無鉛合金，的表面張力大于錫鉛焊錫膏。一旦形成氣泡，表面張力會阻礙氣泡從焊點向外逃逸。正因為如此，減少氣泡最有效的辦法是盡量避免氣泡產(chǎn)生。對工藝和材料進行優(yōu)化，可以有效地防止氣泡產(chǎn)生。下面的分析說明，不管使用哪一種焊膏，只要選好溫度曲線和焊盤的表面處理，就可以得到最理想的結(jié)果。為了避免其他因素的影響，只選擇了N和W兩種焊膏。通過實驗確定每種材料的最優(yōu)溫度曲線和焊盤表面處理。
實驗
這項研究包含兩個階段。在第一階段（W焊膏），選擇一塊0.062英寸厚、6 × 4平方英寸大的標準測試電路板。使用間距為1.2 mm、256個輸入/輸出的BGA，這是用仿真芯片和SAC合金球腳做的仿真元件。有時，可以用實際的電路板和元件，但是成本很高，不切合實際。在選擇食眼見時，盡量使用相同的元件尺寸和間距。用于印刷焊錫膏的是150 μm厚的不銹鋼模板，孔是圓的，孔和焊盤比值為1:1。在實驗中使用了四種焊盤表面處理：浸銀（ImmAg）、浸錫（ImmSn）、銅（Cu）和化學(xué)鍍鎳浸金（ENIG）。然后從三種再流焊溫度曲線中選取一條溫度曲線對電路板進行再流焊。
電路板在再流焊后，用X射線進行分析。
第二階段（焊膏N）比第一階段簡單，它使用尺寸較小、有132個輸入/輸出的芯片級封裝（CSP），用SAC球腳，貼裝在測試電路板上。只用一個包含預(yù)熱的溫度曲線，使用預(yù)熱溫度較低的溫度曲線和溫度線性上升的溫度曲線。然后再用X射線系統(tǒng)來分析整塊電路板。
實驗結(jié)果
在分析焊錫膏形成氣泡的性能時，要考慮兩個因素：氣泡的尺寸分布和氣泡總數(shù)。許多小氣泡對可靠性的影響遠低于一個大氣泡。對記錄數(shù)據(jù)進行了分析，得到不同表面涂層和溫度曲線的氣泡尺寸分布和氣泡總數(shù)。用簡單的統(tǒng)計方法來確定，看起來很明確的差別從統(tǒng)計的角度講是否非常大。對于W焊膏，焊盤使用不同的表面涂層、用不同的溫度曲線時氣泡尺寸的分布。檢查數(shù)據(jù)說明，在不同焊盤上、用三種溫度曲線時，氣泡尺寸分布存在根本性的差別。除銅焊盤外，用線性溫度曲線時，產(chǎn)生的氣泡比較小，大氣泡就較少。把線性溫度曲線用于銅焊盤時，所有尺寸的氣泡都比較少。對于兩條包含預(yù)熱區(qū)的溫度曲線，氣泡分布曲線非常接近，拖著長長的尾巴，一個氣泡的體積達到球腳體積的十分之一。一般說來，用預(yù)熱溫度高的溫度曲線時，所有尺寸的氣泡比用預(yù)熱溫度低的溫度曲線所產(chǎn)生的氣泡多。不過，氣泡尺寸的分布曲線不能說明焊點中的氣泡總數(shù)，不能對不同的溫度曲線進行比較，應(yīng)該看看氣泡總數(shù)。
圖1 用于研究氣泡的再流焊溫度曲線。
氣泡尺寸的分布曲線非常接近，但是把氣泡數(shù)據(jù)匯總起來得到每個焊點的氣泡總數(shù)，就可以看出焊錫膏N和焊錫膏W在不同的溫度曲線下的差別（圖2a和b）。實驗表明，對于焊錫膏W，用不同爐溫曲線的統(tǒng)計結(jié)果是不同的，對于焊錫膏N，線性爐溫曲線和預(yù)熱溫度底的爐溫曲線的統(tǒng)計結(jié)果差別也非常大。對于焊錫膏W，數(shù)據(jù)表明，氣泡增多是與未進入熔化階段時溫度的升高有關(guān)。而焊錫膏N則相反。這充分地說明每一種焊錫膏都有自己的特點，需要區(qū)別對待。對于焊錫膏W，氣泡增多與爐溫曲線預(yù)熱溫度升高的有關(guān)，這說明，在預(yù)熱階段，粉末表面的氧化程度增大。由于微粒表面的氧化程度上升，把活性劑用完了；在焊錫膏的溫度達到熔化溫度時已經(jīng)沒有活性劑可以用來減小金屬的表面張力，因而在凝結(jié)時蒸汽跑不掉。焊錫膏N則不同，很可能是由于溫度升高，使得揮發(fā)性材料揮發(fā)掉，同時（或者是）在達到或者超過焊料熔化溫度時，材料變得不穩(wěn)定，產(chǎn)生反應(yīng)，因而氣泡減少。
圖2 a是用不同的爐溫曲線時，焊錫膏W的<氣泡總數(shù)。圖2 b是用不同的爐溫曲線時，焊錫膏N的氣泡總數(shù)。
圖3 a是焊盤用不同的表面處理時，焊錫膏W的氣泡總數(shù)。
圖3 b是焊盤用不同的表面處理時，焊錫膏N的氣泡總數(shù)。在焊盤表面處理方面，對氣泡總數(shù)的數(shù)據(jù)分析說明，它與表面處理有關(guān)--小一些，但是從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看是明顯的。用W焊錫膏的焊盤表面處理分成兩組：一組是浸錫和ENIG，一組是浸銀和銅。浸錫和ENIG相差不多，它們產(chǎn)生的氣泡總數(shù)比浸銀和銅少──浸銀和銅也相差不多。對于N焊錫膏，在ENIG/銅表面涂層上也可以看到同樣的效果，這說明可能與焊盤表面涂層的化學(xué)性質(zhì)關(guān)系大些，而焊錫膏與助焊劑的相互作用的影響小些。不同焊盤表面涂層的濕潤能力也會對結(jié)果產(chǎn)生影響。
再流焊溫度曲線對氣泡大小和數(shù)量的影響是最大的，最理想的溫度曲線與使用的助焊劑有關(guān)。需要充分了解各種助焊劑是如何隨著溫度曲線的變化而變化的，要進行進一步的研究來改善助焊劑的化學(xué)性質(zhì)、生產(chǎn)出更耐用、能夠承受溫度曲線變化而且氣泡總數(shù)比較低的材料。