杜中一

（大連職業(yè)技術(shù)學院電氣與電子工程技術(shù)系，遼寧 大連 116037）

再流焊也叫做回流焊，是由于表面組裝技術(shù)（SMT）的發(fā)展而不斷發(fā)展起來的焊接技術(shù)。再流焊技術(shù)主要用于各種表面組裝元器件的焊接，是目前最主流的電子組裝焊接技術(shù)。再流焊接提供一種加熱環(huán)境，使預先分配到印制板焊盤上的焊膏重新熔化，從而讓表面組裝的元器件和PCB焊盤通過焊膏合金可靠地結(jié)合在一起。再流焊操作方法簡單，效率高，品質(zhì)好，節(jié)省焊料，是一種適于自動化生產(chǎn)、主流的SMT焊接技術(shù)。PCB板通過再流焊爐傳動裝置進入到再流焊爐的內(nèi)部，經(jīng)過一系列溫度不同的溫區(qū)，再從出口傳出，這樣就完成一次焊接。通常一次再流焊過程包括預熱、保溫（也叫浸潤）、再流及冷卻這4個溫度階段。

在整個再流焊接過程中，常常由于工藝控制不當而產(chǎn)生一些焊接的缺陷。最常見的再流焊接缺陷包括冷焊、“立碑”、偏移及錫珠現(xiàn)象，下面將對這4種缺陷現(xiàn)象作具體的分析。

1 冷焊現(xiàn)象

冷焊是指焊膏還沒有完全熔化就開始冷卻的一種再流焊缺陷。冷焊的焊點表面比較粗糙、外形不規(guī)則，顏色比較暗淡。冷焊形成的焊點機械抗拉強度比較低。冷焊的焊點如圖1所示。

圖1 冷焊的焊點

冷焊形成的主要原因，是再流焊接從預熱、保溫到再流這3個溫區(qū)的溫度偏低，或者在合適的爐溫下，PCB停留的時間太短，造成PCB不能夠得到充足的熱量，將導致焊料不能完全處于熔融狀態(tài)。

對于共晶有鉛焊膏63Sn37Pb的再流焊接，其熔點是183℃，預熱階段通常上升速率設(shè)定為1~3℃/s；再流峰值溫度一般設(shè)定在210～230℃，超過液相線溫度的駐留時間一般在45～80 s，溫度上升斜率最大不可超過4℃/s。

對于無鉛焊料的再流焊接，最好選擇7～9溫區(qū)的再流焊爐，這樣提供更多的溫區(qū)，可以提高無鉛焊接的焊接效果。最常見的無鉛焊膏96.5Sn3Ag0.5Cu的熔點是217℃，再流峰值溫度一般設(shè)定在220～245℃，超過液相線溫度的駐留時間一般在50～60 s。無鉛焊膏96.5Sn3Ag0.5Cu溫度曲線設(shè)置如圖2所示。

圖2 無鉛焊膏96.5Sn3Ag0.5Cu溫度曲線設(shè)置

PCB在再流焊爐的傳輸系統(tǒng)上傳送速度過快，就會使焊點在液相線以上的溫度中停留時間過短，使得焊料在焊爐內(nèi)不能充分的受熱熔化，造成冷焊。我們可以適當減少傳送速度，以便于獲得良好的焊點，也可采取下列方式處理冷焊問題。

（1）采用再次再流的方法消除冷焊；

（2）為防止再次再流中助焊劑揮發(fā)過快，可以采用再流焊專用助焊劑，設(shè)定適當?shù)臏囟惹€，調(diào)整預熱溫度和預熱時間。

2 “立碑”現(xiàn)象

“立碑”現(xiàn)象常發(fā)生于表面組裝片式元件的再流焊，是指兩個焊端的表面組裝片式元件，經(jīng)過再流焊后其中一個端頭離開焊盤表面，整個元件呈斜立或直立的現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 “立碑”現(xiàn)象

幾種常見的“立碑”狀況，分析如下：

（1）貼片精度不夠。我們知道，再流焊最大的優(yōu)點，是具有自定位效應(yīng)，即貼片時如果產(chǎn)生較小的元器件偏移，在再流焊接時，由于焊膏的熔化產(chǎn)生的表面張力，可以拉動元器件進行自動對準。但如果元器件偏移嚴重，拉動就有可能會使片式元件豎起，形成“立碑”。

解決辦法是，調(diào)整貼片機的設(shè)置參數(shù)，以提高貼裝精度，盡可能減少貼裝偏差。

（2）焊盤尺寸不合理。片式元件焊端都是對稱的，如果片式元件的對稱焊盤不對稱，則會導致漏印的焊膏量不一致，小焊盤上的焊膏對溫度響應(yīng)快，能夠更快的熔化，大焊盤則相反，熔化較慢。這樣當小焊盤上的焊膏已經(jīng)熔化后，在其表面張力的作用下，可以將片式元件拉起甚至直立，導致“立碑”現(xiàn)象的發(fā)生。

解決辦法是，一定要按照規(guī)范標準進行焊盤的設(shè)計，保證焊盤圖形的形狀和尺寸大小完全對稱。另外，在設(shè)計焊盤時，可以在保證焊點強度的前提下，讓焊盤尺寸應(yīng)盡可能小些，這樣“立碑”現(xiàn)象就會大幅度減少。

（3）焊膏涂敷過量。印刷焊膏過量時，由于焊膏量較多，因此對稱的兩個焊盤上的焊膏不同時熔化的概率就大大提高，從而導致片式元件兩個焊端受到熔化焊膏的表面張力不平衡，容易產(chǎn)生“立碑”。相反，如果焊膏涂敷的量適合，對稱的兩個焊盤上的焊膏不同時熔化的概率就大大降低，發(fā)生“立碑”的可能性就會減少。

解決辦法是，在印刷焊膏的模板開口尺寸固定的前提下，涂敷焊膏量的多少，是由焊膏的厚度決定的；而焊膏的厚度，是由模板的厚度決定的，因而可以選擇用模板厚度較薄的模板，通常模板厚度不超過0.15 mm。

（4）沒有充分預熱。當焊膏預熱溫度設(shè)置較低或預熱時間較短時，片式元件兩端的焊膏在進入再流階段前，沒有到達理想的溫度，這樣不能同時熔化的概率就大大提高了，從而使得片式元件對稱的兩個焊端受到的表面張力不平衡，產(chǎn)生“立碑”。

解決辦法是，正確設(shè)置預熱溫度曲線，降低再流焊爐傳送裝置的傳送速度，從而延長預熱時間，其焊膏充分預熱。

（5）PCB板的片式元件排列設(shè)計存在缺陷。在再流焊接時，如果片式元件的兩個焊端是一前一后進入再流焊爐，那么先進入的一端的焊膏將先熔化，而另一焊端尚未達到熔化溫度，這樣將導致先熔化的焊端在表面張力的作用下，將片式元件拉直豎起，產(chǎn)生“立碑”。

解決辦法是，在進行PCB的版圖布局設(shè)計時，盡量使片式元件兩焊端同時進入再流焊區(qū)域，即盡量使片式元件在PCB上的排布方向垂直于PCB的運動方向，這樣就使片式元件兩端焊盤上的焊膏可以同時熔化，減少“立碑”產(chǎn)生的可能性。

（6）片式元件質(zhì)量太小。自身質(zhì)量越小的片式元件，發(fā)生“立碑”現(xiàn)象的比率越高。因為片式元件質(zhì)量太小，只要片式元件兩端存在一點點不均衡的表面張力，就可以很容易地拉起片式元件。

解決辦法是，在確保片式元件型號正確的前提下，盡量能夠選擇質(zhì)量較大的片式元件。

3 偏移現(xiàn)象

偏移，是指元器件沒有被準確的焊接在焊盤上的現(xiàn)象，如圖4所示。

圖4 偏移

幾種常見的偏移狀況分析如下：

（1）焊膏的性質(zhì)。再流焊接焊膏的焊料金屬含量一般選擇在89%～92.5%，金屬含量不足89%的焊膏，印刷脫模之后的焊膏圖形邊緣容易引起塌陷，金屬含量如果超過92.5%，焊膏的黏度將會過大，焊膏將不能順利的脫模。焊膏的黏度過大，還將會使焊膏流變性能下降，在焊接過程中，將會影響熔融焊料的潤濕性，導致焊膏自定位作用的下降，容易產(chǎn)生元器件的偏移。

通常貼片機完成貼裝之后，在元器件相對于焊盤中心的偏移率不大于40%的情況下，若熔化的焊膏具有良好的潤濕性，在自定位作用的驅(qū)使下，焊膏可以糾正偏移的元器件；若在再焊接過程中，通入惰性的保護氣體氮氣，則自定位作用效果會更佳。如果選擇的焊膏焊料金屬含量偏低，則焊膏黏度就會偏低，貼片元器件附著在上面就不會很牢靠，如果再流焊爐的傳輸裝置發(fā)生震動或傳送速度稍快，就容易產(chǎn)生偏移。

（2）焊膏的印刷效果。若焊盤上的焊膏印刷不均勻，則元器件在焊接時焊端受到熔化焊膏的表面張力不均衡，也會使元器件發(fā)生扭曲，從而產(chǎn)生位置偏移。所以應(yīng)根據(jù)實際情況，適當調(diào)整焊膏印刷機刮刀的壓力，保證印刷的焊膏厚度合理且均勻。

（3）再流焊爐升溫的速率。升溫的階段包括預熱、保溫和再流這3個階段。一方面，如果升溫速率過高，元器件各端焊膏的受熱不均衡，使熔融焊膏的表面張力有一定的差異，容易使元件發(fā)生移位，從而產(chǎn)生位置偏移；另一方面，如果升溫速率過低，焊膏中的助焊劑會在自定位完成之前耗盡，失去助焊劑的作用，焊膏的潤濕性能將會變得很差，熔化后的焊膏表面張力也會降低，削弱焊膏的自定位作用，偏移的元器件也將很難自行修正。通常預熱階段上升速率設(shè)定為1~3℃/s；再流峰階段溫度上升斜率最大不可超過4℃/s。

（4）焊盤與元器件引腳的可焊接性能。如果焊盤或元器件引腳的可焊性較差，再流焊接時，必將影響熔化的焊膏在焊盤或元器件引腳上的潤濕性能，造成焊膏表面的張力不均衡，元器件就會容易產(chǎn)生偏移。

（5）貼裝的精度。元器件的貼裝精度，也會造成再流焊過程中的偏移。雖然輕微的貼裝偏差，可以通過再流焊的自定位進行修正；但在潤濕狀態(tài)不佳的情況下，或偏移的幅度過大的情況下，自定位修正就無能為力了。通常元器件相對于焊盤中心的偏移率超過40%，自定位修正將會很困難，偏移缺陷率會迅速增加。但對于BGA器件的自定位修正能力是很強的，甚至在偏移率達到60%的情況下，自定位還能進行修正。

（6）傳輸系統(tǒng)傳送PCB的平穩(wěn)度。再流焊爐腔內(nèi)輕微的影響，都會導致位置偏移。再流焊爐的傳送網(wǎng)帶或鏈條在傳送PCB的過程中，發(fā)生輕微的抖動，會使焊料尚處在熔融狀態(tài)下，還未冷卻形成焊點的元器件發(fā)生偏移。

（7）再流焊爐內(nèi)的高速氣流。在再流焊接中由于片狀元件的體積較小，自身質(zhì)量也較小，再流焊爐內(nèi)循環(huán)的加熱氣流，會將一些小的元件從貼片最初的位置吹開，造成元件的偏移，所以要適當降低爐內(nèi)循環(huán)風的風速。另外，要注意選擇一些黏度較高的焊膏，甚至可以采用貼片膠進行固定，這些辦法都可以避免由于再流焊爐內(nèi)的高速氣流而產(chǎn)生的片式元件的偏移。

4 錫珠現(xiàn)象

錫珠現(xiàn)象，是再流焊接中經(jīng)常碰到的焊接缺陷，多發(fā)生在焊接過程中的急速加熱過程中，或預熱區(qū)溫度過低，突然進入再流區(qū)，也容易產(chǎn)生錫珠。如圖5所示。

圖5 錫珠

產(chǎn)生錫珠的主要原因，就是再流焊各溫區(qū)的溫度曲線設(shè)置不當。

首先，如果沒有充分的預熱，即沒有達到適當?shù)臏囟然驎r間要求，焊膏中的助焊劑活性偏低，不僅不能去除焊盤和焊膏中焊料顆粒表面的氧化膜，而且無法改善熔化焊膏的潤濕性，再流時容易產(chǎn)生錫珠。其解決辦法是，使預熱時間適當延長。

其次，如果預熱區(qū)溫度上升速度過快，達到預定溫度的時間過短，導致焊膏內(nèi)部的水分和焊膏中的溶劑部分未完全揮發(fā)出來，在到達再流焊溫區(qū)時，就會引起焊膏內(nèi)部的水分和焊膏中的溶劑迅速沸騰，從而濺出錫珠。因此，應(yīng)注意升溫速率，預熱區(qū)溫度的上升速度控制在1～3℃/s范圍內(nèi)。

另外，再流溫區(qū)的溫度的設(shè)置過低，液態(tài)熔化的焊膏潤濕性將下降，容易產(chǎn)生錫珠。如果適當升高再流溫區(qū)的溫度，液態(tài)熔化的焊膏的潤濕性將得到明顯改善，會減少錫珠的產(chǎn)生。對于共晶有鉛焊膏63Sn37Pb的再流焊接，再流溫度一般設(shè)定在210～230℃；對于最常見的無鉛焊膏96.5Sn3Ag0.5Cu，再流溫度一般設(shè)定在220～245℃。

5 結(jié)束語

冷焊、“立碑”、偏移和錫珠現(xiàn)象，是再流焊接過程中的4種主要缺陷，通過分析各種缺陷形成的原因，找出了解決辦法，給出了針對相關(guān)缺陷分析的思路和方法。

[1]鮮 飛．SMT焊接常見缺陷及解決辦法[J]．印制電路信息，2004，（5）：110-115.

[2]杜中一.SMT表面組裝技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3]吳懿平.電子組裝技術(shù)[M].武漢：華中科技大學出版社，2006.