4-3-波峰焊接中产生锡珠(球)、短路问题分析和正确的工艺方法解析

产生原因
预防对策
④ 与阻焊层的质量有关。比较粗燥的阻 焊层和锡球有更小的接触面，锡球不易 粘在PCB表面。在无铅焊接过程中，高 选择亚光型和耐高温的阻焊层材料； 温会使阻焊层更柔滑，更易造成锡球粘 尽量设置较低的波峰温度。 在PCB板上。另外如果阻焊层不耐高温， 高温下会发粘，也会造成锡球粘在PCB 板上。 严格来料检验，元器件先到先用，不要 ⑤ 元器件焊端和引脚、印制电路基板的 存放在潮湿环境中，不要超过规定的使 焊盘氧化或污染，或印制板受潮 用日期；对印制板进行清洗和去潮处理 锡铅焊料中锡的比例＜61.4%时，可适 ⑥ 焊料中锡的比例减少，焊锡的氧化和 量添加一些纯锡，还可采用重力法清除 杂质含量的影响 一些Cu的化合物。每天结束工作后应清 理残渣，杂质过高时应更换焊料。 ⑦ 波峰焊接面SMC/SMD没有过孔, 焊 接时排气不畅, 从而引起飞溅及锡球 可设计一些排气孔
优化后的效果 1、使183以下的温度提高了5～10℃ 2、对减少锡珠有一定的改善
2、改用亚光（粗糙类型）solder mask
⑴ 亚光（粗糙类型）的solder mask 对背面锡珠 减少有很大帮助
⑵ 亚光（粗糙类型）的solder mask 对连接器锡
连减少也有帮助
3、扰流波与平滑波实验
扰流波与平滑波各有优缺点： • 扰流波能够减少锡连
如果锡球和PCB板表面的粘附力小于锡球的重力，锡球就会从
PCB板上弹开落回锡缸中，否则锡球就会保留在PCB板上。
这种锡珠通常发生在波峰焊接面（辅面）
产生锡珠（球）的
• 这些气体有：
机理 2：
由于各种气体挥发造成溅锡引起的
① 预热时没有助挥发尽焊剂中的溶剂和水分
② PCB和元件受潮
③ PCB板材和阻焊层内挥发物质的释气 ④ 元器件和PCB制造过程中，使用了光亮剂，光亮剂与金属同 时沉积在镀层表面，接触锡波时（高温下）也会释放气体。 ⑤ 元件引脚严重氧化，焊接时反应剧烈产生的气体 各种气体在焊接过程中受到高温而蒸发出来。主要的逸出通道是通
插装元件引脚不规则或插装歪斜， 焊接前引脚之间已经接近或已 经碰上 PCB预热温度过低，由于PCB与 元器件温度偏低，焊接时元件 与PCB吸热，使实际焊接温度 降低 焊接温度过低，使熔融焊料的黏 度过大；或传送带速度过快， 带走焊料 助焊剂活性差
连接器波峰焊后存在短路
原因分析
• 设计（查光板）
• PCB预热温度过低
4-3-波峰焊接中产生锡珠（球）、短路
问题分析和正确的工艺方法
顾霭云
内容
一. 波峰焊接中产生锡珠（球）的机理
二. 波峰焊接面（辅面）产生锡珠（球）的问题分析和预防对策 三. 元件面（主面）产生锡珠（球）的问题分析和预防对策 四. 波峰焊接中产生焊点桥接、短路的原因分析和预防对策 五. 工艺优化改进措施（实验）
Sn3Ag0.5Cu双波峰焊实时温度曲线
Sn3Ag0.5Cu波峰焊温度曲线的主要参数
峰值 温度 （℃） 预热 温度 （℃） 最大升温 速率 （℃/s） 25~100℃ 升温 时间 （ s） 70～80 100℃以 上 升温时间 （ s） 10±2 100~217 ℃升 温时 间 （ s） 5± 217~250 ℃总 时间 （ s） 3~5 250℃以 上 总时间 （ s） 2～3 70~100℃ 升温 斜率 （℃/s） 1～1.2 降温 斜率 （℃/s）
元件面选择2个测试点； 通孔选择1~2个测试点。 选取能反映出组装板上最高（热点）、最低（冷点）有代 表性的温度测试点。 ③ 用高温焊料、高温胶粘带固定热电偶
七.如何正确测试波峰焊温度曲线
按照焊接理论设置理想（最佳）的、经过优化的温度曲线
波峰焊温度曲线优化依据：
• 焊料合金成分
• 助焊剂（活性、耐温性） • PCB质量、尺寸、层数、组装密度 • 元件大小（热容量） • 设备
总结：形成锡珠的影响因素
（以影响程度排列）
① 阻焊层 ② 助焊剂
③ 存储条件（PCB和元件受潮）
④ 工艺参数 ⑤ 焊锡 ⑥ 设计 ⑦ 其他（设备、气氛等）
四. 波峰焊接中产生焊点桥接、短路的原因分析和预防对策
产生原因
PCB设计不合理，焊盘间距过窄
预防对策
按照PCB设计规范进行设计。两个端头Chip元 件的长轴应尽量与焊接时PCB的运行方向垂 直，SOT、SOP的长轴应与PCB运行方向平 行。将SOP最后一个引脚的焊盘加宽（设计 一个窃锡焊盘） 插装元器件引脚应根据印制板的孔距及装配要 求进行成形，若采用短插一次焊工艺，焊接 面元件引脚应露出印制板表面0.8～3mm， 插装时要求元件体端正 根据PCB的尺寸、是否为多层板、元器件多少、 有无贴装元器件等设置预热温度。预热温度 在90～130℃，有较多贴装元器件时预热温 度取上限 锡波温度为250±5℃，焊接时间3～5s 温度略低时，传送带速度应调慢一些 更换助焊剂
间隙0.13mm，直径在此之内的锡珠被认为是合格的；而直 径大于或 等于0.13毫米的锡珠是不合格的，制造商必须采 取纠正措施，避免这种现象的发生。 • IPCA- 610D无铅焊接标准中没有对锡珠现象做明确的规定。
有关每平方英寸少于5个锡珠的规定已经被删除。但有关汽
车和军用产品的标准则不允许出现任何锡珠，所以PCBA在 焊接后必须清洗，或将锡珠手工去除。
• 送带速度过快或过慢
• 锡波高度过低
• 焊接时间过长
• 助焊剂活性不足
进板方向
五. 工艺优化改进措施（实验）
• 1、优化波峰焊温度曲线
• 2、改用亚光（粗糙类型）solder mask
• 3、扰流波与平滑波实验
• 4、减少两个波之间的降落（波谷）深度
• 5、控制液面高度，减少锡波的降落高度等
1、优化波峰焊温度曲线
• 减少锡球
注意锡波喷嘴的清理维护Байду номын сангаас保持锡波平稳
• 发现小波峰液面不平整，中间位置锡量偏少，就在中间位 置锡量偏少的地方，板子连接器一直连锡（桥接）
• 清理喷嘴后，当小波峰液面中间位置锡量正常时，连接器
桥接缺陷消失
六. 波峰焊温度测试板的制作方法
① 准备一块焊好的实际产品表面组装板
② 焊接面至少选择2~3个以上测试点；
10．工艺参数的综合调整
三.元件面（主面）产生锡球的问题分析和预防对策
类型1 可移动的：
类型2 固定的：
元件面（主面）产生锡珠（球）的问题分析和预防对策
产 生 原 因 预 防 对 策 ① PCB板材和阻焊层内挥发物质的释气。 通孔内适当厚度的金属镀 如果PCB板金属化孔镀层上有裂缝或镀层 层是很关键，孔壁上的铜 过薄，这些物质加热后挥发的气体就会从 镀层不能小于25um，而且 裂缝中逸出，在PCB板的元件面形成锡珠。无裂缝。
一. 波峰焊接中产生锡珠（球）的机理
• 锡珠是在PCB离开液态焊锡的时候形成的 • 形成锡珠的因素很多。可能是一种原因，也可能 是多种原因综合造成的，但一定有最主要和次要 因素之分
产生锡珠（球）的
机理 1：
• 当PCB与锡波分离时，PCB板的引脚和焊盘处会拉出锡柱，锡柱 断裂落回锡缸时会溅起焊锡，溅在PCB板上的焊锡形成锡球。
优化前温度曲线分析：
• 预热温度和时间偏低（需要适当提高）
• 两个波峰之间降温过大（低于183℃ ）
• 降温速度过快
优化措施：
• 提高预热温度，适当减慢链速
波峰焊温度曲线 优化后的效果
• 减慢链速，从120cm/min减小到100cm/min
• 提高预热温度（焊接面预热温度从100℃提高到110℃）
8、70～100℃升温斜率（一般1～1.2℃/s，有利于气体挥发）
9、降温斜率（ -2 ～ -4 ℃/s）
波峰焊关键工艺参数控制要点
1. 焊剂涂覆量（包括比重的控制）
2．印制板预热温度和时间（包括升温斜率）
3．焊接温度和时间 4．印制板爬坡角度（传送带倾角）和波峰高度
5．传送带速度
6．液面高度控制 7．冷却速率的控制 8．焊料合金组分配比与杂质对焊接质量的影响 9．锡炉中焊料的维护
7、峰值温度：240～255℃（理论值：熔点之上30～40℃） • 双波峰焊的第一个波峰一般在220～240℃/1s，第二个波峰一般
在240～255℃/3s
• 峰值（焊接）时间（第二个波峰250℃以上总时间）： Sn3Ag0.5Cu焊料理想值：3～5s，一般不要超过5s
• 两个波峰之间的总时间不能超过10s
孔和金属化孔。这些气体产生的锡球大多发生在元件面（主面）
二.波峰焊接面（辅面）焊料球的产生原因和预防对策
波峰焊接面（辅面）焊料球的产生原因和预防对策
产生原因 预防对策
① 从设备方面考虑，在设计锡波发生 ① PCB与锡波分离时，落回锡缸时溅在 器和锡缸时，应注意减少锡的降落高 PCB板上的焊锡形成锡球，当锡球和PCB 度。小的降落高度有助于减少锡渣和 板表面的粘附力＞锡球的重力，锡球就会 溅锡现象 保留在PCB板上。 ② 选择亚光型和耐高温的阻焊层材料 ② 与助焊剂有关。助焊剂会残留在元器 严格遵循助焊剂供应商推荐的预热参 件的下面。如果助焊剂中的溶剂在PCB板 数。 接触到锡波之前没有被充分预热并挥发尽， 就会产生溅锡并形成锡球。另外，如果助 必要时更换新的助焊剂。 焊剂内的水分含量太大，同样会产生溅锡。 适当调高预热温度或延长预热时间， ③ 与工艺参数设置有关。预热温度过低， 使助焊剂中的溶剂和水汽能充分挥发。 助焊剂中的溶剂没有挥发干净，或过高的 尽量设置较低的波峰温度； 波峰焊接温度使阻焊层更柔滑或带有粘性； PCB传输角过小，气体不易排出 增加PCB传输角度
焊点 目标值 1辅面1
240～255
100±10
-2 ～ -4
2辅面2
3辅面3
4通孔1
5通孔2
6主面1
7主面2
说明：
印制板预热温度和时间（包括升温斜率，每个阶段有不同要求）
1、预热温度：90～130℃（根据助焊剂和PCB）
• 预热时间：80～120s（根据助焊剂、PCB和设备） 2、最大升温速率（波峰焊机入口的速率，根据不同设备，一般可 达到30～40℃/s） 3、25～100℃升温时间（s）（预热区长度允许的话，时间长一点 有利于气体挥发） 4、100℃以上升温时间（时间不要过长，最高预热温度，根据助 焊剂和PCB） 5、100～217℃升温时间（很重要，时间过长，助焊剂容易烧掉） 6、217～250℃总时间（很重要，时间过长，助焊剂容易烧掉）
② 与物料管理和存储条件有关。PCB和元 件受潮或元件引脚严重氧化，波峰焊时水 严格物料管理，对受潮的 气挥发炸锡造成锡珠，或化学反应剧烈产 PCB和元件进行去潮处理。 生飞溅。在PCB板的元件面形成锡珠。 ③ 预热温度过低，助焊剂中的溶剂、水气 提高预热温度，使PCB板 及其他气体没有挥发干净。 顶面温度达到至少100℃ ④与设计有关。金属化孔过大，进入孔内 的焊料过多 适当降低波峰高度 修改设计
• 关闭扰流波，锡连增多
4、提高预热温度，适当减慢链速后
减少了两个波之间的降落（波谷）深度
• 使两个波之间（波谷）的温度提高了5～10℃
• 锡连（桥接）明显减少
5、定期加锡，控制液面高度，减少锡波的 降落高度
一般要求錫槽液面高度为：不噴流靜止时錫面离錫槽边缘10mm • 控制液面高度，能保持波峰高度稳定，每块PCB板接触波峰 的宽度（焊接时间）保持一致，有利于焊接质量的稳定 • 控制液面高度，能减少浮渣夹杂于波峰中，导致波峰的不稳 定和焊点缺陷 • 减少桥接
优化温度曲线、改用亚光（粗糙类型）solder mask、扰流波与
平滑波实验、减少两个波之间的降落（波谷）深度、控制液面 高度、减少锡波的降落高度等 六. 波峰焊温度测试板的制作方法 七. 如何正确测试波峰焊温度曲线
有关锡珠的行业标准及规定
• MIL-STD- 2000标准中的不允许有锡珠
• IPC-A-610C标准中的每平方英寸少于5个，规定最小绝缘