回流焊中的常見問題分析

郝彬+喻波

摘 要：本文對回流焊的工藝過程進行了介紹，并對典型的回流焊缺陷進行了相關研究，分析了回流焊過程中的典型問題，具有一定的參考價值。

關鍵詞：回流焊；SMT；PCB

1 回流焊簡介

回流焊又稱“再流焊”（Reflow soldering）。它是通過提供一種加熱環境，使焊錫膏受熱融化從而讓表面貼裝元器件和PCB 焊盤通過焊錫膏合金可靠地結合在一起的過程，是貼片生產中特有的重要工藝，它與產品組裝的質量密切相關。隨著貼片技術的不斷發展，回流焊工藝也在不斷地改進和發展， 以適應常規SMT 異形SMD（表面貼裝器件）、精細間距乃至超細間距等不同元器件高質量的焊接要求。

目前， 在SMT中根據具體電子元器件的不同和產品的需要， 元器件在PCB 上的焊接狀態主要分為單面全貼、雙面全貼、單面混裝、雙面混裝等。

對于單面全貼PCB， 其主要工藝流程為： 絲印焊膏→貼片→回流焊。

對于雙面全貼PCB， 其主要工藝流程為： 絲印焊膏→貼片→回流焊→翻轉印制板→絲印焊膏→ 貼片→回流焊。

2 回流焊接中的常見問題

1）塌邊

在焊接加熱過程中也會產生焊料塌邊， 這種情況可出現在預熱和主加熱兩種。當預熱溫度在幾十至一百度范圍內， 作為焊料中成分之一的溶劑即會降低粘度而流出。如果其流出的趨勢十分強烈， 會同時將焊料顆粒擠出焊區，形成加熱時的塌邊。當進入焊接主加熱區時，在即將達到焊料熔點前， 如果焊料中的松香溢出也同樣激烈的話，就會造成再次加熱帶來的塌邊。

2）錫珠

錫珠類似于焊球，但尺寸較大，直徑在0 . 2mm～0.4 mm之間，經常出現在矩形片式元件兩側或細間距引腳之間。錫珠是在焊接過程中形成，當焊膏被貼片器件壓出焊盤或塌陷或印刷過多時，經回流焊后，在元件側面或底面容易形成錫珠。錫珠不僅影響了PCBA外觀，也對產品質量埋下了隱患，脫落后容易造成引腳短路，影響電子產品質量。錫珠還可能導致電路工作異常，主要看其所在的位置和大小。電阻旁邊的錫珠對電路沒有什么影響，而電容或電感旁邊的錫珠對電路有很大的影響。錫珠對電路影響較大的所在位置主要是緊貼在電容或電感兩側的中心位置，而且尺寸往往較大，焊劑的殘留物已將元器件兩端連通。焊劑殘留物一般是不會引起電路工作異常的，但產生錫珠以后其結果發生很大變化。假設焊盤兩端間距為0.8 mm，錫珠直徑為0.3 mm，那么相當兩焊盤間距為0.5 mm，使得PCB表面絕緣值降低，且殘留物越多PCB表面絕緣值就下降越大，漏電流增加導致工作異常。若長度超過1/2的引腳間距或大于0.3 mm（即使小于1/2的腳間距）為不合格。

導致錫珠產生的因素較多，比如阻焊層光潔度、焊膏金屬含量、可焊性優劣和模板開孔設計等。導通孔設計在焊盤上，焊料會從導通孔中流出，會造成焊膏量不足。

a.阻焊膜：阻焊膜的類型對錫珠的形成有一定的影響，不光滑的阻焊膜傾向于產生較少的錫珠，因為它提供焊劑的立足之地，從而減少其潤濕擴散，而光滑的阻焊膜傾向于產生較多的錫珠，因為焊劑在液態時可能更容易擴散而促進焊錫沿著元器件底部流動。

b.焊膏金屬含量：焊膏中金屬的質量分數為88%～92%，體積比約為50%。焊膏合金粉和焊劑比例配合不佳時，焊劑較多的焊膏容易產生錫珠。合金粉開始溶化時，焊劑首先開始流動，在“毛細”作用下沿著元件兩側底端的縫隙向中部延伸，直到兩端焊劑在中部匯集后停止。在這個過程中，過多焊劑帶著部分較小合金粉顆粒一起遷移，同時在元件和PCB縫隙間沉積，溶化后形成一條錫線。冷卻時由于表面張力作用，合金開始收縮，靠近焊盤和元件焊端的合金被拉回焊接位置形成焊點，而遠離的合金逐漸向元件中部收縮，在元件側面形成錫珠。

c.模板開孔設計：過多的焊膏沉積是錫珠產生的主要原因，因此模板尺寸要與焊盤尺寸相同或縮減10%左右，以減少焊端兩側面多余的焊膏；同時模板厚度不能太厚，否則造成焊膏沉積過多，易產生錫珠；印刷壓力過大或模板嚴重變形，造成焊膏漏印或錯印也易產生錫珠。改變模板開孔的形狀是解決錫珠最好的辦法，在不改變其它因素的條件下，錫珠可減少90%以上。模板的開孔形狀有多種多樣，總的設計思想是減少元件底部和兩側的焊膏，降低錫珠發生率。

3）SMD翹立

片式組件在遭受急速加熱情況下發生翹立， 這是因為急熱使組件兩端存在的溫差造成焊料角形成的時間差。電端一邊的焊料完全熔融后獲得良好的濕潤，而另一邊的焊料未完全熔融而引起濕潤不良，這樣促進了組件的翹立。因此， 加熱時要從時間要素的角度考慮， 使水平方向的加熱形成均衡的溫度分布， 避免急熱的產生。

防止組件翹立的主要因素以下幾點：

a. 選擇粘接力強的焊料，焊料的印刷精度和組件的貼裝度也需提高。

b.組件外部電極需要有良好的濕潤性和濕潤穩定性。推薦： 溫度40℃以下，濕度70%RH以下， 進廠組件的使用期不可超過6 個月。

c. 采用小的焊區寬度尺寸， 以減少焊料熔融時對組件端部產生的表面張力。另外可適當減少焊料的印刷厚度，如選用100um。

d.焊接溫度管理條件設定對組件翹立也是一個因素。通常的目標是加熱要均勻， 在組件兩連接端的焊接圓角形成之前均衡加熱，不可出現波動。

4）潤濕不良

潤濕不良是焊接過程中和電路基板的焊區（銅箔） 或SMD的外部電極， 經浸潤后不生成相互間的反應層， 而造成漏焊或少焊故障。其中原因大多是焊區表面受到污染或沾上阻焊劑， 或是被接合物表面生成金屬氧化物層而引起的。譬如銀的表面有硫化物，錫的表面有氧化物等都會產生潤濕不良。另外焊料中殘留的鋁、鋅、鎘等超過0.005%以上時， 由于焊劑的吸濕作用使活化程度降低， 也可發生潤濕不良。相關工藝不當也能造成潤濕性變差，比如焊膏印刷完之后不及時進行焊接，性能變差。因此在焊接基板表面和組件表面要做防污措施，選擇合適的焊料，并設定合理的焊接溫度曲線。

作者簡介：

郝彬 （1981-），男，河南滎陽，本科，工程師；研究方向：航空電子產品裝聯工藝.endprint