SMT工艺 | SMT贴片加工中锡珠产生原因及改善方法

如今，SMT贴片组装技术由于其贴片元件体积小、低成本、高可靠性等优点在电子行业和电子产品中的应用越来越广泛。回流焊接是SMT贴片组装生产中应用的主要焊接方式，焊接质量直接影响电子产品的质量，其高可靠性是电子产品高可靠性的重要前提。

锡珠是表面贴装技术生产中的主要缺陷，主要集中在片式阻容元器件的侧面，有时还会出现在IC（集成电路）或连接器引脚附近，直径一般在0.2mm到0.4mm之间。锡珠不但影响电子产品的外观，更重要的是在产品应用过程中锡珠有可能脱落，造成组件短路，严重影响电子产品的质量。所以，我们有必要弄清锡珠产生的原因，并在SMT组装过程中对其进行有效的控制，尽量减少锡珠的产生，最终提高电子产品的可靠性。

锡珠产生的原因

在印刷和贴片后，一些锡膏有可能因为坍塌或者受到挤压等原因超出焊盘范围，紧接着，回流焊接时，这些超出焊盘外的锡膏无法和焊盘上的锡膏熔融在一起，便在元件侧面或焊盘、引脚等附近独立出来，由于表面张力的作用，这些独立出来的锡膏会聚成球状，冷却形成锡珠。

在具体生产过程中，很多生产细节和工艺设置都会形成锡珠，我们将从材料和工艺两方面进行总结。

  • 材料方面：

    ① 锡膏触变系数小；

    ② 锡膏冷坍塌或轻微热坍塌；

    ③ 焊剂过多或活性温度低；

    ④ 锡粉氧化或颗粒不均匀；

    ⑤ PCB焊盘间距小；

    ⑥ 刮刀材质轻度小或变形；

    ⑦ 钢网孔壁不平滑，有毛刺；

    ⑧ 焊盘及元件可焊性差；

    ⑨ 锡膏吸潮或有水分。

  • 工艺方面：

    ① 锡量过多；

    ② 钢网与PCB接触面有锡膏残留；

    ③ 热量不平衡或炉温设置不当；

    ④ 贴片压力过大；

    ⑤ PCB与钢网印刷间隙过大；

    ⑥ 刮刀角度小；

    ⑦ 钢网孔间距小或开口比率不合适；

    ⑧ 锡膏使用前未进行正确的回温；

    ⑨ 人为、设备、环境等其他因素。

减少锡珠的方法

找到了造成锡珠的原因，就要找到解决问题的方法。方法都是在不断的实践中找到的，作为一家有着14年电子组装生产经验的公司，迅得的技术团队一直在不断寻求电子产品高品质、高可靠性的生产方法，总结了以下几个方法。

  • 选择合适的锡膏

    选择什么样的锡膏对焊接质量起着直接影响。一旦选择不适合产品工艺要求的锡膏，那么就会导致锡珠的产生。锡膏中金属的含量、金属颗粒大小、氧化度和印刷到焊盘上的厚度都是导致锡珠产生的危险因素。在正式批量使用前，可以对锡膏进行试用，如果印刷效果能够达到标准，那么可以使用；如果不能达到标准，那么就需要考虑更换锡膏。

    根据迅得生产经验，使用金属含量高的锡膏会有效降低锡珠的产生。因为金属含量高意味着锡膏粘度高，能够有效地抵抗预热过程中汽化产生的力。而且，金属含量增加了，金属粉末的排列会变得更加紧密，在锡膏融化时不易被吹散。

    锡膏的金属氧化度应控制在0.05%以下，金属氧化度越高，可焊性越低，发生锡珠的机会就越多，因此，锡膏金属氧化度需要严格控制。相应地，锡膏中粉末的颗粒越小，锡膏的总体表面积就会越大，那么金属氧化度也会升高，更容易引起锡珠的产生。

    焊盘上锡膏的厚度要严格控制，通常在0.1mm到0.2mm之间，锡膏过厚会促进锡珠的产生。而锡膏在焊盘上的厚度又与刮刀角度、刮刀移动速度和力度都有关，必须要合理地控制这些因素，这样才能得到合适的锡膏厚度。

    锡膏中的助焊剂的量需要控制在合适的范围内，助焊剂太多，锡膏的局部会塌落，容易产生锡珠。如果助焊剂的活性太低，其去氧化能力变弱，也会产生锡珠。

    除此之外，锡膏的储存和使用条件也需要特别注意。一般情况下，锡膏应储存在0到10℃的条件下，使用之前，要在室温回温，充分回温前，是绝对不能将锡膏的盖子打开的。

  • 合理设计钢网开口

    对于钢网，要正确选择钢网厚度，严格控制钢网的开口比例。钢网厚度应根据PCB板上引脚间距最小的器件确定，优先选择较薄的钢网，尽量不去选择较厚的钢网。这样可以有效地降低锡珠发生的可能性。

    钢网开口形状和开口大小不恰当也会引起锡珠。适当减小钢网开口大小可以有效地减少锡珠的产生。除此以外，钢网的清洗质量要不断提高，这样有利于提高锡膏印刷质量，印刷质量提高了，后续的贴片、焊接过程中就不易产生缺陷。及时清洁钢网有利于去掉PCB板表面残留锡膏，这样能够防止锡珠的产生。

  • 提高器件和焊盘的可焊性

    器件和焊盘的可焊性对锡珠产生有着直接的影响。如果器件和焊盘的可焊性不佳，也会产生造成锡珠产生，所以，需要确保器件和PCB的来料质量。

  • 优化焊接温度曲线

    无论锡珠的产生与上文的诸多因素相关，但最终产生都是在焊接过后，所以，焊接时的温度变化曲线在控制锡珠的过程中起到了十分关键的作用。回流焊接的温度需要经过四个温区，预热、升温、回流、冷却。为了防止锡珠的产生，在预热阶段，温度上升不能太快，升温速度需要控制在2℃/秒以下，否则，容易引起锡膏坍塌或飞溅，形成锡珠。同样的道理也适用于之后的步骤，总之，回流焊炉的温度必须要好好控制，避免温度上升太快，造成焊接缺陷。

  • 其它措施

    锡膏对温度和湿度的要求特别高，温度过高，锡膏粘度会下降，容易产生坍塌，产生锡珠。而且，锡膏容易吸收水分，这样在焊接的过程中容易发生飞溅，产生锡膏。所以，必须要严格控制组装车间温度，通常情况下，温度设置在18℃到28℃之间，相对湿度设置在40%到70%之间。