锡珠产生的原因分析及预防措施机理研究

王阳涛 谭明睿

摘要：对PCB产品生产过程中锡珠的产生进行系统的分析。通过材料、设备、环境温湿度、生产工艺、等进行分析，提出在SMT生产工艺过程中如何防止“锡珠”产生。为SMT工艺在生产过程中如何改善锡珠提供了参考。

关键词：锡珠;防控;改善

SMT（Surface Mounted Technology）技术因其具备电子产品体积小，组装密度高，可靠性高和易于实现自动化等特点，已成为目前电子组装行业里最重要的一种工艺和技术。在实际生产过程中，还是有各种各样的问题发生。其中锡珠就是我们生产中的缺陷之一。因此，很有必要弄清楚锡珠产生的原因并进行有效地控制及改进。

下面就从各方面来分析焊锡珠产生的原因及解决方法：

1.“锡珠”产生的主要因素分析

1.1关于“锡珠”形态及标准：

根据电子产品生产现场质量检验标准及无铅的验收标准（IPC-A-610E 标准）中指出：锡珠是指焊接后留下的球形焊料;是指在回流焊接时器件焊锡膏中的金属粉粒飞溅在连接点周围形成的焊粉尺寸大小的球

1.2在“SMT表面贴装”焊接工艺中，锡珠是在回流炉中产生的。

1.2.1物料角度---锡膏

锡膏产生锡珠的主要原因是由锡膏的配方及成分所引起的。

锡膏中金属及其氧化物的含量、金属粉末的粒度，等都在不同程度地影响着“锡珠”的形成。

1.2.2设备角度---印刷机、贴片机、回流焊

1）锡膏在印制板上的印刷厚度及印刷量。锡膏的印刷厚度是生产中一个主要参数，印刷厚度通常在0.12-0.15MM之间，过厚或过多都容易导致“坍塌”从而形成“锡珠”，过少会影响焊接质量。

2）如果在贴片过程中贴装压力过大。元件压在锡膏上时就可能有一部分锡膏被挤在元件下面或有少量锡粉飞出。在焊接过程中这部分焊粉熔化从而形成“锡珠”。

3）回流焊设备如果温区较少或回流焊设备的长度不够，都会因升温较快而产生锡珠。

1.2.3环境温湿度影响

湿度敏感的元器件及印制板长时间暴露在空气中会吸收水分并发生焊盘氧化，这些水分和焊膏吸潮的水分一样，会导致可焊性变差，会影响焊接效果从而形成“锡珠”。

1.2.4工艺操作角度

1）印刷工艺：在印刷过程中锡膏的黏度较低、成型效果不好，会使印刷后锡膏容易坍塌。坍塌使锡膏留在阻焊层上，在回流焊接时产生焊锡珠。

2）贴片工艺：如果在贴装时压力太大，锡膏就容易被挤压到元件下面的阻焊层上，在回流焊接时焊锡熔化在元件的周围形成锡珠。

3）回流焊工艺：回流焊温度曲线是决定锡珠形成的一个重要参数，回流过程中不同阶段的温度和升温速度会导致不同的问题发生。特别是在焊接区，由于升温速度较快，水分爆裂就容易形成锡珠。

1.2.5治工具设计角度

开孔定义不合理则会出现生产后元件少锡、开焊不良或产品锡珠不良。

2.生产中“锡珠”的预防措施

2.1锡膏选用：

锡膏的黏度、印刷性（滚动性、转移性）、触变性、常温下的使用寿命等都会影响印刷质量.

1）锡膏中金属颗粒的含量，锡膏的氧化度。锡膏中金属含量的质量比约为9：1，体积比约为1：1，当金属含量增加时，锡膏的黏度增加，就能有效的抵抗预热过程中汽化产生的力。此外，金属含量的增加也可以减小锡膏印刷后的塌陷。因此，选用金属含量高的锡膏不易产生焊锡珠。

2）锡膏中金属颗粒的粒度越小，锡膏的总体表面积就越大。从而导致较细颗粒的氧化度越高，因而锡珠现象加剧。选用较细颗粒粒度的锡膏更容易产生焊锡珠。目前使用25-45μm 称3号粉，20-38μm 称4号粉。目前我们工厂使用锡膏均为4号粉。

2.2设备选用：

1）印刷机的选用：印刷机应选用压力适中、控制精确的全自动印刷机。对于德森Desen Classic 1008 型号全自动印刷机。该款印刷机印刷精度：±0.025mm、重复精度±0.01mm、脱模PCB三段脱模 脱模速度、脱模距离软件可调。印刷速度、刮刀压力、印刷平台上升高度均可调节;满足产品使用要求。

2）贴片机的选用：主要是贴片的压力和位置精准度。一般全自动贴片机都能达到使用要求。对于三星SM482型号全自动贴片机。满足目前产品使用要求。

3）回流焊设备的选用：回流焊温度曲线是决定锡珠形成的一个重要参数，回流过程中不同阶段的温度和升温速度会导致不同的问题发生。回流焊工艺根据焊锡膏的种类选择合适的温度曲线并进行微调控制传板的速度，对于劲拓JTE-1000 长度6160MM.运输速度：300-2000mm/min.上10/下10个加热区.上2个冷却区. PID闭环控制+SSR驱动 冷却方式为强制空冷。可以满足产品使用要求。

2.3温湿度管控

分别将EL产品PCB放在湿度>70%的环境下24H，烘烤和不烘烤分别验证锡珠良率。如表1所示。

通过上述产品在湿度>70%的环境下24H，烘烤和不烘烤生产验证：湿度敏感元件和印制板要进行湿度敏感度控制。控制的原则是在运输，储存，备料及生产过程中一定要严格按照元器件及印制板的湿度敏感等级进行控制。

2.4工艺操作钢网开孔方式

实现较高百分比的焊膏释放的钢网能够较好地避免塌边，从而减少锡珠的产生。要获得高百分比锡膏的释放能力要求钢网的开孔壁必须有较高的光滑度。因此最好选用开孔壁极光滑的钢网开刻技术;无铅锡膏的钢网应采用含镍量高的不锈钢钢片，因含镍量高的不锈钢片润湿性好;目前我们采取激光开刻不锈钢钢网。

结论：

焊锡珠出现的因素有很多，其产生是一个极复杂的过程。必须注重制程前和制程中的每一个环节，尽可能避免或减少不利影响，以达到完美焊接。

参考文献

[1] 顾霭云等编著.表面组装技术（SMT）基礎与通用工艺.北京：电子工业出版社，2014.1.

[2] 贾忠中.SMT工艺不良与组装可靠性.北京：电子工业出版社，2009.6.