-波峰焊接中产生锡珠(球)、短路问题分析和正确的工艺方法

4-3-波峰焊接中产生锡珠（球）、短路问题分析和正确的工艺方法顾霭云内容一.波峰焊接中产生锡珠（球）的机理二.波峰焊接面（辅面）产生锡珠（球）的问题分析和预防对策三.元件面（主面）产生锡珠（球）的问题分析和预防对策四.波峰焊接中产生焊点桥接、短路的原因分析和预防对策五.工艺优化改进措施（实验）优化温度曲线、改用亚光（粗糙类型）soldermask、扰流波与平滑波实验、减少两个波之间的降落（波谷）深度、控制液面高度、减少锡波的降落高度等六.波峰焊温度测试板的制作方法七.如何正确测试波峰焊温度曲线有关锡珠的行业标准及规定

MIL-STD-2000标准中的不允许有锡珠IPC-A-610C标准中的每平方英寸少于5个，规定最小绝缘间隙0.13mm，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。IPCA-610D无铅焊接标准中没有对锡珠现象做明确的规定。有关每平方英寸少于5个锡珠的规定已经被删除。但有关汽车和军用产品的标准则不允许出现任何锡珠，所以PCBA在焊接后必须清洗，或将锡珠手工去除。一.波峰焊接中产生锡珠（球）的机理锡珠是在PCB离开液态焊锡的时候形成的形成锡珠的因素很多。可能是一种原因，也可能是多种原因综合造成的，但一定有最主要和次要因素之分

产生锡珠（球）的机理1：当PCB与锡波分离时，PCB板的引脚和焊盘处会拉出锡柱，锡柱断裂落回锡缸时会溅起焊锡，溅在PCB板上的焊锡形成锡球。如果锡球和PCB板表面的粘附力小于锡球的重力，锡球就会从PCB板上弹开落回锡缸中，否则锡球就会保留在PCB板上。这种锡珠通常发生在波峰焊接面（辅面）产生锡珠（球）的机理2：由于各种气体挥发造成溅锡引起的这些气体有：①预热时没有助挥发尽焊剂中的溶剂和水分②PCB和元件受潮③PCB板材和阻焊层内挥发物质的释气④元器件和PCB制造过程中，使用了光亮剂，光亮剂与金属同时沉积在镀层表面，接触锡波时（高温下）也会释放气体。⑤元件引脚严重氧化，焊接时反应剧烈产生的气体各种气体在焊接过程中受到高温而蒸发出来。主要的逸出通道是通孔和金属化孔。这些气体产生的锡球大多发生在元件面（主面）二.波峰焊接面（辅面）焊料球的产生原因和预防对策波峰焊接面（辅面）焊料球的产生原因和预防对策产生原因预防对策①PCB与锡波分离时，落回锡缸时溅在PCB板上的焊锡形成锡球，当锡球和PCB板表面的粘附力＞锡球的重力，锡球就会保留在PCB板上。①从设备方面考虑，在设计锡波发生器和锡缸时，应注意减少锡的降落高度。小的降落高度有助于减少锡渣和溅锡现象②选择亚光型和耐高温的阻焊层材料②与助焊剂有关。助焊剂会残留在元器件的下面。如果助焊剂中的溶剂在PCB板接触到锡波之前没有被充分预热并挥发尽，就会产生溅锡并形成锡球。另外，如果助焊剂内的水分含量太大，同样会产生溅锡。严格遵循助焊剂供应商推荐的预热参数。必要时更换新的助焊剂。③与工艺参数设置有关。预热温度过低，助焊剂中的溶剂没有挥发干净，或过高的波峰焊接温度使阻焊层更柔滑或带有粘性；PCB传输角过小，气体不易排出适当调高预热温度或延长预热时间，使助焊剂中的溶剂和水汽能充分挥发。尽量设置较低的波峰温度；增加PCB传输角度产生原因预防对策④与阻焊层的质量有关。比较粗燥的阻焊层和锡球有更小的接触面，锡球不易粘在PCB表面。在无铅焊接过程中，高温会使阻焊层更柔滑，更易造成锡球粘在PCB板上。另外如果阻焊层不耐高温，高温下会发粘，也会造成锡球粘在PCB板上。选择亚光型和耐高温的阻焊层材料；尽量设置较低的波峰温度。⑤元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染，或印制板受潮严格来料检验，元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期；对印制板进行清洗和去潮处理⑥焊料中锡的比例减少，焊锡的氧化和杂质含量的影响锡铅焊料中锡的比例＜61.4%时，可适量添加一些纯锡，还可采用重力法清除一些Cu的化合物。每天结束工作后应清理残渣，杂质过高时应更换焊料。⑦波峰焊接面SMC/SMD没有过孔,焊接时排气不畅,从而引起飞溅及锡球可设计一些排气孔三.元件面（主面）产生锡球的问题分析和预防对策类型1可移动的：类型2固定的：元件面（主面）产生锡珠（球）的问题分析和预防对策产生原因预防对策①PCB板材和阻焊层内挥发物质的释气。如果PCB板金属化孔镀层上有裂缝或镀层过薄，这些物质加热后挥发的气体就会从裂缝中逸出，在PCB板的元件面形成锡珠。通孔内适当厚度的金属镀层是很关键，孔壁上的铜镀层不能小于25um，而且无裂缝。②与物料管理和存储条件有关。PCB和元件受潮或元件引脚严重氧化，波峰焊时水气挥发炸锡造成锡珠，或化学反应剧烈产生飞溅。在PCB板的元件面形成锡珠。严格物料管理，对受潮的PCB和元件进行去潮处理。③预热温度过低，助焊剂中的溶剂、水气及其他气体没有挥发干净。提高预热温度，使PCB板顶面温度达到至少100℃④与设计有关。金属化孔过大，进入孔内的焊料过多适当降低波峰高度修改设计总结：形成锡珠的影响因素

（以影响程度排列）

①阻焊层②助焊剂③存储条件（PCB和元件受潮）④工艺参数⑤焊锡⑥设计⑦其他（设备、气氛等）四.波峰焊接中产生焊点桥接、短路的原因分析和预防对策产生原因预防对策PCB设计不合理，焊盘间距过窄按照PCB设计规范进行设计。两个端头Chip元件的长轴应尽量与焊接时PCB的运行方向垂直，SOT、SOP的长轴应与PCB运行方向平行。将SOP最后一个引脚的焊盘加宽（设计一个窃锡焊盘）插装元件引脚不规则或插装歪斜，焊接前引脚之间已经接近或已经碰上插装元器件引脚应根据印制板的孔距及装配要求进行成形，若采用短插一次焊工艺，焊接面元件引脚应露出印制板表面0.8～3mm，插装时要求元件体端正PCB预热温度过低，由于PCB与元器件温度偏低，焊接时元件与PCB吸热，使实际焊接温度降低根据PCB的尺寸、是否为多层板、元器件多少、有无贴装元器件等设置预热温度。预热温度在90～130℃，有较多贴装元器件时预热温度取上限焊接温度过低，使熔融焊料的黏度过大；或传送带速度过快，带走焊料

锡波温度为250±5℃，焊接时间3～5s温度略低时，传送带速度应调慢一些助焊剂活性差更换助焊剂连接器波峰焊后存在短路原因分析设计（查光板）PCB预热温度过低送带速度过快或过慢锡波高度过低焊接时间过长助焊剂活性不足进板方向五.

工艺优化改进措施（实验）1、优化波峰焊温度曲线2、改用亚光（粗糙类型）soldermask3、扰流波与平滑波实验4、减少两个波之间的降落（波谷）深度5、控制液面高度，减少锡波的降落高度等1、优化波峰焊温度曲线

优化前温度曲线分析：预热温度和时间偏低（需要适当提高）两个波峰之间降温过大（低于183℃

）降温速度过快优化措施：提高预热温度，适当减慢链速波峰焊温度曲线优化后的效果减慢链速，从120cm/min减小到100cm/min提高预热温度（焊接面预热温度从100℃提高到110℃）优化后的效果1、使183以下的温度提高了5～10℃2、对减少锡珠有一定的改善2、改用亚光（粗糙类型）soldermask⑴亚光（粗糙类型）的soldermask对背面锡珠减少有很大帮助⑵亚光（粗糙类型）的soldermask对连接器锡连减少也有帮助3、扰流波与平滑波实验扰流波与平滑波各有优缺点：扰流波能够减少锡连关闭扰流波，锡连增多4、提高预热温度，适当减慢链速后

减少了两个波之间的降落（波谷）深度使两个波之间（波谷）的温度提高了5～10℃锡连（桥接）明显减少5、定期加锡，控制液面高度，减少锡波的降落高度控制液面高度，能保持波峰高度稳定，每块PCB板接触波峰的宽度（焊接时间）保持一致，有利于焊接质量的稳定控制液面高度，能减少浮渣夹杂于波峰中，导致波峰的不稳定和焊点缺陷减少桥接减少锡球一般要求錫槽液面高度为：不噴流靜止时錫面离錫槽边缘10mm注意锡波喷嘴的清理维护，保持锡波平稳发现小波峰液面不平整，中间位置锡量偏少，就在中间位置锡量偏少的地方，板子连接器一直连锡（桥接）清理喷嘴后，当小波峰液面中间位置锡量正常时，连接器桥接缺陷消失六.波峰焊温度测试板的制作方法①准备一块焊好的实际产品表面组装板②焊接面至少选择2~3个以上测试点；

元件面选择2个测试点；

通孔选择1~2个测试点。选取能反映出组装板上最高（热点）、最低（冷点）有代表性的温度测试点。③用高温焊料、高温胶粘带固定热电偶七.如何正确测试波峰焊温度曲线

按照焊接理论设置理想（最佳）的、经过优化的温度曲线波峰焊温度曲线优化依据：焊料合金成分助焊剂（活性、耐温性）PCB质量、尺寸、层数、组装密度元件大小（热容量）设备Sn3Ag0.5Cu双波峰焊实时温度曲线Sn3Ag0.5Cu波峰焊温度曲线的主要参数峰值温度（℃）预热温度（℃）最大升温速率（℃/s）25~100℃升温时间（s）100℃以上升温时间（s）100~217℃升温时间（s）217~250℃总时间（s）250℃以上总时间（s）70~100℃升温斜率（℃/s）降温斜率（℃/s）焊点目标值240～255100±1070～8010±25±3~52～31～1.2-2～-41辅面12辅面23辅面34通孔15通孔26主面17主面2说明：印制板预热温度和时间（包括升温斜率，每个阶段有不同要求）1、预热温度：90～130℃（根据助焊剂和PCB）预热时间：80～120s（根据助焊剂、PCB和设备）2、最大升温速率（波峰焊机入口的速率，根据不同设备，一般可达到30～40℃/s）3、25～100℃升温时间（s）（预热区长度允许的话，时间长一点有利于气体挥发）4、100℃以上升温时间（时间不要过长，最高预热温度，根据助焊剂和PCB）5、100～217℃升温时间（很重要，时间过长，助焊剂容易烧掉）6、217～250℃总时间（很重要，时间过长，助焊剂容易烧掉）7、峰值温度：240～255℃（理论值：熔点之上30～40℃）双波峰焊的第一个波峰一般在220～240℃/1s，第二个波峰一般在240～255℃/3s峰值（焊接）时间（第二个波峰250℃以上总时间）：Sn3Ag0.5Cu焊料理想值：3～5s，一般不要超过5s两个