溅锡的产生原因和预防办法

结合理论： 当焊锡熔化和结合时熔化材料的表面张力 ― 一个很大的力量 ― 在被夹住的助焊剂上施加压力，当足够大时，猛烈地排出。这一理论得到了对 BGA 装配内焊锡空洞的研究的支持，其中描述了表面张力和助焊剂排气之间的联系 ( 助焊剂排气率模型 ) 。因此，有力的喷出是助焊剂飞溅最可能的原因。接下来的实验室助焊剂飞溅模拟说明了结合的影响，甚至当锡膏在回流前已烘干。尽管如此，完全的烘干大大地减少了飞溅 ( 表三 ) 。

表三、来自金属结合的助焊剂飞溅模拟 ― 烘干研究

熔湿速度

因为结合模型看来会成功，所以调查了各种材料的熔湿速度。熔湿速度受合金类型、温度、助焊剂载体和回流环境的影响。如图一所说明，温度对熔湿速度有戏剧性的影响，温度越高，速度越快。

图一、一种焊锡配方在不同温度测试的熔湿速度，影响因素包括合金类型、温度、助焊剂载体和回流环境。
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李宁成博士在其论文，“通过缺陷机制分析优化回流曲线”中说，惰性气体 ( 氮 ) 也会增加熔湿速度。 S M T 专栏作家珍尼 . 黄博士和其它人的报告说，共晶合金的熔湿速度倾向于比非共晶材料快。因此， Sn63/Pb37 一般比 Sn62/Pb36/Ag2 熔湿速度更快。影响熔湿、从而影响结合和潜在飞溅的因素如表四所示。

表四、可能引起溅锡的因素

溅锡的解决方案

预防 ：防止溅锡沉积的一个方法就是在金手指上涂敷一层可驳除的阻焊层，在丝印锡膏后涂敷，回流后拿掉。这个方法还没有印证，可能成本高，因为牵涉手工作业，涂敷板上选择性区域会造成困难，中断生产流水作业。另外可选择在金手指上贴临时胶带。这个方法也有同样的缺点。

最小化 ：优化助焊剂载体的化学成份，和回流温度曲线，将溅锡减到最低。为了证明这一点，得到内存模块制造商的支持，通过评估对材料和回流温度曲线优化的影响，来评价表准锡膏系统。清楚地表明活性剂、溶剂、合金和回流温度曲线对溅锡程度有重要影响。因此，有信心着手解决问题，这些参数的适当调整可以将溅锡减到最小。

非标准材料，如聚合助焊剂系统由于成本高、货架寿命丝印寿命短、工艺变化范围小、并返工困难，不包括在本研究范围。但是，聚合助焊剂有希望最终提供一个可能最小化的溅锡解决方案，因为潜在的飞溅材料在温度激化的聚合过程中被包围。因此，没有液体助焊剂留下来产生飞溅。

测试样板是一块六个小板的内存模块，没有贴装元件。 ( 已发现元件回减小溅锡的影响，因为元件会阻隔助焊剂从金手指上排出 ) 。现有生产材料和温度曲线作基本的试验条件 ( 表五 ) 。生产电路板的飞溅水平大约每 100 块组合板有一个飞溅锡球。两个工程师通过 20 倍的显微镜观察所有的板，以评估溅锡程度。 $Page_Split$

表五、测试材料

在线研究中使用不同特性的表准锡膏。根据其不同的湿润速度和溶剂性能来选择这些材料。为减少研究中的变量参数，所有锡膏使用同一种合金： Sn63/Pb37 ，粒度 -325/+500 目。

最小化试验结果

回流温度曲线的选择：试验期间得到明确，回流曲线和材料类型两者都必须调整以使飞溅最小。测试使用的两条主要的回流曲线不同在于其保温区的特性。没有平坦保温区的线性上升温度曲线 ( 图二 ) 结果是所有材料都存在一些溅锡，在原来的生产材料上增加了溅锡。因此，这个曲线形状没有作继续研究。基于飞溅机制的假设，这个线性的曲线没有充分烘干助焊剂。

一个更有前途的基本曲线形状包括一个 160oC 的高温保温 ( 烘干 ) ，以蒸发所有溶剂 ( 图三 ) 。这种溶剂失散增加助焊剂剩余的粘性，减少挥发成份，因此减少飞溅。可是，这样烘干的潜在问题包括熔湿变差和产生空洞。使用惰性气体 ( 氮气 ) 可以帮助改善熔湿和减少空洞，但对飞溅却无效果。这个曲线也是一个“长”曲线，消除了过快温升率的需要 ( 最高每秒 175oC) 。

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图二、线性温升曲线，没有保温平台区，对任何焊锡和助焊剂材料都造成一些溅锡

图三、有一个高温保温区的温度曲线，溶剂的消失提高余下的助焊剂粘性，因此减少溅锡

所有温度曲线研究的结果在图四和表六中总结。光板上测得的飞溅程度，在已贴装元件的生产板上大大减少。估计表明，光板上少于 10-20 个飞溅锡球，将在贴装元件板上不产生飞溅。因此，助焊剂类型 D ， E 和 F( 表五 ) 都提供了可行的溅锡解决方案。 D 型助焊剂载体有其它有点，工艺范围大和可以空气回流。三种材料的特点都是熔湿速度慢，但溶剂种类不同，这显示所有溶剂都可以有效烘干，熔湿速度才是助焊剂飞溅的关键因素。

图四、每一种材料在内存模块六合一板上的飞溅结果。
Series1: 平坦、滞色的助焊剂小滴数量
Series2: 有形、光泽的助焊剂小滴数量