-波峰焊接中產(chǎn)生錫珠(球)、短路問(wèn)題分析和正確的工藝方法

4-3-波峰焊接中產(chǎn)生錫珠（球）、短路問(wèn)題分析和正確的工藝方法顧靄云內(nèi)容一.波峰焊接中產(chǎn)生錫珠（球）的機(jī)理二.波峰焊接面（輔面）產(chǎn)生錫珠（球）的問(wèn)題分析和預(yù)防對(duì)策三.元件面（主面）產(chǎn)生錫珠（球）的問(wèn)題分析和預(yù)防對(duì)策四.波峰焊接中產(chǎn)生焊點(diǎn)橋接、短路的原因分析和預(yù)防對(duì)策五.工藝優(yōu)化改進(jìn)措施（實(shí)驗(yàn)）優(yōu)化溫度曲線、改用亞光（粗糙類型）soldermask、擾流波與平滑波實(shí)驗(yàn)、減少兩個(gè)波之間的降落（波谷）深度、控制液面高度、減少錫波的降落高度等六.波峰焊溫度測(cè)試板的制作方法七.如何正確測(cè)試波峰焊溫度曲線有關(guān)錫珠的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定

MIL-STD-2000標(biāo)準(zhǔn)中的不允許有錫珠IPC-A-610C標(biāo)準(zhǔn)中的每平方英寸少于5個(gè)，規(guī)定最小絕緣間隙0.13mm，直徑在此之內(nèi)的錫珠被認(rèn)為是合格的；而直徑大于或等于0.13毫米的錫珠是不合格的，制造商必須采取糾正措施，避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。IPCA-610D無(wú)鉛焊接標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有對(duì)錫珠現(xiàn)象做明確的規(guī)定。有關(guān)每平方英寸少于5個(gè)錫珠的規(guī)定已經(jīng)被刪除。但有關(guān)汽車和軍用產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)則不允許出現(xiàn)任何錫珠，所以PCBA在焊接后必須清洗，或?qū)㈠a珠手工去除。一.波峰焊接中產(chǎn)生錫珠（球）的機(jī)理錫珠是在PCB離開(kāi)液態(tài)焊錫的時(shí)候形成的形成錫珠的因素很多?？赡苁且环N原因，也可能是多種原因綜合造成的，但一定有最主要和次要因素之分

產(chǎn)生錫珠（球）的機(jī)理1：當(dāng)PCB與錫波分離時(shí)，PCB板的引腳和焊盤(pán)處會(huì)拉出錫柱，錫柱斷裂落回錫缸時(shí)會(huì)濺起焊錫，濺在PCB板上的焊錫形成錫球。如果錫球和PCB板表面的粘附力小于錫球的重力，錫球就會(huì)從PCB板上彈開(kāi)落回錫缸中，否則錫球就會(huì)保留在PCB板上。這種錫珠通常發(fā)生在波峰焊接面（輔面）產(chǎn)生錫珠（球）的機(jī)理2：由于各種氣體揮發(fā)造成濺錫引起的這些氣體有：①預(yù)熱時(shí)沒(méi)有助揮發(fā)盡焊劑中的溶劑和水分②PCB和元件受潮③PCB板材和阻焊層內(nèi)揮發(fā)物質(zhì)的釋氣④元器件和PCB制造過(guò)程中，使用了光亮劑，光亮劑與金屬同時(shí)沉積在鍍層表面，接觸錫波時(shí)（高溫下）也會(huì)釋放氣體。⑤元件引腳嚴(yán)重氧化，焊接時(shí)反應(yīng)劇烈產(chǎn)生的氣體各種氣體在焊接過(guò)程中受到高溫而蒸發(fā)出來(lái)。主要的逸出通道是通孔和金屬化孔。這些氣體產(chǎn)生的錫球大多發(fā)生在元件面（主面）二.波峰焊接面（輔面）焊料球的產(chǎn)生原因和預(yù)防對(duì)策波峰焊接面（輔面）焊料球的產(chǎn)生原因和預(yù)防對(duì)策產(chǎn)生原因預(yù)防對(duì)策①PCB與錫波分離時(shí)，落回錫缸時(shí)濺在PCB板上的焊錫形成錫球，當(dāng)錫球和PCB板表面的粘附力＞錫球的重力，錫球就會(huì)保留在PCB板上。①?gòu)脑O(shè)備方面考慮，在設(shè)計(jì)錫波發(fā)生器和錫缸時(shí)，應(yīng)注意減少錫的降落高度。小的降落高度有助于減少錫渣和濺錫現(xiàn)象②選擇亞光型和耐高溫的阻焊層材料②與助焊劑有關(guān)。助焊劑會(huì)殘留在元器件的下面。如果助焊劑中的溶劑在PCB板接觸到錫波之前沒(méi)有被充分預(yù)熱并揮發(fā)盡，就會(huì)產(chǎn)生濺錫并形成錫球。另外，如果助焊劑內(nèi)的水分含量太大，同樣會(huì)產(chǎn)生濺錫。嚴(yán)格遵循助焊劑供應(yīng)商推薦的預(yù)熱參數(shù)。必要時(shí)更換新的助焊劑。③與工藝參數(shù)設(shè)置有關(guān)。預(yù)熱溫度過(guò)低，助焊劑中的溶劑沒(méi)有揮發(fā)干凈，或過(guò)高的波峰焊接溫度使阻焊層更柔滑或帶有粘性；PCB傳輸角過(guò)小，氣體不易排出適當(dāng)調(diào)高預(yù)熱溫度或延長(zhǎng)預(yù)熱時(shí)間，使助焊劑中的溶劑和水汽能充分揮發(fā)。盡量設(shè)置較低的波峰溫度；增加PCB傳輸角度產(chǎn)生原因預(yù)防對(duì)策④與阻焊層的質(zhì)量有關(guān)。比較粗燥的阻焊層和錫球有更小的接觸面，錫球不易粘在PCB表面。在無(wú)鉛焊接過(guò)程中，高溫會(huì)使阻焊層更柔滑，更易造成錫球粘在PCB板上。另外如果阻焊層不耐高溫，高溫下會(huì)發(fā)粘，也會(huì)造成錫球粘在PCB板上。選擇亞光型和耐高溫的阻焊層材料；盡量設(shè)置較低的波峰溫度。⑤元器件焊端和引腳、印制電路基板的焊盤(pán)氧化或污染，或印制板受潮嚴(yán)格來(lái)料檢驗(yàn)，元器件先到先用，不要存放在潮濕環(huán)境中，不要超過(guò)規(guī)定的使用日期；對(duì)印制板進(jìn)行清洗和去潮處理⑥焊料中錫的比例減少，焊錫的氧化和雜質(zhì)含量的影響錫鉛焊料中錫的比例＜61.4%時(shí)，可適量添加一些純錫，還可采用重力法清除一些Cu的化合物。每天結(jié)束工作后應(yīng)清理殘?jiān)?，雜質(zhì)過(guò)高時(shí)應(yīng)更換焊料。⑦波峰焊接面SMC/SMD沒(méi)有過(guò)孔,焊接時(shí)排氣不暢,從而引起飛濺及錫球可設(shè)計(jì)一些排氣孔三.元件面（主面）產(chǎn)生錫球的問(wèn)題分析和預(yù)防對(duì)策類型1可移動(dòng)的：類型2固定的：元件面（主面）產(chǎn)生錫珠（球）的問(wèn)題分析和預(yù)防對(duì)策產(chǎn)生原因預(yù)防對(duì)策①PCB板材和阻焊層內(nèi)揮發(fā)物質(zhì)的釋氣。如果PCB板金屬化孔鍍層上有裂縫或鍍層過(guò)薄，這些物質(zhì)加熱后揮發(fā)的氣體就會(huì)從裂縫中逸出，在PCB板的元件面形成錫珠。通孔內(nèi)適當(dāng)厚度的金屬鍍層是很關(guān)鍵，孔壁上的銅鍍層不能小于25um，而且無(wú)裂縫。②與物料管理和存儲(chǔ)條件有關(guān)。PCB和元件受潮或元件引腳嚴(yán)重氧化，波峰焊時(shí)水氣揮發(fā)炸錫造成錫珠，或化學(xué)反應(yīng)劇烈產(chǎn)生飛濺。在PCB板的元件面形成錫珠。嚴(yán)格物料管理，對(duì)受潮的PCB和元件進(jìn)行去潮處理。③預(yù)熱溫度過(guò)低，助焊劑中的溶劑、水氣及其他氣體沒(méi)有揮發(fā)干凈。提高預(yù)熱溫度，使PCB板頂面溫度達(dá)到至少100℃④與設(shè)計(jì)有關(guān)。金屬化孔過(guò)大，進(jìn)入孔內(nèi)的焊料過(guò)多適當(dāng)降低波峰高度修改設(shè)計(jì)總結(jié)：形成錫珠的影響因素

（以影響程度排列）

①阻焊層②助焊劑③存儲(chǔ)條件（PCB和元件受潮）④工藝參數(shù)⑤焊錫⑥設(shè)計(jì)⑦其他（設(shè)備、氣氛等）四.波峰焊接中產(chǎn)生焊點(diǎn)橋接、短路的原因分析和預(yù)防對(duì)策產(chǎn)生原因預(yù)防對(duì)策PCB設(shè)計(jì)不合理，焊盤(pán)間距過(guò)窄按照PCB設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。兩個(gè)端頭Chip元件的長(zhǎng)軸應(yīng)盡量與焊接時(shí)PCB的運(yùn)行方向垂直，SOT、SOP的長(zhǎng)軸應(yīng)與PCB運(yùn)行方向平行。將SOP最后一個(gè)引腳的焊盤(pán)加寬（設(shè)計(jì)一個(gè)竊錫焊盤(pán)）插裝元件引腳不規(guī)則或插裝歪斜，焊接前引腳之間已經(jīng)接近或已經(jīng)碰上插裝元器件引腳應(yīng)根據(jù)印制板的孔距及裝配要求進(jìn)行成形，若采用短插一次焊工藝，焊接面元件引腳應(yīng)露出印制板表面0.8～3mm，插裝時(shí)要求元件體端正PCB預(yù)熱溫度過(guò)低，由于PCB與元器件溫度偏低，焊接時(shí)元件與PCB吸熱，使實(shí)際焊接溫度降低根據(jù)PCB的尺寸、是否為多層板、元器件多少、有無(wú)貼裝元器件等設(shè)置預(yù)熱溫度。預(yù)熱溫度在90～130℃，有較多貼裝元器件時(shí)預(yù)熱溫度取上限焊接溫度過(guò)低，使熔融焊料的黏度過(guò)大；或傳送帶速度過(guò)快，帶走焊料

錫波溫度為250±5℃，焊接時(shí)間3～5s溫度略低時(shí)，傳送帶速度應(yīng)調(diào)慢一些助焊劑活性差更換助焊劑連接器波峰焊后存在短路原因分析設(shè)計(jì)（查光板）PCB預(yù)熱溫度過(guò)低送帶速度過(guò)快或過(guò)慢錫波高度過(guò)低焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)助焊劑活性不足進(jìn)板方向五.

工藝優(yōu)化改進(jìn)措施（實(shí)驗(yàn)）1、優(yōu)化波峰焊溫度曲線2、改用亞光（粗糙類型）soldermask3、擾流波與平滑波實(shí)驗(yàn)4、減少兩個(gè)波之間的降落（波谷）深度5、控制液面高度，減少錫波的降落高度等1、優(yōu)化波峰焊溫度曲線

優(yōu)化前溫度曲線分析：預(yù)熱溫度和時(shí)間偏低（需要適當(dāng)提高）兩個(gè)波峰之間降溫過(guò)大（低于183℃

）降溫速度過(guò)快優(yōu)化措施：提高預(yù)熱溫度，適當(dāng)減慢鏈速波峰焊溫度曲線優(yōu)化后的效果減慢鏈速，從120cm/min減小到100cm/min提高預(yù)熱溫度（焊接面預(yù)熱溫度從100℃提高到110℃）優(yōu)化后的效果1、使183以下的溫度提高了5～10℃2、對(duì)減少錫珠有一定的改善2、改用亞光（粗糙類型）soldermask⑴亞光（粗糙類型）的soldermask對(duì)背面錫珠減少有很大幫助⑵亞光（粗糙類型）的soldermask對(duì)連接器錫連減少也有幫助3、擾流波與平滑波實(shí)驗(yàn)擾流波與平滑波各有優(yōu)缺點(diǎn)：擾流波能夠減少錫連關(guān)閉擾流波，錫連增多4、提高預(yù)熱溫度，適當(dāng)減慢鏈速后

減少了兩個(gè)波之間的降落（波谷）深度使兩個(gè)波之間（波谷）的溫度提高了5～10℃錫連（橋接）明顯減少5、定期加錫，控制液面高度，減少錫波的降落高度控制液面高度，能保持波峰高度穩(wěn)定，每塊PCB板接觸波峰的寬度（焊接時(shí)間）保持一致，有利于焊接質(zhì)量的穩(wěn)定控制液面高度，能減少浮渣夾雜于波峰中，導(dǎo)致波峰的不穩(wěn)定和焊點(diǎn)缺陷減少橋接減少錫球一般要求錫槽液面高度為：不噴流靜止時(shí)錫面離錫槽邊緣10mm注意錫波噴嘴的清理維護(hù)，保持錫波平穩(wěn)發(fā)現(xiàn)小波峰液面不平整，中間位置錫量偏少，就在中間位置錫量偏少的地方，板子連接器一直連錫（橋接）清理噴嘴后，當(dāng)小波峰液面中間位置錫量正常時(shí)，連接器橋接缺陷消失六.波峰焊溫度測(cè)試板的制作方法①準(zhǔn)備一塊焊好的實(shí)際產(chǎn)品表面組裝板②焊接面至少選擇2~3個(gè)以上測(cè)試點(diǎn)；

元件面選擇2個(gè)測(cè)試點(diǎn)；

通孔選擇1~2個(gè)測(cè)試點(diǎn)。選取能反映出組裝板上最高（熱點(diǎn)）、最低（冷點(diǎn)）有代表性的溫度測(cè)試點(diǎn)。③用高溫焊料、高溫膠粘帶固定熱電偶七.如何正確測(cè)試波峰焊溫度曲線

按照焊接理論設(shè)置理想（最佳）的、經(jīng)過(guò)優(yōu)化的溫度曲線波峰焊溫度曲線優(yōu)化依據(jù)：焊料合金成分助焊劑（活性、耐溫性）PCB質(zhì)量、尺寸、層數(shù)、組裝密度元件大?。崛萘浚┰O(shè)備Sn3Ag0.5Cu雙波峰焊實(shí)時(shí)溫度曲線Sn3Ag0.5Cu波峰焊溫度曲線的主要參數(shù)峰值溫度（℃）預(yù)熱溫度（℃）最大升溫速率（℃/s）25~100℃升溫時(shí)間（s）100℃以上升溫時(shí)間（s）100~217℃升溫時(shí)間（s）217~250℃總時(shí)間（s）250℃以上總時(shí)間（s）70~100℃升溫斜率（℃/s）降溫斜率（℃/s）焊點(diǎn)目標(biāo)值240～255100±1070～8010±25±3~52～31～1.2-2～-41輔面12輔面23輔面34通孔15通孔26主面17主面2說(shuō)明：印制板預(yù)熱溫度和時(shí)間（包括升溫斜率，每個(gè)階段有不同要求）1、預(yù)熱溫度：90～130℃（根據(jù)助焊劑和PCB）預(yù)熱時(shí)間：80～120s（根據(jù)助焊劑、PCB和設(shè)備）2、最大升溫速率（波峰焊機(jī)入口的速率，根據(jù)不同設(shè)備，一般可達(dá)到30～40℃/s）3、25～100℃升溫時(shí)間（s）（預(yù)熱區(qū)長(zhǎng)度允許的話，時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)有利于氣體揮發(fā)）4、100℃以上升溫時(shí)間（時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)，最高預(yù)熱溫度，根據(jù)助焊劑和PCB）5、100～217℃升溫時(shí)間（很重要，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，助焊劑容易燒掉）6、217～250℃總時(shí)間（很重要，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，助焊劑容易燒掉）7、峰值溫度：240～255℃（理論值：熔點(diǎn)之上30～40℃）雙波峰焊的第一個(gè)波峰一般在220～240℃/1s，第二個(gè)波峰一般在240～255℃/3s峰值（焊接）時(shí)間（第二個(gè)波峰250℃以上總時(shí)間）：Sn3Ag0.5Cu焊料理想值：3～5s，一般不要超過(guò)5s兩個(gè)