产生“锡珠”的原因分析及措施

1、产生“锡珠”的原因分析及措施从缩减制程、节约成本、减少污染”等角度出发，越来越多的电子焊接采 用焊后 免清洗”工艺。但是如果焊后板面有 锡珠”出现，则不可能达到 免清洗” 的要求，因此 锡珠”的预防与控制在实施 免清洗”过程中就显得格外重要。 锡珠 的出现不仅影响板级产品外观，更为严重的是由于印制板上元件密集， 在使用过 程中它有可能造成短路等状况，从而影响产品的可靠性。综合整个电子焊接情况，可能出现 锡珠”的工艺制程包括：“SMT表面贴装 焊接制程、波峰焊”制程及 芋工焊”制程，我们从这三个方面来一一探讨 锡珠” 出现的原因及预防控制的办法。因为 波峰焊”及芋工焊”已推行多年，很多方面 都已

2、经比较成熟，因此，本文用了较多的篇幅介绍 “SMT表面贴装”焊接制程中 产生锡珠”原因及防控措施。一，关于的 锡珠”形态及标准一些行业标准对 锡珠”问题进行了阐释。主要有 MIL-STD-2000标准中的 不允许有锡珠”，而IPC-A-610C标准中的 每平方英寸少于5个”。在IPC-A-610C 标准中，规定最小绝缘间隙0.13毫米，直径在此之内的锡珠被认为是合格的； 而直径大于或等于0.13毫米的锡珠是不合格的，制造商必须采取纠正措施，避 免这种现象的发生。为无铅焊接制订的最新版IPCA- 610D标准没有对锡珠现象 做更清楚的规定，有关每平方英寸少于5个锡珠的规定已经被删除。有关汽车和

3、军用产品的标准则不允许出现任何 锡珠”，所用线路板在焊接后必须被清洗，或 将锡珠手工去除。常见的锡珠形态及其尺寸照片见下图：二, “SMT表面贴装 制程 锡珠”出现的原因及预防控制办法在“SMTfe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”犬况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

4、，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25-45 m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

5、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”勺形成。（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 °C

6、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

7、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，如果在贴片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

8、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

9、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。（三），“ SM表面贴装”过程的锡珠'预防与控制 1，焊膏的选用在选择焊膏时，应坚持在现有工艺条件下的试用，这样，既能验证供应商 焊膏对自身产品、工艺的适用性，也能初步了解该焊膏在实际使用中的具体表现。 对焊膏方面的评估，应注意各种常见的参数，比如焊油与焊粉的比例、锡球的颗粒度”等。正确选择的焊膏不一定是各项参数都最优异， 更多的情况下，对于SMT的 工艺制程及产品特性来讲，适合的就是最好的。因此，选择适合自身工艺及产品

10、 的焊膏，并将所有参数定下来，在以后的供应商交货过程中做出品管验收及品检的依据，一方面核对供应商所提供的书面资料，另一方面取少量不同批次的产品 进行试用。优质供应商，会在配合过程中提出相应的工艺建议，并根据客户具体要求 进行焊膏产品的升级及缺陷改进；因此，相对稳定的、诚信度高的供应商，对客 户在焊膏质量方面预防及控制 锡珠”能提供很大的帮助。2，“ SMT表面贴装”工艺控制与改进在所有的工艺控制过程中，从焊膏的保存及取出使用、回温、搅拌都有严 格的文件规定，主要有以下几个方面的重点：(1) ，严格按照供应商提供的存贮条件及温度进行存贮，一般情况下焊膏应存 贮于0-10 C的冷藏条件下；(2)

11、，焊膏取出后、使用前，应该进行常温下的回温，在焊膏未完全回温前， 不得开启；(3) ,在搅拌过程中，应该按照供应商所提供的搅拌方法及搅拌时间进行搅拌；(4) ，在印刷过种中，应该注意印刷的力度，及钢网表面的清洁度，及时擦拭钢网表面多余的焊膏残留，防止在这个过程污染PCB板面从而造成焊接过程中的锡珠产生。(5) ，回流焊过程中，应严格按照已经订好的回流焊曲线进行作业，不得随意 调整；同时应该经常校验回流焊曲线与标准曲线的差异并修正；(6) ，在“SMT表面贴装”工艺中，钢网(模板)的 开口方式”以及 开口率”很可 能导致焊膏在 印刷特性”及焊接特性”方面的一些缺陷从而引起 锡珠”在相关实 验中，

12、我们对钢网进行了改进，将原来易产生 锡珠”的片式元件1:1钢网开口， 改为1 : 0.75的楔形，改后试验效果较好 锡珠”产生的机率明显下降直至基本杜 绝。通过修改钢网的开口方式和批量的印刷试验，可以很明显地看到，改后钢 网的开口方法可以有效防控 锡珠”的产生。修改后 防锡珠”钢网的印刷效果及焊 接效果见图二：按照多次的对比实验，并结合 图二”可以看出，通过修改前后三次的效果对 比，第二次修改后的钢网，没有见到明显的锡珠，而锡膏的焊锡量也没有偏少。 由此说明通过钢网的开口改变，对 “SMT表面贴装”制程中的 锡珠”防控还是有一 定效果的。同时我们对更改后的焊接产品送到赛宝实验室”进行检测(报告

13、编号 为“FX032081691”），通对该线路板上的0603元件进行推剪力测试，在“R124R125、R126、C16、C57'五个元件点的剪切力分别为 “58.14N56.53N、51.87N、 50.90N、52.35N ”，焊接强度能达到我们的要求。“SMT表面贴装”制程虽然对 锡珠”的防控较为复杂，但经过长期的工作努力及经 验积累，相信可以做到无 锡珠”，或有效降低锡珠”产生的机率。三，波峰焊”过程中出现 锡珠”的原因及预防控制办法在波峰焊”工艺过程中，锡珠”的产生有两种状况：一种是在板子刚接触到 锡液时，因为助焊剂或板材本身的水份过多或高沸点溶剂没有充分挥发，遇到温度较高的

14、锡液时骤然挥发，较大的温差致使液态焊锡飞溅出去，形成细小锡珠； 另一种情况是在线路板离开液态焊锡的时候， 当线路板与锡波分离时，线路板顺 着管脚延伸的方向会拉出锡柱，在助焊剂的润湿作用及锡液自身流动性的作用下， 多余的焊锡会落回锡缸中，因此而溅起的焊锡有时会落在线路板上，从而形成锡 珠”。因此，我们可以看到，在 波峰焊”防控锡珠”方面，我们应该从两个大的方 面着手，一方面是助焊剂等原材料的选择，另一方面是波峰焊的工艺控制。（一），助焊剂方面的原因分析及预防控制办法1、助焊剂中的水份含量较大或超标，在经过预热时未能充分挥发；2、助焊剂中有高沸点物质或不易挥发物，经预热时不能充分挥发；这两种原因是

15、助焊剂本身 质量”问题所引起的，在实际焊接工艺中，可以通过 提 高预热温度或放慢走板速度等来解决”。除此之外，在选用助焊剂前应针对供商 所提供样品进行实际工艺的确认，并记录试用时的标准工艺，在没有锡珠”出现的情况下，审核供应商所提供的其他说明资料， 在以后的收货及验收过程中，应 核对供应商最初的说明资料。（二），工艺方面的原因分析及预防控制办法1，预热温度偏低，助焊剂中溶剂部分未完全挥发；2，走板速度太快未达到预热效果；3，链条（或PCB板面）倾角过小，锡液与焊接面接触时中间有气泡，气泡爆 裂后产生锡珠；4，助焊剂涂布的量太大，多余助焊剂未能完全流走或风刀没有将多余焊剂吹下;这四种不良原因的出

16、现，都和标准化工艺的确定有关，在实际生产过程中, 应该严格按照已经订好的作业指导文件进行各项参数的校正， 对已经设定好的参 数，不能随意改动，相关参数及所涉及技术层面主要有以下几点：(1) ，关于预热：一般设定在90 C-110 C,这里所讲 温度”是指预热后PCB 板焊接面的实际受热温度，而不是 表显”温度；如果预热温度达不到要求，则焊 后易产生锡珠。(2) ，关于走板速度：一般情况下，建议客户把走板速度定在1.1-1.4米/分钟， 但这不是绝对值；如果要改变走板速度，通常都应以改变预热温度作配合；比如： 要将走板速度加快，那么为了保证 PCB焊接面的预热温度能够达到预定值，就 应当把预热温

17、度适当提高；如果预热温度不变，走板速度过快时，焊剂有可能挥 发不完全，从而在焊接时产生 锡珠”(3) ，关于链条(或PCB板面)的倾角：这一倾角指的是链条(或PCB板面) 与锡液平面的角度，当PCB板走过锡液平面时，应保证 PCB零件面与锡液平 面只有一个切点；而不能有一个较大的接触面；当没有倾角或倾角过小时，易造 成锡液与焊接面接触时中间有气泡，气泡爆裂后产生锡珠”(4) ，在波峰炉使用中， 风刀”的主要作用是吹去PCB板面多余的助焊剂，并 使助焊剂在PCB零件面均匀涂布；一般情况下，风刀的倾角应在 10度左右； 如果风刀”角度调整的不合理，会造成 PCB表面焊剂过多，或涂布不均匀，不 但在

18、过预热区时易滴在发热管上，影响发热管的寿命，而且在浸入锡液时易造成 炸锡”现象，并因此产生 锡珠”在实际生产中，结合自身波峰焊的实际状况，对相关材料进行选型，同时 制订严格波峰焊操作规程，并严格按照相关规程进行生产。经过实验证明， 在严格落实工艺技术的条件下，完全可以克服因为 波峰焊焊接工艺问题”产生的 锡珠”四，手工焊”过程中锡珠”的出现原因及预防控制在芋工焊”过程中锡珠”出现的机率并不高，常见的是松香飞溅，偶尔会出 现锡珠”的飞溅或者在焊盘的表面残存有锡渣等；相比较松香的飞溅来讲，锡珠 或锡渣的存在对产品安全性更具潜在危害。出现锡渣、锡珠”的主要原因可能是：焊剂在热源未移开前已完全蒸发， 故 焊锡流动性极差，沾附烙铁头随烙铁之抽出而形成尖、 柱或短焊情形，或不小心 导致焊锡液自烙铁头溅离，冷却后沾附于板面或元件上。还有一种可能是没有按 照先将烙铁头放在被焊接部分进行预热， 而是先将焊锡丝烫化，然后再放到被焊 位置，因为较大的温差而造成了焊锡的飞溅，从而形成 锡珠”无论是上述哪种原因，更重要的是教导操作人员，把握正确的焊接时间及位 置，适量的添加焊锡并注意及时、正确地清洁烙铁头。在实际生产中，经常对 芋 工焊”员工进行专门的焊接技术培训，并严格编制手工焊接工艺要求，对芋工焊'进行标准化及可控化的工艺要求。通过长时间的观察，目前在手工焊接作业'过程中，能