詳解錫膏工藝中不潤(rùn)濕現(xiàn)象 -深圳福英達(dá)
詳解錫膏工藝中不潤(rùn)濕現(xiàn)象
不潤(rùn)濕是指在焊接過(guò)程中，焊料未能充分覆蓋基板焊盤(pán)或器件引腳表面，導(dǎo)致焊料與基底金屬之間形成較大的接觸角（通常＞90°），且未形成有效冶金鍵合的現(xiàn)象。其典型特征為焊點(diǎn)表面呈現(xiàn)基底金屬本色（如銅色、鎳色），焊料僅部分附著或呈球狀聚集（如圖1-1所示）。此問(wèn)題直接影響焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度、熱循環(huán)可靠性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
圖 1-1 不潤(rùn)濕現(xiàn)象
一、形成機(jī)理與核心原因
不潤(rùn)濕的本質(zhì)是焊料與基底金屬間的界面反應(yīng)受阻，具體原因可分為以下四類：
基底金屬表面狀態(tài)異常
氧化與污染：焊盤(pán)或引腳表面存在氧化層（如CuO、NiO）、有機(jī)污染物（油脂、助焊劑殘留）或金屬間化合物（如Au-Sn脆性層）。
鍍層缺陷：
ENIG（化學(xué)鍍鎳浸金）：鎳層孔隙、磷含量超標(biāo)（＞8wt%）或金層過(guò)?。ǎ?.05μm）。
OSP（有機(jī)保焊膜）：膜層過(guò)厚（＞0.5μm）或受熱分解不完全，阻礙焊料浸潤(rùn)。
HASL（熱風(fēng)整平）：焊盤(pán)邊緣因熱應(yīng)力出現(xiàn)微裂紋，暴露內(nèi)部氧化銅層。
焊料合金與助焊劑失效
焊料雜質(zhì)：鋁（Al）、鎘（Cd）、砷（As）等雜質(zhì)元素偏析，或焊粉氧化（氧化物含量＞0.2wt%）。
助焊劑活性不足：
活性劑（如有機(jī)酸、鹵化物）濃度過(guò)低或高溫分解失效。
焊膏印刷后暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（＞4h），助焊劑揮發(fā)或吸濕。
再流焊工藝參數(shù)偏差
溫度曲線異常：
預(yù)熱區(qū)溫度不足（＜120℃）或時(shí)間＜60s，助焊劑未充分活化。
峰值溫度過(guò)高（＞245℃）或液態(tài)以上時(shí)間（TAL）＞60s，加速金屬氧化。
氣氛控制不當(dāng)：
氧氣含量＞1000ppm（未使用氮?dú)獗Ｗo(hù)），導(dǎo)致焊盤(pán)高溫氧化。
焊接腔體濕度＞10%RH，水汽與助焊劑反應(yīng)產(chǎn)生氣孔。
設(shè)計(jì)與工藝適配性問(wèn)題
細(xì)間距器件：模板開(kāi)口尺寸＜焊盤(pán)尺寸（如0.1mm差距），導(dǎo)致焊膏印刷量不足，邊緣潤(rùn)濕不良。
混裝工藝：BGA與插件器件共爐焊接時(shí)，熱質(zhì)量差異導(dǎo)致局部溫度不均。
二、影響與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
不潤(rùn)濕對(duì)焊點(diǎn)可靠性的影響需結(jié)合以下維度評(píng)估：
三、系統(tǒng)級(jí)解決方案
材料優(yōu)化
焊盤(pán)表面處理：優(yōu)先選用ENEPIG（鎳鈀金）或沉銀（ImAg），避免純錫或OSP工藝。
焊料選擇：采用SAC305（Sn96.5Ag3.0Cu0.5）合金，控制焊粉氧含量＜0.1wt%。
助焊劑升級(jí)：使用高活性免清洗助焊劑（如RA型），增強(qiáng)潤(rùn)濕能力。
工藝調(diào)控
溫度曲線優(yōu)化：
預(yù)熱區(qū)：120~150℃，時(shí)間90~120s。
回流區(qū)：峰值溫度235~245℃，TAL＜45s。
氮?dú)獗Ｗo(hù)：焊接過(guò)程維持氧氣濃度＜500ppm。
設(shè)計(jì)與工藝適配
模板設(shè)計(jì)：細(xì)間距器件采用階梯模板（StepStencil），開(kāi)口尺寸≥焊盤(pán)尺寸0.05mm。
印刷參數(shù)：刮刀壓力0.1~0.2MPa，印刷速度20~50mm/s，確保焊膏填充率＞90%。
過(guò)程控制
焊前清潔：使用等離子體清洗機(jī)去除焊盤(pán)表面有機(jī)物。
AOI檢測(cè)：通過(guò)3D激光檢測(cè)焊點(diǎn)體積，結(jié)合潤(rùn)濕角算法篩選不良品。
四、典型案例分析
案例1：BGA邊角焊球不潤(rùn)濕
現(xiàn)象：X-ray檢測(cè)發(fā)現(xiàn)BGA四角焊球空洞率＞30%，潤(rùn)濕角＞110°。
根因：模板開(kāi)口比焊盤(pán)小0.15mm，導(dǎo)致焊膏印刷量不足；再流焊峰值溫度255℃（超出規(guī)格10℃）。
對(duì)策：修改模板開(kāi)口尺寸，降低峰值溫度至240℃，空洞率降至5%。
案例2：OSP焊盤(pán)潤(rùn)濕不良
現(xiàn)象：引腳焊點(diǎn)呈“縮錫”狀，潤(rùn)濕角＞90°。
根因：OSP膜層厚度0.8μm（超標(biāo)0.3μm），助焊劑活性不足。
對(duì)策：更換低厚度OSP工藝（0.3μm），升級(jí)助焊劑活性等級(jí)，潤(rùn)濕角降至45°。
通過(guò)材料、工藝與設(shè)計(jì)的協(xié)同優(yōu)化，不潤(rùn)濕問(wèn)題可得到有效控制，從而提升焊點(diǎn)的長(zhǎng)期可靠性。
-未完待續(xù)-
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