如何解決真空回流焊爐、氮?dú)庹婵諣t焊接過程中的錫珠問題

錫珠是SMT生產(chǎn)的主要缺陷之一，直徑約為0.2～0.4mm，主要出現(xiàn)在貼片元件側(cè)面或者IC引腳之間，不僅影響PCB產(chǎn)品外觀，而且在使用中可能造成短路現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命，甚至可能造成人身傷害。這次，我們就來探討下，如何解決真空回流焊爐/氮?dú)庹婵諣t焊接過程中產(chǎn)生錫珠的問題。首先，根據(jù)我們的測試與客戶的反饋，利用我司的結(jié)合了正負(fù)壓焊接工藝的真空回流焊爐/氮?dú)庹婵諣t在試焊樣件及客戶生產(chǎn)的過程中，未出現(xiàn)類似現(xiàn)象。如下圖1，為我們給客戶焊接的大面積焊接件，未產(chǎn)生錫珠。

圖1.客戶焊件示意圖

經(jīng)我們的分析與模擬，并結(jié)合我們前期的經(jīng)驗(yàn)得出以下結(jié)論，產(chǎn)生錫珠是設(shè)備本身結(jié)構(gòu)或生產(chǎn)工藝缺陷所致的。當(dāng)前市面上的真空回流焊/真空共晶爐并不像大家想象的那樣一直在真空環(huán)境下進(jìn)行焊接，而是在氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w氛圍下，在某一階段時進(jìn)行真空排除焊接層的氣泡，如：ETC、HELLER、BTU、愛莎、PINK、ATV等。因此要解決真空焊接過程中產(chǎn)生錫珠的問題，可參考“解決常規(guī)回流焊焊接產(chǎn)生錫珠的方法與建議”，相關(guān)方法可在百度上搜到，但高真空焊接（10^-3、10^-4及更高真空的焊接屬于高真空）另當(dāng)別論。以下我們繼續(xù)進(jìn)行分步剖析與解答：

一、錫珠允許的標(biāo)準(zhǔn)

在IPC-A-610C標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定最小絕緣間隙為0.13毫米，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。為無鉛焊接制訂的最新版IPCA-610D標(biāo)準(zhǔn)沒有對錫珠現(xiàn)象做清楚的規(guī)定。有關(guān)每平方英寸少于5個錫珠的規(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PCB線路板在焊接后必須被清洗，或?qū)㈠a珠手工去除。

二、產(chǎn)生錫珠的原因大致如下

A.錫膏回溫不夠、錫膏吸潮、錫膏粉未大等一一暫定為錫膏問題；

B.絲印時，錫膏印至阻焊層上了，錫膏塌陷等一一暫定為絲印問題；

C.鋼網(wǎng)開孔過大，致使錫膏絲印至阻焊層；

D.板件受潮，盲孔放氣等；

E.貼片壓力過大，造成錫膏坍塌、擠壓至阻焊層等；

F.工藝曲線問題；如預(yù)熱不夠、升溫速率太大。

三、問題剖析與建議

前面A-E大家可能都好理解，并且能夠快速找到方法得以解決，現(xiàn)主要針對于工藝問題我們來進(jìn)一步得分析，并得出相應(yīng)的解決方案。 現(xiàn)我們就以成都共益緣真空設(shè)備有限公司的正負(fù)壓結(jié)合焊接工藝進(jìn)行分析與解決：

1、什么是正負(fù)壓結(jié)合的真空回流焊爐/氮?dú)庹婵諣t焊接工藝

A.工藝曲線，如圖2

圖2.工藝曲線示意圖

B.發(fā)明專利證書，如圖3

圖3.“一種真空回流焊正負(fù)壓結(jié)合焊接工藝”發(fā)明專利

C.正負(fù)壓焊接結(jié)合焊接工藝的步驟:

①將貼裝完成的板件放置在真空回流焊爐/氮?dú)庹婵諣t的加熱平臺上（臺式、立式、立式多層），或放置傳輸導(dǎo)軌上（通道式），關(guān)閉真空艙門（通道式傳入到預(yù)置真空艙，通道式的這里就先不進(jìn)行詳細(xì)描述，若有需要或有興趣的朋友，咱們單獨(dú)討論）；

②抽真空，將真空艙內(nèi)的空艙排除；

③充氮?dú)饣蚱渌Ｗo(hù)惰性氣體/還原性氣體(若要求較高的，可以重復(fù)②③步驟)，至艙內(nèi)壓力達(dá)到2.5個大氣壓或及以上(可燃燒還原氣體一般在1.1個大氣壓)，也就是絕壓：250000PA及以上的艙內(nèi)壓力；

④加熱——預(yù)熱（建議≤2.5℃/s，最好1.5-2℃/s）；

⑤加熱——恒溫；

⑥加熱——拉升；

⑦加熱一一回流+抽真空；

⑧冷卻+充氮?dú)庵脸海?/p>

⑨開艙取件。

2、在真空回流焊焊接過程中產(chǎn)生錫珠的原因：

A.預(yù)熱階段：

Ⅰ.真空回流焊爐/氮?dú)庹婵諣t本身結(jié)構(gòu)所引起

①拉升速度太快，助焊成分還沒得到充分揮發(fā)，助焊成分就沸騰了，造成濺錫。一般我們建議升溫速率在1.5℃/S為宜，不超過2℃/S;

②器件與板件受熱不均造成的濺錫，原因如下:

（1）紅外加熱方式一一陰影效應(yīng)造成，顏色深的對紅外吸收效率非常高，如黑色、深灰色、灰色;淺色對紅外的吸收效率低，顏色越淺，吸收率越低;吸收率高的，升溫快，吸收率低的升溫慢;由上述原因得出，錫膏吸熱量多，板件吸熱量小，當(dāng)吸膏表面的助焊成分已經(jīng)沸騰時，與板件接觸的錫膏助焊成分還未達(dá)到揮發(fā)溫度的情況下，表面沸騰的焊劑就會在表面形成張力，阻止錫膏內(nèi)部的焊擠揮發(fā)，當(dāng)內(nèi)部壓力大于外部張力時，就會出現(xiàn)炸錫、濺錫現(xiàn)象，從而產(chǎn)生錫珠；

（2）上下加熱式真空回流焊爐/氮?dú)庹婵諣t（上加熱必須采用紅外線加熱），當(dāng)下加熱升溫速率小于上加熱升溫速率時，就會出現(xiàn)板件底部的溫度低于上部溫度，同理（1）項(xiàng)，也容易出現(xiàn)炸錫、濺錫現(xiàn)象，從而產(chǎn)生錫珠;特別是板件受潮的情況下，就特別明顯；

（3）紅外線加熱的重疊效應(yīng)，紅外線加熱管的分布問題引起的紅外線的重疊區(qū)域，重疊區(qū)域溫度遠(yuǎn)高于非重疊區(qū)域，也同樣存在因受熱不均引起的炸錫、濺錫現(xiàn)象，特別是大焊盤焊接器件的焊接較為明顯。

Ⅱ.工藝本身編寫所致

有些廠家在編寫工藝曲線時，在預(yù)熱區(qū)加入了抽真空，也是造成錫珠的原因;

當(dāng)真空艙內(nèi)的真空度較低時，錫膏中的助焊成分的沸點(diǎn)將明顯降低，在預(yù)熱溫度還沒上去、焊劑還沒有進(jìn)行充分揮發(fā)時，已經(jīng)沸騰，大量的焊劑沸騰，將未熔錫料濺射到器件四周;

B.恒溫階段：

恒溫時間過短，焊劑未揮發(fā)徹底，當(dāng)拉升至熔點(diǎn)以上時，大量的助焊成分沸騰，從而產(chǎn)生，同理參照A項(xiàng)預(yù)熱的問題分析。

C.拉升階段：

拉升階段的原因，基本也類同于A、B項(xiàng)的原因。

D.回流階段：

回流階段，如果前面預(yù)熱、恒溫、拉升階段將助焊成分做到了充分揮發(fā)，在回流階段產(chǎn)生錫珠的現(xiàn)象依然存在；以下是我們一客戶利用焊片工藝，焊片工藝是沒有助焊劑成分的（大部分是這樣，也有的會含，但量非常少），依然出現(xiàn)了大量濺錫現(xiàn)象，如圖4；

圖4.未使用正負(fù)壓工藝的焊接結(jié)果

但同樣的焊片及器件，利用我們的正負(fù)壓結(jié)合焊接工藝就未出現(xiàn)以上情況，如圖5；

圖5.使用正負(fù)壓工藝的焊接結(jié)果

我們也做了一些分析和對比，比如正壓，保護(hù)氣體密度高，導(dǎo)熱性好，受熱更均勻，也有的認(rèn)為是其它的真空恒定功能的原因，在這里我們不具體討論，感興趣的朋友可以找我們單獨(dú)討論。

E.冷卻階段

冷卻階段，出現(xiàn)產(chǎn)生錫珠的可能性較小，容易產(chǎn)生的焊接缺陷，基本都是因?yàn)槔鋮s速率太快、冷卻不均勻等產(chǎn)生的二次空洞、裂痕、裂紋之類的。建議冷卻速率不超過2℃/s，盡可能地選擇冷卻橫向溫差較小的真空回流焊/真空共晶爐設(shè)備廠家的設(shè)備，因此建議在采購設(shè)備前多進(jìn)行試焊對比。

結(jié)束語：關(guān)于如何解決錫珠的問題我們暫時就分析到這里，若有不當(dāng)之處歡迎各位朋友予以指正和指教；若與其他原創(chuàng)內(nèi)容有雷同之處，請與我們聯(lián)系，我們將及時處理；如您對結(jié)合了正負(fù)壓焊接工藝的真空回流焊爐/氮?dú)庹婵諣t感興趣的話，也歡迎大家與我們聯(lián)系討論或前往我司官網(wǎng)了解。

圖6.成都共益緣真空設(shè)備分類

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審核編輯 黃宇