本文從簡述再流焊接中生產(chǎn)錫珠（Solder Bead）與錫球（Solder Ball）的不同機理開始，敘述了錫珠產(chǎn)生的一些原因，以及為了預(yù)防和減少錫珠應(yīng)當(dāng)采取的措施。文章中對出現(xiàn)錫珠后如何進(jìn)行分析、改善提供了方法上的建議和參考

     1 前言
     錫珠現(xiàn)象是表面組裝技術(shù)（SMT）生產(chǎn)中的主要缺陷之一。由于其產(chǎn)生原因較多，不易控制，所以常常困擾著SMT 工程技術(shù)人員。錫珠與錫球的產(chǎn)生機理不同，需要采取的應(yīng)對措施也不相同。錫珠主要集中出現(xiàn)在片狀阻容元件的一側(cè)，有的時候還出現(xiàn)在IC 引腳附近。錫珠不僅影響板級產(chǎn)品的外觀，更重要的是由于印刷板上元件密集，在使用過程中存在造成線路的短路的危險，從而影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量。產(chǎn)生錫珠的原因很多，常常是一個或者多個因素造成的，因此必須一一做好預(yù)防和改善才能對其進(jìn)行較好的控制。
     2 錫珠與錫球的機理
     2.1 錫球的形成機理
     錫球的主要原因是在焊點成形的過程中，熔融的金屬合金因為各種原因而“飛濺”出焊點，并在焊點周圍形成許多的分散的小焊球。它們常常成群的、離散的以小顆粒陷在助焊劑殘留物的形式，出現(xiàn)在元件焊端或者焊盤的周圍。
     常見的產(chǎn)生錫球的原因有:
     ⑴料受到過快的加熱或者冷卻，尤其是無鉛的高溫工藝，會導(dǎo)致錫球的形成。
     ⑵回流焊接時候熔融助焊劑的蒸發(fā)速度過快，焊劑成分中比較高的溶劑比例比較高、或者高沸點溶劑過量、加熱不當(dāng)?shù)榷紩?dǎo)致錫球產(chǎn)生的可能性增加。
     ⑶被焊接表面或者焊料中錫的氧化程度過高，使得焊接時候焊料整體內(nèi)各個部分的受熱、受熱等過程不一致，從而影響焊劑的熱導(dǎo)、熱傳等熱行為受到影響，也會使得錫球產(chǎn)生的可能性增加。
     ⑷焊膏的使用過程中有不利的因素影響錫膏使用環(huán)境，如不當(dāng)?shù)腻a膏回溫導(dǎo)致錫膏（錫膏焊劑成分中含有較多的親水基成分）吸潮等，會在焊接過程中引起錫膏飛濺而形成錫球。
     2.2 錫珠的形成機理
     錫珠是指一些大的焊料球在焊膏進(jìn)行焊接前，焊膏有可能因為坍塌、被擠壓等各種原因而超出在印刷焊盤之外，在進(jìn)行焊接時，這些超出焊盤的錫膏在焊接過程中未能與焊盤上的錫膏熔融在一起而獨立出來，成型于元件本體或者焊盤附近，但是多數(shù)錫珠發(fā)生在片式元件兩側(cè)。
     以焊盤設(shè)計為方型的片式元件為例，如下圖2，其在錫膏印刷后，若有錫膏超出，則容易產(chǎn)生錫珠。超出焊盤之外的錫膏分兩部分，分別是焊盤外延部分（藍(lán)色區(qū)域）和焊盤內(nèi)延部分（黃色區(qū)域），紅色區(qū)域為實際焊盤區(qū)域。
     對于焊盤外延部分的錫膏，只要在焊接時能夠在形成Fillet 時，與焊盤部分的錫膏熔融在一起則不會形成錫珠。對于焊盤內(nèi)延部分，在焊錫量較少時，錫膏能與元件焊端形成Fillet；但是當(dāng)焊錫量多時，元件貼放壓力會將錫膏擠到元件本體（絕緣體）下面，在再流焊時熱融，由于表面能，融化的錫膏聚成圓球，它有趨勢抬高元件，但是此力極小，反被元件重力擠向元件兩側(cè)，與焊盤分離開來，在冷卻時形成錫珠。如果元件重力大且被擠出的錫膏較多，甚至?xí)纬啥鄠€錫珠。
     2.3 錫珠與錫球的區(qū)別
     錫珠與錫球人們常?；鞛橐徽劊鋵嵅蝗?。錫珠與錫球的不同，最主要是產(chǎn)生的機理不同。此外，從外觀體積上看，錫珠的外形狀要比錫球大，通常直徑大于5mil。從出現(xiàn)的位置來看，錫珠主要集中在片式元件的中部和元件本體比較低的兩側(cè)，而錫球在助焊劑殘留物內(nèi)的任何地方。從數(shù)量來看，錫珠一般是1 到4 個，而錫球則不定，數(shù)量常常很多個。
     3 影響錫珠產(chǎn)生的因素
     根據(jù)錫珠的形成原因，影響錫珠產(chǎn)生的主要因素有：
     ⑴SMT鋼網(wǎng)開口和焊盤圖形設(shè)計。
     ⑵SMT鋼網(wǎng)清洗。
     ⑶機器的重復(fù)精度。
     ⑷回流焊爐溫度曲線。
     ⑸貼片壓力。
     ⑹焊盤外錫膏量。
     4 減少錫珠產(chǎn)生的對策與經(jīng)驗
     4.1 按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計SMT鋼網(wǎng)開口
     根據(jù)IPC-7525A 鋼網(wǎng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，正確選擇鋼片厚度，嚴(yán)格控制激光鋼網(wǎng)的開口比例。選擇鋼片厚度時，在保證焊點質(zhì)量的情況下，應(yīng)根據(jù)IPC-7525A 標(biāo)準(zhǔn)和實際PWB 上元件情況選擇厚度較低的項，而盡量避免選擇較大的一項。例如，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，QFP/Pin0.5mm 間距的可以選擇0.125mm—0.15mm 厚度的鋼片，而實際生產(chǎn)時，如果選擇0.12mm 的鋼片不影響其他元件的焊接效果則應(yīng)該選擇0.12mm 的而不選擇其他更大的。
     開口比例一般是1：1，但是對于一些錫膏需求量比較大的元件，可以適當(dāng)增加開口比例為1：1.05 或者1.2。但是，開口比例大于1：1 的SMT鋼網(wǎng)在印刷一定要注意其底部清洗一定要頻繁和有效，否則也會因為底部聚集了錫膏而造成錫球。對于一些錫膏需求量比較小的元件，可以適當(dāng)減少開口比例為1：0.9。片式元件中，0402以下的可不必開防錫珠孔，而0603 以上的則需要選擇性的開防錫珠孔。
     同時，根據(jù)錫珠與焊盤內(nèi)延部分的錫膏有關(guān)的原因，可以取消焊盤內(nèi)延部分，甚至將焊盤內(nèi)延部分設(shè)計為負(fù)值。
     4.2 選擇合適的焊盤圖形與尺寸設(shè)計
     焊盤尺寸設(shè)計不良也會導(dǎo)致錫珠。在實際焊盤設(shè)計時候，應(yīng)結(jié)合IPC，再根據(jù)實際元件封裝尺寸、焊端尺寸，來設(shè)計相對應(yīng)的焊盤尺寸。各個公司應(yīng)該根據(jù)自身供應(yīng)商呈樣的元件尺寸情況制定出適合生產(chǎn)的焊盤設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。同時，還要根據(jù)實際情況的變化修改設(shè)計。
     根據(jù)IPC-SM-782A 標(biāo)準(zhǔn)，焊點有三個面的參照值：
     Jt = Solder fillet attoe，端部焊峰值
     Jh = Solder fillet atheel，根部焊峰值
     Js = Solder fillet atside，側(cè)面焊峰值
     以下為我司的焊盤基本設(shè)計。
     對于片式元件，以0402 元件為例，圖3為電阻焊盤設(shè)計示意圖（實際圖形因元件而異，在此不一一列出），圖4 為對應(yīng)的電阻元件尺寸（底部）示意圖。采用FUJI 143E型高速貼片機測量，精度0.001mm。實際測量PCB 焊盤的尺寸為表1。根據(jù)實際測量（FUJI143E 貼片測量，精度0.001mm）的元件尺寸與供應(yīng)商提供的比較如表2 所示。實際測量的尺寸數(shù)據(jù)與供應(yīng)商提供的尺寸數(shù)據(jù)均在其規(guī)定的范圍之內(nèi)。三個參照值
     計算公式分別為：
     Jt = （Z-L）/2
     Jh = （S-G）/2
     Js = （X-W）/2
     Jh 值是正數(shù)，則說明貼裝后焊端的錫膏沒有富余，這樣，一部分錫膏會“多余”出來。若Jh 值是正數(shù)，且值比較大，焊接時升溫速率過快、焊端或焊盤上錫不良、貼裝下壓過大等因素，都會可能造成錫珠。若值雖然是正數(shù)但是比較小，則可有利于形成良好的fillet。 
     以實測的風(fēng)華的測量數(shù)據(jù)來分析，根據(jù)IPC-SM-782A 標(biāo)準(zhǔn)，實際Jh 為：
     電阻 Jh =（0.46-0.4）/2=0.03mm
     電容 Jh=（0.56-0.4）/2=0.08mm
     雖然兩個Jh 值均為正數(shù)，但是值均比較小，使得焊錫膏得以在根部形成良好的焊峰和潤濕角的時候沒有形成錫珠。實際情況是極少發(fā)現(xiàn)有錫珠，實際焊接情況也很好。經(jīng)驗值為Jh 為-0.1— 0.15 mm 為良好范圍。在表2 中S值范圍很大，實際中可要求廠商控制范圍， 電容和電阻在0.35-0.65mm 內(nèi)為好。否則要更改鋼網(wǎng)設(shè)計來適應(yīng)。
     其余的Jt、Js 情況可類推。
     對于IC 類元件可根據(jù)供應(yīng)商提供的圖形（甚至尺寸）來進(jìn)行設(shè)計。而片式元件類目前業(yè)界推薦的無鉛焊盤是外向半橢圓型或者內(nèi)向半橢圓型都可以。只要的考慮是避免過去方型焊盤容易產(chǎn)生的應(yīng)力集中和貼裝壓力大的時候會在邊角出溢出錫膏而形成錫珠。
     4.3 提高SMT鋼網(wǎng)清洗質(zhì)量
     提高SMT鋼網(wǎng)清洗質(zhì)量可提高印刷質(zhì)量。如果清洗不干凈，殘留在SMT鋼網(wǎng)開口底部的錫膏會聚集在SMT鋼網(wǎng)開口附近形成過多的錫膏而造成錫珠。印刷機在選擇自動清洗鋼網(wǎng)方式時最好是采用濕洗、干洗再加上抽真空三種方式一起的辦法，能使得清洗的效果得到提高?？筛鶕?jù)產(chǎn)品的元件布局適當(dāng)增加清洗的頻率。使用時還需要看實際效果是否良好，否則還需要增加人工擦洗。
     4.4 保證設(shè)備的重復(fù)精度
     錫膏在印刷時，由于鋼網(wǎng)與焊盤對中偏移，若偏移過大，則會導(dǎo)致錫膏浸流到焊盤以外，加熱后容易出現(xiàn)錫珠。貼片精度也影響著制程。一般來說，3σ以上可以達(dá)到要求。否則，會增加出現(xiàn)錫珠的概率。
     4.5 控制好貼片機的貼片壓力
     貼片機貼放元件時Z軸的高度有兩種方式，一個是貼放壓力控制，一個是元件厚度控制。Z軸的高度決定了元件對錫膏的下壓程度。這也是引起錫珠的一項重要因素。對錫膏的下壓程度控制不好，會在元件貼放時將錫膏擠壓到焊盤外，這部分錫膏會引起錫珠。所以，不論是貼放壓力控制方式的，還是元件厚度控制的，都需要調(diào)整好設(shè)置來防止錫珠。
控制壓力的原則是恰好能將元件“放”在錫膏上并下壓適當(dāng)?shù)母叨?，這個適當(dāng)?shù)母叨仁遣荒軐㈠a膏擠壓出焊盤外。不同的供應(yīng)商、型號、封裝元件需要的控制壓力也不一樣，要在生產(chǎn)的時候注意，必要時要調(diào)整壓力。
     4.6 優(yōu)化溫度曲線
     再流焊四個階段中，預(yù)熱、保溫階段的目的是降低PWB 和元件的熱沖擊，確保錫膏的溶劑產(chǎn)生作用時能部分揮發(fā)，而不至于在再流焊時，由于溫度的迅速升高出現(xiàn)溶劑太多而引起坍塌或飛濺，錫膏沖出焊盤，形成錫珠或者錫球。
解決的辦法是控制好再流焊的溫度。保證預(yù)熱區(qū)的升溫速率在2°C/S 以下適中位置，保溫區(qū)時間控制在60—120S內(nèi)，使得溶劑能在一個較好的平臺上能大部分的揮發(fā)走。
     5 結(jié)束語
     產(chǎn)生錫珠的原因很多，對此，我司在改善錫珠方面首先在鋼網(wǎng)設(shè)計上進(jìn)行預(yù)防。
     SMT 的生產(chǎn)工藝控制是多方面的，任何一個方面沒有做好，都有可能產(chǎn)生問題。因此，除了SMT 工藝人員需要注意之外，采購和物料控制相關(guān)的部門也需要主動地與SMT 工藝人員配合，對于物料變更、替換等應(yīng)該考慮與工藝人員溝通，防止因物料變化引起工藝參數(shù)的變化而導(dǎo)致不良產(chǎn)生。負(fù)責(zé)PCB 線路設(shè)計的設(shè)計人員也應(yīng)該更多地與工藝人員溝通，對工藝人員提出的改善建議應(yīng)該進(jìn)行參考并盡可能的改進(jìn)。只有多方面的共同合作才能使得SMT 問題得到很好的改進(jìn)。