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1、消除免洗洗PCB中的锡锡珠By TTerrry BBasyye, Wallt BBelttz, Terrry Rosse, Marry SSmooot, Carry WWillliamms,Rosss BB. BBernntsoon, Kellvinn Hoo annd DDaviid WW. SSbirrolii本文介绍绍，一种种U形模板板开孔确确定的锡锡膏沉淀淀可以防防止锡珠珠的形成成。焊锡锡由各种种金属合合金组成成。由印印刷电路路板(PCCB)装配商商使用的的锡/铅合金(Snn63/Pb337)是锡膏膏和用于于波峰焊焊接的锡锡条或锡锡线的典典型粉末末。在PCB上不是是设计所所需的位位置所
2、找找到的焊焊锡包括括锡尘(sooldeer ffinee)、锡球(sooldeer bball)和锡珠(sooldeer bbeadd)。锡尘尘是细小小的，尺尺寸接近近原始锡锡膏粉末末。对于于-3225+5000的网目目尺寸，粉粉末直径径是25-45微米，或或者大约约0.000100-0.00118。锡尘尘是由颗颗粒的聚聚结而形形成的，所所以大于于原始的的粉末尺尺寸。锡珠珠(sooldeer bbeaddingg)是述语语，用来来区分一一种对片片状元件件独特的的锡球(sooldeer bballlingg)(图一)1。锡珠珠是在锡锡膏塌落落(sllumpp)或在处处理期间间压出焊焊盘时发发生的
3、。在在回流期期间，锡锡膏从主主要的沉沉淀孤立立出来，与与来自其其它焊盘盘的多余余锡膏集集结，或或者从元元件身体体的侧面面冒出形形成大的的锡珠，或者者留在元元件的下下面。图一、锡锡珠IPC-A-6610 C将0.113mmm(0.005512)直径的的锡球或或每6000mm22(0.9inn2)面积上上少于五五颗分为为第一类类可接受受的，并并作为第第二与第第三类的的工艺标标记2。IPCC-A-6100 C允许“夹陷的”不干扰扰最小电电气间隙隙的锡球球。可是是，即使使是“夹陷的”锡球都都可能在在运输、处处理或在在一个振振动应用用的最终终使用中中变成移移动的。锡球球已经困困扰表面面贴装工工业许多多年
4、。对对于只表表面贴装装和混合合技术的的PCB，锡珠珠在许多多技术应应用中都都遇到。查查明相互互影响和和除掉锡锡珠的原原因可以以改善合合格率、提提供品质质、提高高长期的可可靠性、和和降低返返工与修修理成本本。锡珠的原原因人们们已经将将锡珠归归咎于各各种原因因，包括括模板(sttenccil)开孔的的设计、锡锡膏的成成分、阻阻焊层的的选择、模模板清洁洁度、定定位、锡锡膏的重重印、焊焊盘的过过分腐蚀蚀、贴片片压力、回回流温度度曲线、波波峰焊锡锡的飞溅溅、和波波峰焊锡锡的二次次回流。3-5模板开孔孔的设计计模模板开孔孔的形状状是在免免洗锡膏膏应用中中的一个个关键设设计参数数。形成成一个具具有良好好焊脚
5、的的高质量量可靠的的焊接点点要求有有足够的的锡膏。过过多的锡锡膏沉淀淀是锡珠珠的主要要原因。为了了解决在在片状元元件上的的锡珠问问题，已已经推荐荐了各种种模板设设计形式式。最流流行的是是homepllatee开孔设设计(图二)。据说说这种hommepllatee设计可可以在需需要的地地方准确确地提供供锡膏，从从片状元元件的角角上去掉掉过多的的锡膏。可可是，homeeplaate设计带带来锡膏膏的粘附附区域不不足的问问题，造造成元件件偏位。锡锡膏提供供很小的的与零件件接触的的面积。一一个贴装装50%偏位的的零件与与湿润的的锡膏接接触的面面积甚至至更少。除除此而外外，hommepllatee设计不
6、不能消除除片状元元件下面面和相邻邻位置的的锡珠。锡锡膏还是是直接在在元件的的中间出出现，从从这里它它可能在在回流期期间转移移到不希希望的位位置。在探探讨各种种形状的的模板开开孔期间间，在片片状元件件下面出出现过多多锡膏的的模板设设计包括括： homeeplaate模板(图二) 比矩形片片状元件件焊盘形形状减少少85%的模板(图三) 对片状元元件的T形开孔孔模板(图四) 图二、HHomeplate开孔模板图三、减减少85%的模板图四、TT形开孔模板homeeplaate模板减减少在片片状元件件上的锡锡珠数量量，但是是不能完完全消除除。减少少85%的模板板有80%的片状状元件出出现锡珠珠。T形模板
7、板可去掉掉50%的锡珠珠。因此此，这三三种模板板没有哪哪个可以以持续地地消除锡锡珠，同同时在装装配期间间提供足足够的粘粘附力来来将元件件固定在在位。锡膏配方方较较新一代代的锡膏膏提供较较长的模模板寿命命、提高高粘性时时间、松松脆与持持续的印印刷清晰度度、对各种种板和元元件金属属的良好好的可焊焊性、以以及测试试探针可可测试残残留物。可可是，如如果模板板设计与与回流曲曲线没有有适当地地考虑，需需要用来来获得这这些特性性的溶剂剂与活性性剂成分分也可能能增加锡锡珠出现现机会。阻焊层的的选择阻焊焊涂层可可以影响响到锡膏膏。阻焊焊层类型型与锡珠珠出现频频率的关关系从过过去的经经验上看看是明显显的。阻阻焊层
8、可可以有一一种不光光滑的或或光滑的的表面涂涂层。不不光滑的的涂层倾倾向于产产生较少少的锡珠珠，因为为它提供供对残留留的立足足之地，因因而减少少残留的的扩散。光光滑的涂涂层产生生较多的的锡珠，因因为助焊焊剂在液液态时可可能更容容易扩散散。模板清洁洁度模板底底面的弄弄脏可能能造成锡锡珠和锡桥。可可能的原原因包括括过高的的刮刀(sqqueeegeee)压力、不不经常与与不正确确的模板板底部擦擦拭或圆圆顶状焊焊盘的密密封差，圆圆顶状焊焊盘是在在使用热热风焊锡锡均涂法法(HAASL)对板进进行表面面涂敷时时形成的的。定位印刷的的定位对对维持良良好的工工艺持续续性是关关键的。锡锡膏对准准不好可可能造成成锡
9、桥、在在焊盘与与阻焊之之间间隙隙中的锡锡尘、和和锡珠。对对准不好好可能消消除良好好的密封封效果和和造成锡锡膏的渗渗漏。印印偏出焊焊盘的锡锡膏可能能在回流流期间不不能完全全集结。锡膏的叠叠印与焊焊盘的过过分腐蚀蚀制制造比设设计大的的模板开开孔和焊焊盘的过过分腐蚀蚀是叠印印的两个个潜在原原因。过过多的锡锡膏沉淀淀在焊盘盘上是锡珠的的主要原因因。对于于密间距距(fiine-pittch)元件，存存在锡尘尘的危险险。在助助焊剂液液化和在在焊盘之之间流动动时，对对于非焊焊锡阻焊焊界顶的的焊盘，锡锡尘可以以到达焊焊盘与阻阻焊之间间的间隙隙内。这这些锡尘尘可能留留在井道道内，在在回流期期间不被被吸回到到焊接
10、点点上。虽虽然有免免洗助焊焊剂包围围住，不不能移动动，但是是锡尘不不应该出出现在相相邻焊盘盘之间，特特别是对对于QFPP(quuad flaat ppackk)。在密密间距引引脚之间间的阻焊焊数量有有锡尘的的出现有有关。减减少或消消除两个个QFP焊盘之之间的阻阻焊区域域可能增增加锡尘尘问题。在最最近的一一个试验验中，在在一个20-mill间距的的元件上上10个焊盘盘之间找找到47颗锡尘尘。为了了解决这这个问题题，开孔孔的尺寸寸减小，以以提供密密封和锡锡膏在焊焊盘上干干净地释释放。减减少如下下所描述述的锡膏膏开孔消消除了锡锡尘的原原因。元件贴装装压力锡膏膏的任何何塌落或或过高的的贴装压压力都将将
11、造成一一些锡膏膏沉淀跑跑出焊盘盘，大大大地增加加回流期期间锡珠珠的形成成机会。在在元件贴贴装期间间使用适适当的压压力将元元件直接接放到锡锡膏中，但但不会将将锡膏挤挤到一个个不希望望的位置置。回流温度度曲线从从锡膏制制造商那那里的回回流温度度曲线一一般提供供一个较较宽的操操作范围围。在这这个可接接受的范范围内，几几个不同同的特性性影响助助焊剂和和焊接点点形成的的效果。一个个慢的线线性预热热允许锡膏中中的溶剂逐逐渐蒸发发，减少少诸如热热塌落和和飞溅发发生的机机会。可可接受的的升温率率一般低低于每秒秒2C。已经经发现每每秒1.33C的速率率是最有有效的。这这个速率率允许助助焊剂缓缓慢激化化，在完完成
12、其目目的之前前不被蒸蒸发掉。回流流以上的的时间影影响与铜铜基材料料形成的的金属间间化合物物的数量量。可接接受的回回流以上上时间为为45-90秒钟。峰值值温度可可以影响响产品的的长期寿寿命。温温度越低低，元件件上的应应力越小小。一般般，除非非特殊零零件要求求，2300C是最高高温度。波峰焊锡锡飞溅波峰峰焊接工工艺也可可能造成成PCB的元件件面上的的锡珠。如如果助焊焊剂预热热不适当当，在PCB进入波波峰之前前有水留留在板上上的话，飞飞溅就可可能发生生。随机机的锡球球可能附附着在PCB和元件件上。波波峰高度度可能造造成过多多的焊锡锡在通孔孔或旁路路孔内起起泡和飞飞溅。锡锡球可能能在锡锅锅工艺中中发生
13、。波峰焊锡锡的二次次回流板通通过波峰峰焊接工工艺的速速度可能能太慢，造造成元件件面上的的第二次次回流。慢慢速可能能会让焊焊锡移动动，造成成QFP引脚松松动。QFP引脚松松动在外外表看上上去是好好焊点，但但在后面面的测试试中变成成开路。有有压力接接触的开开路可能能允许电电路通过过测试，而而不表现现为开路路。制造造商推荐荐的通过过预热和和波峰的的最高顶顶面温度度必须维维持。焊接试验验一种种试验设设计(DOOE, dessignn off exxperrimeent)用来测测量在锡锡膏、模模板开孔孔设计和和回流温温度曲线线的预热热部分之之间的相相互作用用，以决决定锡珠珠的原因因。使用用共晶Sn663
14、/PPb377合金的的锡膏包包括： 锡膏一：水溶性性锡膏 锡膏二：免洗、探探针可测测试锡膏膏 锡膏三：合成松松香免洗洗锡膏锡膏膏通过在在线丝印印机来印印刷，使使用视觉觉检查锡锡膏沉淀淀的均匀匀性。刮刮刀速度度每分钟钟1.5英寸，用用来刮印印一英寸寸厚的锡锡膏条。使用用了两种种不同的的模板形形状：矩矩形的85%焊盘尺尺寸(图三)和U形的85%焊盘覆覆盖(图五)。在U形的模板板上，片片状元件件下面的的中间部部分是没没有锡膏膏的。模模板材料料是0.0006厚度的的不锈钢钢，化学学腐蚀。这这种设计计已经证证明可以以提供连连续的锡锡膏沉淀淀。图五、UU形开孔的模板使用用的两种种回流温温度曲线线主要是是其
15、预热热部分不不同。锡锡膏制造造商推荐荐的温度度曲线的的特点是是很宽的的工艺窗窗口。一条条曲线的的预热区区是很缓缓慢和低低温的，升升温率为为每秒1.33C。这条条曲线没没有平台台的预热热保温区区，而是是缓慢地地升温到到峰值温温度。另另一条曲曲线使用用一种更更传统形形状的预预热、保保温和升升温到峰峰值温度度。使用用具有上上下加热热的强制制对流回回流焊接接炉。压压力均匀匀。用于于本试验验的PCB是124平方英寸寸、高密密度贴装装和贴装装后重量量为381克。由FR-4材料制成成，具有有光滑的的阻焊表表面涂层层。单在在PCB的底面面就使用用了超过过400个片状状元件。使用用模板将将锡膏印印刷到PCB的元件件焊盘上上。使用用自动贴贴装设备备，PCB装配得得到回流流焊接。然然后在元元件面印印刷锡膏膏，贴装装和回流流焊接。在这这些操作作之后，通通孔元件件用手工工插件到到PCB上。然然后将板板放在一一个选择择性焊接接托盘上上，在一一个双波波氮气覆覆盖系统统内进行行波峰焊焊接。使使用超声声波喷雾雾将一种种低固、水水基免洗洗助焊剂剂喷雾在在PCB的底面面上，底底面对流流加热用用来将它它预热。PCB装装配就这这样连续续地制造造出来。使使用的判判断标准准是按照照IPCC-A-6100C。该试试验是一一个自由由度的方方差分析析(A
