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使用焊锡膏常见问题分析

发布日期:2020-02-23 来源:admin 点击:

焊膏回流焊常见问题分析是贴片组装过程中使用的主板级互连方法。这种焊接方法完美地结合了所需的焊接特性,包括易于加工、与各种贴片设计的广泛兼容性、高焊接可靠性和低成本。然而,当回流焊接被用作最重要的表面贴装元件级和板级互连方法时,进一步提高焊接性能也是一个挑战。事实上,回流焊技术能否经受住这一挑战将决定焊膏能否继续作为主要的表面贴装焊接材料,特别是在超细间距技术不断进步的情况下。接下来,我们将讨论影响回流焊接性能改善的几个主要问题。为了刺激行业发展新的方法来解决这个问题,我们将分别简要介绍每个问题。底部表面组件的固定双面回流焊接已使用多年。这里,第一表面被印刷和布线,元件被安装和回流,然后电路板的另一表面被翻转用于处理。为了更经济,一些工艺省略了第一表面的回流,但是同时回流顶表面和底表面。一个典型的例子是,只有小元件,例如片状电容器和片状电阻器,安装在电路板的底面上。随着印刷电路板的设计变得越来越复杂,安装在底面上的元件也越来越大,导致回流期间元件脱落成为一个重要事件。显然,元件脱落现象是由于回流期间熔化的焊料对元件的垂直固定力不足,垂直固定力不足可归因于元件重量的增加、元件的焊接性差、焊料润湿性不足或焊料量不足等。其中,第一个因素是最根本的原因。如果后三个因素改善后部件脱落,则必须使用表面贴装粘合剂。显然,粘合剂的使用会降低回流期间元件自对准的效果。不完全焊接不完全焊接是在相邻引线之间形成焊接桥。一般来说,所有可能导致焊膏塌陷的因素都会导致焊接不完全。这些因素包括:

1、加热速度过快;

2、焊膏触变性太差或剪切后焊膏粘度恢复太慢;

3、金属负荷或固体含量过低;

4、粉末粒度分布太宽;

5、焊剂的表面张力太小。然而,坍落度不一定会导致焊接不完全。在回流过程中,熔化的不完全焊剂可能在表面张力的推动下破裂。焊料损失现象会使不完全焊接问题更加严重。在这种情况下,由于焊料损失而在某一区域积累的过量焊料会使熔化的焊料太多而不易破碎。

除了导致焊膏塌陷的因素之外,以下因素也是导致焊接不完全的常见原因:

1、焊膏相对于焊点之间的间距沉积过多;

2、加热温度过高;

3、焊膏加热速度比电路板快;

4、焊剂润湿速度过快;

5、通量蒸汽压过低;

6、熔剂的溶剂组成过高;

7、焊剂树脂软化点过低。

焊料膜的间歇润湿是指光滑表面上存在水(1.4.5)。)。这是因为焊料可以粘附到大多数固体金属表面,并且一些未润湿的点隐藏在熔化的焊料涂层下面。因此,当表面最初被熔化的焊料覆盖时,会发生间歇性润湿。亚稳态熔融焊料涂层将在最小表面能驱动力的作用下收缩,并且在短时间后,它将聚集成分离的小球和脊状秃物体。部件与熔融焊料接触时释放的气体也会导致间歇性润湿。由于有机物的热分解或无机物的水合作用而释放的水将产生气体。水蒸气是这些相关气体中最常见的成分。在焊接温度下,水蒸气具有很强的氧化作用,可以氧化熔融焊料膜的表面或一些表面下的界面(典型的例子是熔融焊料界面处的金属氧化物表面)。常见情况是较高的焊接温度和较长的停留时间

低残留对于不需要清洗的回流工艺,为了获得装饰或功能效果,通常需要低残留。功能要求的例子包括“通过在电路中测试的焊剂残留物探测和测试覆盖层,并在插入物和覆盖层之间或者在插入物和回流焊接点附近的通孔之间导电接触”更多的焊剂残留物通常会导致待电接触的金属表面覆盖过多的残留物,这将阻碍电连接的建立。随着电路密度的增加,这个问题越来越受到重视。显然,无需清洗的低残留焊膏是满足这一要求的理想解决方案。然而,与此相关的软熔的必要条件使问题更加复杂。为了预测低残留焊膏在不同惰性回流气氛下的焊接性能,提出了一种半经验模型。该模型预测焊接性能将随着氧含量的降低而迅速提高,然后逐渐变得稳定。实验结果表明,随着氧浓度的降低,焊膏的焊接强度和润湿能力将增加。此外,焊接强度也将随着焊料中固体含量的增加而增加。实验数据所提出的模型具有可比性,有力地证明了该模型的有效性,可用于预测焊膏和材料的焊接性能。因此,可以得出结论,为了在焊接过程中成功地使用低残留焊料而不需要清洗,应该使用惰性回流气氛。间隙指的是元件引线和电路板焊点之间没有形成焊点。一般来说,这可归因于以下四个原因:

1、焊料沉积不足;

2,引线共面性差;

3、润湿不足;

4,焊料损失这是由预镀锡印刷电路板上的焊膏塌落引起的

引线或焊点附近通孔的芯吸作用。引线共面性的问题是新型轻质12密耳(微米)间距四方扁平封装的一个特别有趣的问题。为了解决这个问题,提出了一种在组装前用焊料预涂覆焊点的方法。该方法是扩大局部焊点的尺寸,并沿着凸出的焊料预覆盖区域形成可控的局部焊点,从而补偿引线共面性的变化并防止间隙。铅的芯吸效应可以通过减慢加热速度和允许底面比顶面加热更多来解决。此外,使用润湿速度较慢、活化温度较高的焊料或可以延迟熔化的焊膏(例如混合锡粉和铅粉的焊膏)也可以最小化芯吸效应。在电路板用锡铅涂层完成之前,连接路径也可以用焊料掩模覆盖焊料球焊料球(Soft balling)焊料球是最常见和棘手的问题,这意味着焊料在回流过程中在离主焊料池不远的地方固化成不同尺寸的球。在大多数情况下,这些球由焊膏中的焊料粉末组成。焊球导致人们担心诸如短路、漏电和焊点上焊料不足等问题。随着细间距技术和无清洗焊接方法的发展,人们对无焊球表面贴装技术的要求越来越高。焊球形成的原因包括:

1、电路印刷工艺不当造成的油渍;

2、焊膏过度暴露在氧化环境中;

3、焊膏过度暴露在潮湿环境中;

4、加热方法不当;

5、加热速度过快;

6、预热段过长;

7、阻焊膜与焊膏的相互作用;

8、通量活动不够;

9、焊粉氧化物过多或污染;

10,灰尘颗粒太多;

11,在特定回流处理过程中,不适当的挥发物混入焊剂中;

12、焊膏配方不当导致的焊片塌陷;

13、在焊膏完全恢复到室温使用前打开包装;

14,印刷厚度太厚,导致“塌陷”形成锡球;

15,焊膏中金属含量低。焊瘤焊瘤是使用焊膏和贴片工艺时出现的一种特殊的焊球现象。简单地说,焊球是指那些其上粘附有(或不粘附)细焊球的非常大的焊球,它们形成在具有极低标准的部件周围

3.元件下面涂了太多焊膏;

4、安装元件的压力过高;

5、预热过程中温度上升过快;

6、预热温度过高;

7、水分从部件和阻焊剂中释放出来;

8、通量活动过高;

9、使用的粉末太细;

10、金属负荷过低;

11、焊膏掉落过多;

12、焊粉中氧化物过多;

13,溶剂蒸汽压不足。

也许消除焊珠最简单的方法是改变模板孔的形状,这样就可以减少焊膏夹在低支架部件和焊点之间。焊角提升焊角提升(Softing Corner Living)焊角提升是指在波峰焊接后,将引线和焊角从具有精细电路间距的四方扁平集成电路(QFP)的焊点上完全提升,特别是在元件的拐角附近。一个可能的原因是在波峰焊前的抽样检查过程中施加到引线上的机械应力,或者在处理电路板过程中遭受的机械损坏。在波峰焊前的抽样检查中,镊子被用来穿过QFP元件的引线,以确定在软溶液烘烤过程中是否所有的引线都被焊接。因此,会产生错位的焊趾,这可以从上到下看到。如果电路板下表面的加热在焊接区域和角焊缝之间的界面处导致部分二次回流,那么从电路板上提起引线和角焊缝可以减轻内应力。防止这个问题的一种方法是在波峰焊后而不是波峰焊前进行抽样检查。墓碑(Tombstoning)是指无引线元件(如片状电容器或电阻器)的一端与衬底分离,甚至整个元件都支撑在其一端。墓碑效应(Tombstoning)也称为曼哈顿效应、拉桥效应或巨石阵效应,这是由回流元件两端的不均匀润湿造成的。因此,熔融焊料不平衡的表面张力施加在部件的两端。随着贴片小型化的发展,电子元件对这个问题越来越敏感。出现这种情况的原因:

1。不均匀加热;

2。部件问题:外观不同,重量太轻,焊接性不同;

3。衬底材料导热性差,衬底厚度均匀性差。

4。焊盘的热容量不同,焊盘的可焊性也不同。

5。焊膏中焊剂的均匀性或活性较差。两个焊盘上焊膏的厚度非常不同。焊膏太厚,印刷精度差,错位严重。

6。预热温度过低;

7.安装精度差,部件偏差严重。不良球栅阵列(BGA)球形成BGA球形成经常会遇到诸如焊料不完全、焊球未对准、焊球泄漏和焊料量不足等缺陷,这些缺陷通常是由回流期间球上的固定力不足或自定心力不足引起的。低粘度、高堵塞厚度或高放气速度可能导致固定力不足;然而,自动力不足通常是由焊剂活性弱或焊料量过低引起的。BGA成球可以通过单独使用焊膏或使用带有焊膏的焊球和带有焊剂的焊球来实现。正确可行的方法是使用带有焊剂或焊膏的整体预成型件。最常见的方法似乎是将焊球与焊膏一起使用,并且使用tin 62或tin 63焊球的焊球形成过程已经产生了极好的结果。当焊料用于锡62或锡63的球焊时,缺陷率随着焊料粘度、溶剂挥发性和间距尺寸的减小而增加,并且还随着焊料沉积厚度、焊料活性和焊点直径的增加而增加。在使用焊膏进行高温熔化的球焊接系统中,没有观察到焊球泄漏现象,并且其对准精度随着焊膏沉积厚度、溶剂挥发性、焊接活性、焊点的尺寸和可焊性以及金属负载的增加而变化。当使用tin 63焊膏时,焊膏的粘度、间距和回流截面对高熔化温度下的成球率影响不大。在需要常规印刷枣剥离工艺的情况下,易于剥离的焊膏对于焊膏的单独成球非常重要。整体预成型的成球工艺也很有前途。减小焊料链的厚度和宽度对于提高球形成的成功率也非常重要。成孔成孔通常是焊接接头的一个问题。特别是当SMT技术应用于回流焊膏时,在使用无铅陶瓷芯片的情况下,绝大多数大孔(0.0005英寸/0.01毫米)位于LCCC焊点和印刷电路板焊点之间。同时,LCCC城堡附近的角焊缝中只有少量微孔。微孔的存在会影响焊点的力学性能,并会破坏焊点的强度、延展性和疲劳寿命。这是因为微孔的生长会聚形成可延伸的裂缝并导致疲劳。气孔也会增加焊料的应力和协调性,这也是由于焊料固化时会收缩,电镀通孔焊接过程中的分层和排气以及焊剂的夹带也是气孔的原因。在焊接过程中,孔隙的机械形成相对复杂。一般来说,在回流过程中,孔隙是由夹层结构中焊料中夹带的助焊剂排出而形成的。孔隙的形成主要由金属化区域的可焊性决定。随着助焊剂活性的降低、粉末金属负载的增加和引线接头下覆盖面积的增加,焊料颗粒尺寸的减小只能增加气孔。此外,孔隙的形成还与焊料粉末聚结和固定金属氧化物消除之间的时间分布有关。焊膏凝聚得越早,形成的孔隙就越多。一般来说,大孔的比例随着总孔体积的增加而增加。与总孔隙体积分析结果中显示的情况相比,那些导致孔隙形成的启发性因素将对焊接接头的可靠性产生更大的影响。控制气孔形成的方法包括:

1和改善部件/衬衫底部的可焊性;

2、使用助焊活性较高的焊剂;

3、还原焊料粉末氧化物;

4、使用惰性加热气氛。

5、回流前的预热过程减慢。

与上述情况相比,BGA组件中孔的形成遵循稍微不同的模式。一般来说,在使用tin 63焊料凸点的BGA组装中,孔主要在板级组装阶段产生。在预镀锡印刷电路板上,BGA接头的孔容随着溶剂的挥发、金属成分的增加和回流温度的升高而增大,并且随着粒径的减小而增大。这可以用决定通量排放速率的粘度来解释。根据该模型,通量介质具有较高的粘度

摘要:焊膏回流焊是贴片组装过程中主要的板对板互连方法。影响回流焊的主要问题包括:底部组件的固定、焊接不完全、间歇润湿、低残留、间隙、焊球、焊珠、焊角提升、墓碑形玻璃格(TombstoningBGA)的不良球形成、空隙形成等。本文未提及的问题不限于此,还包括浸出、金属间化合物、不润湿、扭转、无铅焊接等。只有解决了这些问题,回流焊接作为一种重要的表面贴装方法才能继续成功地保留在超细间距时代。

来源:东莞吕雉岛金属有限公司