另外，氮气、甲酸均被热板加热，可有效地将热量传递至焊接区域。
基于上述分析，在回流峰值温度的后段时间将密封腔内气氛设定为真空（ 甲酸与真空持续时间比为4:1），保证凸点焊料金属氧化物被充分还原，再验证此时真空是否可有效消除气孔。样品回流后，使用X射线观察焊点，未发现明显气孔，见图3，证实了上述分析，即焊料金属氧化物未完全被还原为单质时，真空回流环境更易产生气孔，只有当焊点金属氧化物彻底被还原为单质后，真空回流才能保证焊接的可靠性。
因甲酸具有较强的还原性，在倒装焊回流过程虽参与反应并分解，仍有可能对气密性陶瓷封装电路内部气氛含量产生影响。将Ⅱ组和Ⅲ组样品在氮气环境封帽后进行了密封腔内部气氛含量的测定。
甲酸回流电路内部气氛中检测出二氧化碳和水汽的含量，是较氮气回流电路内部气氛含量的近3倍。分析原因为回流过程甲酸除参与反应外，还有部分吸附在基板上，封帽后分解生成二氧化碳和水。氮气回流电路中氢气含量较高也是由于甲酸反应不彻底或吸附在基板上，封帽后分解产生，但气体含量明显低于甲酸气氛回流的电路，说明氮气回流可有效降低残留在电路中的甲酸含量。这些气体的长期存在可能对电路内部结构造成腐蚀，导致失效。在电路封帽前，应首先对电路进行预烘处理，以去除电路焊点及基板上吸附的甲酸。
三、结论
本文针对无助焊剂倒装焊真空、氮气及甲酸三种回流气氛对焊点气孔的影响进行了研究，同时分析了氮气、甲酸回流气氛对密封腔内部气氛含量的影响。通过研究可知，氮气气氛回流除有较低的焊点气孔率外，电路密封后的内部含量也能满足国标要求。甲酸气氛回流虽有较低的气孔率，但电路密封后残留的甲酸易分解出二氧化碳和氢气，影响电路的长期可靠性。真空回流因焊料氧化物还原不彻底，易形成气孔，实际SMT贴片加工生产过程可在回流峰值温度区间内与甲酸气氛组合使用，可有效避免气孔产生。