阐述如何优化回流焊接工艺及质量缺陷

阐述如何优化回流焊接工艺及质量缺陷

廖定波  ,全朝麟

中国电子科技集团第三十四研究所 广西桂林市541000

摘要：回流焊接工艺目前在国内社会应用相对广泛，但是，受回流焊接工艺传输速度快慢、温区温度变化差异、贴片机贴装精度等影响，常常会导致回流焊接产品出现质量问题，影响产品品质。所以，做好回流焊接工艺及质量缺陷优化研究十分必要。

关键词：回流焊接工艺；锡珠；锡桥；优化

引言：回流焊接工艺在实践应用操作中相对简单、焊接质量较高、焊接效率突出，更能实现成本节约，为自动化生产奠定了基础，所以，在社会中得到了广泛的使用。回流焊接工艺作为目前表面贴装元器件焊接的关键工艺，做好工艺运用时产生的质量缺陷优化处理，方可提高回流焊接工艺应用价值。

（一）回流焊接工艺简析

1.工艺流程

回流焊还被唤作再流焊，通常是在贴片完成后的锡膏印刷电路板上实施回流焊接，主要过程为“利用回流焊机焊接贴装完成的电路板，采用回流加热的形式溶解焊锡膏，历经干燥-预热-融化-润湿-冷却步骤处理后，采用焊接方式焊接贴片元器件和印制板”，该技术流程又被唤作新型焊接技术。

2.工艺特点

一是，能够控制回流焊点大小。一般可通过控制焊盘设计尺寸、印刷焊膏量的方式控制焊点尺寸、形状等。回流焊一般在操作的位置上放焊料即可，且用料量精准可控，无需在熔融的焊料中直接浸渍元器件，因此热冲击对元器件产生的影响较小。

二是，放焊膏时常选择钢网印刷形式，一般为了精简工艺流程、缩减生产成本，在实践中各焊接面通常仅印刷一次焊膏。该特点要求所有装配面上的元器件则必须共用同一张钢网分配焊膏。

    三是，焊料中的成分不会混入不纯物，保证焊料的组分。可在同一基板上，波峰焊和回流焊可以混合使用。[1]

（二）回流焊接质量缺陷与优化方法

受回流焊接传输速度不快、温区间温度变化、贴片机贴装精度等因素影响，回流焊接工艺在实际操作中存在些许缺陷，诸如锡珠、锡桥等现象都比较常见。

1.锡珠

锡珠和焊球相似，但是体积相对较小，锡珠的出现，主要是因为焊接前锡膏受各种因素影响超出焊盘，且焊接后单独出现在焊盘、引脚外侧，没有和锡膏彻底融合，以此形成的锡珠；锡珠一般在元器件两侧、细间距引脚间出现的几率较高，常会引发电路板短路等问题，锡珠质量缺陷见图一。

图一 锡珠质量缺陷示意图

1.1形成锡珠的诱因

一是，未能合理设置回流焊机升温区温度，如预热实践过短，助焊剂缺乏活性，则无法除去焊盘与焊料颗粒表面氧化膜，极易造成锡珠；如预热温度升温太快，导致锡膏内水汽与溶剂气化膨胀，也会造成锡珠。

二是，未按照精度要求对钢网开口，致使钢网开口尺寸出现毛刺，在印花后使锡膏无法成型或出现毛刺、缺口；若钢网过厚、印刷压力较大，则会堆积过厚的焊锡膏，这对锡膏印刷质量产生了影响，特别是回流焊接期间，毛刺及多余锡膏极易凝结、产生锡珠。

三是，未能深度清洁印刷电路板，导致焊锡膏在表面出现残留，在被回流焊高温炙烤后，受焊盘四周残留焊锡膏影响，临近焊盘、元器件焊端的锡膏会被牵扯至焊接位置变成焊点，且离焊盘、元器件焊端较远的锡膏则会朝元器件中间缓缓收缩，并在元器件四周形成锡珠。

1.2锡珠工艺优化方法

一是，把预热区预热温度管控至120~150℃之间，温度爬升速度控制在1~4℃/s左右，维持时间约90s；然后，对回流焊接曲线实施优化，虽然温度的持续升高，会改善锡膏润湿性，可避免产生过多锡珠，不过回流焊温度太高，会对元器件、焊盘等造成损伤，所以，应将回流焊温度管控制在220~245℃的范围内最佳。[2]

二是，对焊盘图案形状、中心间距实施优化，优选尚好钢网材料、钢网工艺，对印刷机印刷参数、印刷压力合理调整、设置，提高锡膏印刷品质，方可尽量避免锡珠形成。

三是，要使用酒精将二次印刷的电路板清洗干净，然后通过气枪吹扫后，把残留在电路板表面的焊锡膏清除，且应按照生产工艺要求实施生产，确保操作流程规范性。

2.锡桥

所谓锡桥，即“两个及以上焊点发生搭桥、连锡的情况，从而导致电路板短路，影响了电路板的正常功能，若情况严重，可能在短路影响下将电路板、仪器烧毁。”在钢网开口尺寸需较大、焊料太多、印刷期间连锡情况下融化焊锡膏时，多余焊料无法拉回至焊盘处，便会在临近引脚间出现锡桥，如图二所示。

图 3 锡桥质量缺陷示意图

2.1形成锡桥的诱因

一是，挑选的锡膏存在规格、质量等方面的问题，致使锡膏流动性不好，让锡膏在印刷期间，形成焊盘连锡，再在回流焊接后，形成了锡桥。

二是，钢网开了较大尺寸的孔、印刷压力太大、钢网模板尺寸过后，导致印刷期间出现锡膏过量、锡膏成型坍塌现象，致使回流焊接期间，受锡膏融化、溢出焊盘、引脚间距离太短、焊点过密等影响，形成了锡桥。

    三是，在回流焊接期间，升温区温度提升速度太快、时间太长，焊锡膏里面的助焊剂在短时间内挥发殆尽，从而引发了细间距引脚润湿不良、临界焊膏量过少等问题，最终导致桥接现象产生。

2.2锡桥工艺优化方法

一是，按照具体的电路板及焊接要求，科学选择符合要求的焊锡膏，同时，要提高焊锡膏应用、存储规范性，通常储存方式为冷藏、温度在5~10°C最佳，开封的焊锡膏从原则上讲，仅可使用两日；若钢网上的锡膏被放置了半小时仍未使用，需通过搅拌刀搅拌均匀后方可使用。

二是，科学选择、确定钢网开孔的尺寸及钢网模板尺寸厚度；同时，由于印刷压力不足或过大等均会引发锡膏坍塌现象，所以，必须根据要求做好印刷机印刷压力的科学设置。[3]

三是，要做好回流焊升温区温度的科学设置，通常将其管控在120~210℃间最佳，上升速率应控制在2℃/s以内，升温时间维持在90~120s最佳，且要确保焊接温度区域内锡膏的流动性、润湿性，并尽量避免锡桥在细间距器上出现。

结束语：总之，要立足实际生产环节出现的问题，积极优化回流焊接工艺、改善回流焊接质量，方能使产品合格率、质量、应用可靠性等得到有效提升。

参考文献：

[1]常规锡膏回流焊接空洞的分析与解决[J].杨建伟.电子与封装.2019(11)：9-13+36

[2]回流焊炉温曲线的管控分析[J].汤宗健,谢炳堂,梁革英.电子质量.2020(08)：15-19+23

[3]真空回流焊接搪锡去金工艺研究[J].张建,金家富,张丽,李安成,汪秉庆.电子与封装.2020(09)：63-66