1、回流焊濺錫問題解析在回流之后，內(nèi)存模塊的連接器“金手指”可能出現(xiàn)濺錫的污染， 這意味著產(chǎn)品的品質(zhì)和可靠性問題和制造流程問題。濺錫只是表面污染的一種，其它類型包括水漬污染和助焊劑飛濺。 這些影響較小，但由于焊錫飛濺，焊錫已實(shí)際上熔濕了“金手指”的 表面?！靶”ā睘R錫有許多原因，不一定是回流焊接時(shí)熱的或熔化的焊錫爆發(fā)性 的排氣結(jié)果。例如，通過觀察過程，以保證錫膏絲印時(shí)的最佳清潔度， 濺錫問題可以減少或消除。任何方法，如果使錫膏粉球可能沉積在金手指上，并在回流過程 時(shí)仍存在，都可以產(chǎn)生濺錫。包括：在絲印期間沒有擦拭模板底面（模板臟）誤印后不適當(dāng)?shù)那鍧嵎椒ńz印期間不小心的處理機(jī)板材料和污染物中過多的

2、潮汽極快的溫升斜率（超過每秒4 C）在后面的原因中，助焊劑的激烈排氣可能引起熔化焊接點(diǎn)中的小 爆炸，促使焊錫顆粒變成在回流腔內(nèi)空中亂飛，飛濺在PCB上，污染連接器的“金手指”。PCB材料內(nèi)夾住潮氣的情況是一樣的，和助焊 劑排氣有相同的效果。類似地，板表面上的外來污染也引起濺錫。雖然人們對(duì)濺錫可能對(duì)連接器接口有有害的影響的關(guān)注，還沒有 得到證實(shí)，但它仍然是個(gè)問題，因?yàn)檩p微的飛濺“錫塊”產(chǎn)生對(duì)連接 器金手指平面的破壞。這些錫塊是不柔順的，錫本身比金導(dǎo)電性差， 特別是遭受氧化之后。第一個(gè)最容易的消除濺錫的方法是在錫膏的模板絲印過程。如果 這個(gè)過程是產(chǎn)生濺錫的原因的話，那么通過良好的設(shè)備的管理及保養(yǎng)

3、來得到控制，包括適當(dāng)?shù)慕z印機(jī)設(shè)定和操作員培訓(xùn)。如果原因不在這 里，那么必須檢查其它方面。水印污染：其根本原因還未完全理解，雖然可能涉及許多根源。 因?yàn)橐呀?jīng)顯示清潔的、未加工的、無錫膏的和沒有加元件的板，在回 流后也會(huì)產(chǎn)生水印污染，所以其中包括了許多的原因:PCB制造殘留、 爐中的凝結(jié)物、干助焊劑的飛濺、清洗板的殘留和導(dǎo)熱金的變色等。水印污染經(jīng)常難于發(fā)現(xiàn)，但其對(duì)連接器接口似乎并無影響。事實(shí) 上內(nèi)存模塊的使用者并不關(guān)心這類表面污染，常?？醋鳛榻鸬淖兩Ｖ竸╋w濺：一般理解為，助焊劑水滴在回流爐中變成空中亂飛， 分散和附著在整個(gè)板上，包括金手指。有兩種理論試圖說明助焊劑飛濺：溶劑排放理論和合并理論（

4、絲印期間的清潔再次認(rèn)為有影響，但 可控制）。.溶劑排放理論：認(rèn)為錫膏助焊劑中使用的溶劑必須在回流時(shí)蒸 發(fā)。如果使用過高溫度，溶劑會(huì)“閃沸”成氣體類似于在熱鍋 上滴水），把固體帶到空中，隨機(jī)散落到板上，成為助焊劑飛濺。為了證實(shí)或反駁這個(gè)理論，使用熱板對(duì)樣板進(jìn)行導(dǎo)熱性試驗(yàn)，并 作測(cè)試。使用的溫度設(shè)定點(diǎn)分別為190 C，200 C和220 C。膏狀 的助焊劑（不含焊錫粉末）在任何情況下都不出現(xiàn)飛濺?？墒?，錫膏（含 有粉末的助焊劑）在焊錫熔化和焊接期間始終都有飛濺。表一和表二 是結(jié)果。表一、溶劑排氣模擬試驗(yàn)測(cè)試描述材料結(jié)果助焊劑載體（無粉末）印 于銅箔試樣，放于設(shè)定 為 190 C、 200 C 和2

5、20 C的熱板上助焊劑載體B助焊劑載體D在試樣上沒有明顯的助 焊劑飛濺，第二次結(jié)果 相似將錫膏印于銅箔試樣，放于設(shè)定為190 C、200 C和220 C的熱板上回流.錫膏B： 90%金屬含量，Sn63/Pb37，-325/+500.錫膏D： 92%金屬含兩種金屬含量都可以看 到助焊劑飛濺，金屬含 量較高的產(chǎn)生飛濺可能 較少，但很難說。第二量，Sn63/Pb37，-325/+500次結(jié)果相似助焊劑A： Kester244，助焊劑B： 92,助焊劑C： 92J,助焊劑D： 51SC,助焊劑E： 73D,助焊劑F： 75表二、從金屬焊接中的助焊劑飛濺模擬試驗(yàn)測(cè)試描述材料結(jié)果錫膏（有粉末）印于銅箔 試

6、樣，放于設(shè)定為190 C、 200 C 和 220 C 的 熱板上.錫膏 B，90%，Sn63/Pb37，-325/+500.錫膏 D，90%，Sn63/Pb37，-325/+500.在所有溫度設(shè)定 上，錫膏B明顯比 錫膏D濕潤(rùn)較快， 結(jié)合更積極，結(jié)果 助焊劑飛濺較多.也看到錫膏D在所 有溫度上的助焊 劑飛濺，但比錫膏 程度要小.溫度越高，飛濺越 厲害保溫區(qū)（干燥）模擬一錫 膏印于銅箔試樣，在設(shè) 定不同的溫度熱板上預(yù).錫膏 B，90%，Sn63/Pb37，.在較高溫度下保 溫超過2分鐘，減 少或消除了助焊熱不同的時(shí)間，保溫范圍 150 C170 C，時(shí)間14分鐘。試樣然后轉(zhuǎn)到 第二塊熱板上，以

7、220C回流，并觀察助焊劑飛 濺。-325/+500劑飛濺Sn62的錫膏和Sn63的錫 膏比較，看是否Sn62較 慢的結(jié)合速度會(huì)減少飛 濺.錫膏B： 90%金屬含量，Sn63/Pb37，-325/+500.錫膏 B : 90%，Sn62/Pb36/Ag2 ，-325/+500.Sn62和Sn63都觀 察到助焊劑飛濺， 飛濺數(shù)量的差別 肉眼觀察不出，觀 察到Sn62的結(jié)合 速度較慢助焊劑A： Kester244，助焊劑B： 92,助焊劑C： 92J，助焊劑D： 51SC，助焊劑E： 73D，助焊劑F： 75可以推斷，如果助焊劑沸騰引起飛濺，那么當(dāng)助焊劑單獨(dú)加熱時(shí) 應(yīng)該看到?？墒牵捎陲w濺是在焊錫

8、結(jié)合時(shí)觀察到的，這里應(yīng)該可找 到其作用原理。測(cè)試說明溶劑排氣理論不能解釋助焊劑飛濺。結(jié)合理論：當(dāng)焊錫熔化和結(jié)合時(shí)熔化材料的表面張力一一個(gè)很大的力 量一在被夾住的助焊劑上施加壓力，當(dāng)足夠大時(shí)，猛烈地排出。這一 理論得到了對(duì)BGA裝配內(nèi)焊錫空洞的研究的支持，其中描述了表面張 力和助焊劑排氣之間的聯(lián)系（助焊劑排氣率模型）。因此，有力的噴出 是助焊劑飛濺最可能的原因。接下來的實(shí)驗(yàn)室助焊劑飛濺模擬說明了 結(jié)合的影響，甚至當(dāng)錫膏在回流前已烘干。盡管如此，完全的烘干大 大地減少了飛濺（表三）。表三、來自金屬結(jié)合的助焊劑飛濺模擬一烘干研究溫度一分鐘二分鐘三分鐘四分鐘150oC觀察到飛濺1-2飛濺無飛濺無飛濺1

9、60oC1-2飛濺無飛濺無飛濺無飛濺170oC無飛濺無飛濺無飛濺無飛濺用錫膏B90%Sn63/Pb37合金作試驗(yàn)熔濕速度因?yàn)榻Y(jié)合模型看來會(huì)成功，所以調(diào)查了各種材料的熔濕速度。熔 濕速度受合金類型、溫度、助焊劑載體和回流環(huán)境的影響。如圖一所 說明，溫度對(duì)熔濕速度有戲劇性的影響，溫度越高，速度越快。圖一、一種焊錫配方在不同溫度測(cè)試的熔濕速度，影響因素包括合金類型、溫度、助焊劑載體和回流環(huán)境。李寧成博士在其論文，“通過缺陷機(jī)制分析優(yōu)化回流曲線”中說，惰 性氣體（氮）也會(huì)增加熔濕速度。SMT專欄作家珍尼.黃博士和其它人 的報(bào)告說，共晶合金的熔濕速度傾向于比非共晶材料快。因此， Sn63/Pb37 一般

10、比Sn62/Pb36/Ag2熔濕速度更快。影響熔濕、從而影 響結(jié)合和潛在飛濺的因素如表四所示。表四、可能引起濺錫的因素因素機(jī)制對(duì)飛濺的影響助焊劑載體活性劑不同的活性劑在回流 時(shí)提高不同程度的濕 潤(rùn)和結(jié)合速度快速的結(jié)合將增加助 焊劑被夾住的可能性， 將可能增加受夾助焊 劑的壓力，因此引起助 焊劑爆發(fā)性的排出。助焊劑載體溶劑及其溶劑類型和含量將影增加溶劑含量將引起含量響預(yù)熱期間烘干程度受夾住焊劑更激烈的排出合金類型合金影響回流期間的快速的結(jié)合將增加助濕潤(rùn)和結(jié)合速度焊劑被夾住的可能性，將可能增加受夾助焊 劑的壓力，因此引起助 焊劑爆發(fā)性的排出?；亓鳉夥斩栊裕ǖ┉h(huán)境增加回快速的結(jié)合將增加助流期間的濕

11、潤(rùn)和結(jié)合 焊劑被夾住的可能性，速度將可能增加受夾助焊劑的壓力，因此引起助焊劑爆發(fā)性的排出。焊錫熔化溫度更高的熔化溫度增加快速的結(jié)合將增加助回流期間的濕潤(rùn)和結(jié) 焊劑被夾住的可能性，合速度將可能增加受夾助焊劑的壓力，因此引起助焊劑爆發(fā)性的排出。濺錫的解決方案預(yù)防：防止濺錫沉積的一個(gè)方法就是在金手指上涂敷一層可駁除的阻焊層，在絲印錫膏后涂敷，回流后拿掉。這個(gè)方法還沒有印證， 可能成本高，因?yàn)闋可媸止ぷ鳂I(yè)，涂敷板上選擇性區(qū)域會(huì)造成困難， 中斷生產(chǎn)流水作業(yè)。另外可選擇在金手指上貼臨時(shí)膠帶。這個(gè)方法也 有同樣的缺點(diǎn)。最小化：優(yōu)化助焊劑載體的化學(xué)成份，和回流溫度曲線，將濺錫 減到最低。為了證明這一點(diǎn)，得到內(nèi)

12、存模塊制造商的支持，通過評(píng)估 對(duì)材料和回流溫度曲線優(yōu)化的影響，來評(píng)價(jià)表準(zhǔn)錫膏系統(tǒng)。清楚地表 明活性劑、溶劑、合金和回流溫度曲線對(duì)濺錫程度有重要影響。因此， 有信心著手解決問題，這些參數(shù)的適當(dāng)調(diào)整可以將濺錫減到最小。非標(biāo)準(zhǔn)材料，如聚合助焊劑系統(tǒng)由于成本高、貨架壽命絲印壽命 短、工藝變化范圍小、并返工困難，不包括在本研究范圍。但是，聚 合助焊劑有希望最終提供一個(gè)可能最小化的濺錫解決方案，因?yàn)闈撛?的飛濺材料在溫度激化的聚合過程中被包圍。因此，沒有液體助焊劑 留下來產(chǎn)生飛濺。測(cè)試樣板是一塊六個(gè)小板的內(nèi)存模塊，沒有貼裝元件。（已發(fā)現(xiàn) 元件回減小濺錫的影響，因?yàn)樵?huì)阻隔助焊劑從金手指上排出）。 現(xiàn)有生

13、產(chǎn)材料和溫度曲線作基本的試驗(yàn)條件（表五）。生產(chǎn)電路板的飛 濺水平大約每100塊組合板有一個(gè)飛濺錫球。兩個(gè)工程師通過20倍 的顯微鏡觀察所有的板，以評(píng)估濺錫程度。表五、測(cè)試材料助焊劑載體描述相對(duì)濕潤(rùn)速度溶劑含量回流環(huán)境溶劑揮發(fā)性助焊劑A現(xiàn)有生產(chǎn)材料（內(nèi) 存模塊制造商的） 中等殘留，RMA型未知中推薦惰性高助焊劑B高級(jí)、高性能、長(zhǎng) 絲印壽命，中等殘 留快中空氣或惰性低助焊劑C高級(jí)、高性能、長(zhǎng) 絲印壽命，中等殘 留快中空氣或惰性低助焊劑D高性能、RMA型，長(zhǎng)絲印壽命，中等殘留慢中空氣或惰性低助焊劑E低殘留，高溶劑含 量，空氣或氮?dú)饣?流慢高推薦惰性中助焊劑F極低殘留，惰性回慢高惰性中助焊劑 A:Ke

14、ster244,B:92,C:92J,D:51SC,E:73D,F:75在線研究中使用不同特性的表準(zhǔn)錫膏。根據(jù)其不同的濕潤(rùn)速度和 溶劑性能來選擇這些材料。為減少研究中的變量參數(shù)，所有錫膏使用 同一種合金：Sn63/Pb37，粒度-325/+500 目。最小化試驗(yàn)結(jié)果回流溫度曲線的選擇：試驗(yàn)期間得到明確，回流曲線和材料類型 兩者都必須調(diào)整以使飛濺最小。測(cè)試使用的兩條主要的回流曲線不同 在于其保溫區(qū)的特性。沒有平坦保溫區(qū)的線性上升溫度曲線（圖二） 結(jié)果是所有材料都存在一些濺錫，在原來的生產(chǎn)材料上增加了濺錫。 因此，這個(gè)曲線形狀沒有作繼續(xù)研究?；陲w濺機(jī)制的假設(shè)，這個(gè)線 性的曲線沒有充分烘干助焊劑。

15、一個(gè)更有前途的基本曲線形狀包括一個(gè)160oC的高溫保溫（烘 干），以蒸發(fā)所有溶劑（圖三）。這種溶劑失散增加助焊劑剩余的粘性， 減少揮發(fā)成份，因此減少飛濺?？墒?，這樣烘干的潛在問題包括熔濕 變差和產(chǎn)生空洞。使用惰性氣體（氮?dú)猓┛梢詭椭纳迫蹪窈蜏p少空洞， 但對(duì)飛濺卻無效果。這個(gè)曲線也是一個(gè)“長(zhǎng)”曲線，消除了過快溫升 率的需要（最高每秒175oC）。時(shí)間（秒）圖二、線性溫升曲線，沒有保溫平臺(tái)區(qū)，對(duì)任何焊錫和助焊劑材料都造成一些濺錫圖三、有一個(gè)高溫保溫區(qū)的溫度曲線，溶劑的消失提高余下的助焊劑粘性，因此減少濺錫所有溫度曲線研究的結(jié)果在圖四和表六中總結(jié)。光板上測(cè)得的飛 濺程度，在已貼裝元件的生產(chǎn)板上大大

16、減少。估計(jì)表明，光板上少于 10-20個(gè)飛濺錫球，將在貼裝元件板上不產(chǎn)生飛濺。因此，助焊劑類 型D，E和F（表五）都提供了可行的濺錫解決方案。D型助焊劑載體有 其它有點(diǎn)，工藝范圍大和可以空氣回流。三種材料的特點(diǎn)都是熔濕速度慢，但溶劑種類不同，這顯示所有溶劑都可以有效烘干，熔濕速度 才是助焊劑飛濺的關(guān)鍵因素。Series2:有形、光澤的助焊劑小滴數(shù)量表六、材料研究結(jié)果錫膏類型SerieslSeries2帶速環(huán)境助焊劑A03426” /min氮?dú)庵竸〢04226” /min氮?dú)庵竸〣12526” /min氮?dú)庵竸〣42026” /min氮?dú)庵竸〣02126” /min空氣助焊劑B02126” /min空氣助焊劑B02126” /min空氣助焊劑B02926” /min空氣助焊劑C2726” /min空氣助焊劑C03526” /min空氣助焊劑D0026” /min空氣助焊劑D0226” /min空氣助焊劑D0226” /min空氣助焊劑D0426” /min空氣助焊劑E0326” /min空氣助焊劑E0326” /min氮?dú)庵竸〧2026” /min氮?dú)庵竸〧1026” /min氮?dú)庵竸?A:Kester2