SMT生產中錫珠的產生原因及控制方法

中國船級社質量認證公司 姜西娟

二十多年來，隨著電子信息產品的輕、薄、省電、小型化、平面化的不斷發展，促使不同用途的電子產品必須采用表面貼裝（SMT）技術。而錫珠對于電子產品具有嚴重的危害性，因此如何減少錫珠是SMT企業重點管控的內容之一。

根據相關案例，SMT生產中，回流焊接時，由于錫膏金屬微粒飛濺，容易形成微小球狀焊料珠或不規則形狀的焊料粒，這就是錫珠（見下圖）。錫珠是SMT生產的主要缺陷之一，直徑約為0.2～0.4mm，主要出現在貼片元件側面或者IC引腳之間，不僅影響PCB產品外觀，而且在使用中可能造成短路現象，嚴重影響電子產品質量和壽命，甚至可能造成人身傷害。

錫珠是多種因素造成的，原材料、錫膏、模板、裝貼、回流焊、環境等都可能導致產生錫珠。因此研究它產生的原因，并力求進行最有效控制就顯得猶為重要。

原材問題導致產生錫珠及其控制方法

1.PCB質量、元器件

PCB 的焊盤（PAD）設計不合理，如果元器件本體過多壓在PAD上把錫膏擠出過多,可能產生錫珠。設計PCB時，就要選定合適的元器件封裝及合適的PAD。

PCB阻焊膜印刷不好、表面粗糙，導致回流時出現錫珠，必須加嚴PCB來料入檢，阻焊膜嚴重不良時，必須批退或報廢處理。

焊盤有水份或污物，導致產生錫珠，必須仔細清除PCB上的水份或污物，再投用生產。

另外，經常會遇到客戶來料為不同封裝尺寸器件的代用要求，導致器件和PAD不匹配，易產生錫珠，因此應盡量避免代用。

2.PCB受潮

PCB中水分過多，貼裝后過回流爐時，由于水分急劇膨脹產生氣體，產生錫珠。要求PCB在投入SMT生產前必須是干燥真空包裝，如有受潮需要用烘箱烘烤后使用。對于有機保焊膜（OSP）板，不允許烘烤。依生產周期算，OSP板未超3個月可上線生產，超3個月則需換料。

3.錫膏選用

錫膏顯著地影響著焊接質量，錫膏中的金屬含量、氧化物含量、金屬粉末粒度、錫膏活性等都不同程度影響著錫珠的形成。!

金屬含量、黏度。正常情況，錫膏中金屬含量的體積比約為50%左右、質量比約為89%～91%，其余為助焊劑（Flux）、流變性調節劑、黏度控制劑、溶劑等。如果助焊劑比例過多，錫膏黏度降低，在預熱區，助焊劑氣化時產生的力過大易產生錫珠。

錫膏黏度是影響印刷性能的重要因素，通常在0.5～1.2 KPa·s之間，模板印刷時，錫膏黏度最佳約為0.8 KPa·s。金屬含量增加時，錫膏黏度增加，能更有效地抵抗預熱區中氣化產生的力，也可減小錫膏印刷后塌落趨勢，可減少錫珠。

氧化物含量。錫膏中氧化物含量也影響焊接效果。氧化物含量越高，金屬粉末熔化后結合過程中所受阻力就越大，回流焊階段，金屬粉末表面氧化物含量還會增高，不利于焊盤“潤濕”而產生錫珠。因此在金屬粉末（Powder）制程中須要求真空化操作，防止Powder氧化。

金屬粉末的粒度、均勻性。金屬粉末是極細小的球狀顆粒，其形狀、直徑大小及均勻性均影響其印刷性能。較細的顆粒中氧化物含量較高，如果細顆粒比例大，會有更好的印刷清晰度，但卻易產生塌邊，使錫珠增多；較大的顆粒比例大，使連錫增多，其均勻度相差大，會導致錫珠增多。

錫膏活性。錫膏活性不好，干得太快，如果加了過量稀釋劑，在預熱區，稀釋劑氣化產生的力過大易產生錫珠。如果遇到活性不好的錫膏，最好馬上停用更換活性好的。

模板問題導致產生錫珠及其控制方法

器件特征 模板厚度（mm）1 0201元件 或 IC引腳間距≤ 0.3mm 0.07～0.10 2 0402器件 或 IC引腳間距0.4mm 0.10～0.12 3 0603器件 或 IC引腳間距≥0.5mm 0.12～0.15

模板太厚，錫膏印刷就厚，回流焊后易產生錫珠。模板厚度選擇原則：

如模板太厚導致錫珠多，盡快重新制作模板。

模板開孔未做防錫珠處理，易產生錫珠。無論有鉛或無鉛，印錫模板的Chip件開孔均需防錫珠開孔。

模板開口不當、過大、偏移，都會導致錫珠產生。PAD大小決定著模板開孔的大小，模板開口設計最關鍵的要素是尺寸、形狀。為避免錫膏印刷過量，將開口尺寸設計成小于相應焊盤接觸面積的10%；無鉛模板開口設計應比有鉛的大一些，使錫膏盡可能完全覆蓋焊盤。

印刷機參數設定調整不當導致產生錫珠及其控制方法

印刷完后錫膏有塌邊現象，過回流爐后可能形成錫珠。錫膏有塌邊，這和印刷機刮刀壓力、速度、脫模速度有關系。如有錫膏塌邊現象，需重新調整刮刀壓力、速度或脫模速度，減輕塌邊，減少錫珠發生。

未對好位就開始印刷，印刷偏移,使部分錫膏沾到PCB上，可能形成錫珠。

PAD上印刷錫膏過厚,元件下壓后多余錫膏溢流，易形成錫珠。錫膏印刷厚度是生產中一個主要參數，通常等于模板厚度的（1+10%±15%）之間，過厚導致塌邊易形成錫珠。

印刷厚度是由模板厚度所決定，與機器的設定和錫膏特性有一定關系。印刷厚度的微量調整，經常是通過調節刮刀壓力及印刷速度來實現。

置件壓力問題導致產生錫珠及其控制方法

如果貼片中置件壓力設定過大，當元件壓在錫膏上時，就可能有一部分錫膏被擠在元件下面，回流焊階段，這部分錫膏熔化易形成錫珠，因此應選擇適當的置件壓力。

爐溫問題導致產生錫珠及其控制方法

回流焊曲線可分為預熱、保溫、回流和冷卻四個階段。預熱階段升溫到120～150度之間，可除去錫膏中易揮發的溶劑，減少對元件的熱振動；同時錫膏內部會發生氣化現象，如果錫膏中金屬粉末之間的粘結力小于氣化產生的力，就會有少量錫膏從PAD上溢流離開，有的則躲到片狀阻容件下面，回流后形成錫珠。

由此可見，預熱溫度越高、預熱區升溫太急，就會加大氣化現象飛濺，就越容易形成錫珠。因此調整回流爐溫、降低輸送帶速度，采取較適中的預熱溫度和預熱速度來控制錫珠。

制程管控問題導致產生錫珠及其控制方法

錫膏使用注意事項主要包括以下幾個方面：在規定的保存條件下，錫膏存儲期限一般為3～6個月；錫膏使用應遵循“先進先出”原則，應以密封形式保存在恒溫冰箱內，溫度在2℃～10℃；使用前，從冰箱中取出、密封置于室溫下至少回溫4H，待錫膏達到室溫時打開瓶蓋，取出部分錫膏后，將里面的蓋子與錫膏之間空氣全部擠凈，立即蓋好外蓋。若在低溫開瓶，易吸收水汽，再流焊時易產生錫珠； 開封后應按要求攪拌均勻，降低錫膏黏度，開蓋后原則上應在當天內一次用完；錫膏置于模板上超過30分鐘未使用時，應用印刷機的攪拌功能攪拌后再使用，若間隔時間較長（超過1H），應將錫膏重新放回罐中蓋緊瓶蓋，再次使用應攪拌均勻；從模板收掉錫膏時，要換另一個空罐裝，防止污染新鮮錫膏，從模板上刮回的錫膏也應密封冷藏。

制程管理也有其相應的要求：印刷時的最佳溫度為25℃±3℃，相對濕度為45%～65%，溫濕度過高，錫膏容易吸收水汽，回流時易產生錫珠；印刷失敗后，最好用超聲波清洗設備徹底清洗PCB，晾干后再放入烘箱按規范烘烤，以防止再使用時出現錫珠；清潔模板不及時、或擦拭不徹底，導致模板背面有殘余錫膏，污染PCB板面，產生錫珠。必須嚴格按照模板清潔規范操作，確定專人清潔、檢查；印刷錫膏后，PCB應在盡可能短的時間內貼裝完，以防止助焊劑等溶劑揮發，易產生錫珠。

在SMT生產中，產生錫珠的因素有諸多方面，只顧關注某一方面或調整某一項參數是遠遠不夠的。我們需要在生產前的準備階段和生產過程中仔細管控好各個細節，研究好如何控制影響錫珠的各項因素，從而使焊接達到最佳的效果，滿足電子連技術的高質量要求。