詳解錫膏工藝中不潤濕現象 -深圳福英達
詳解錫膏工藝中不潤濕現象
不潤濕是指在焊接過程中，焊料未能充分覆蓋基板焊盤或器件引腳表面，導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象。其典型特征為焊點表面呈現基底金屬本色（如銅色、鎳色），焊料僅部分附著或呈球狀聚集（如圖1-1所示）。此問題直接影響焊點的機械強度、熱循環可靠性及長期穩定性。
圖 1-1 不潤濕現象
一、形成機理與核心原因
不潤濕的本質是焊料與基底金屬間的界面反應受阻，具體原因可分為以下四類：
基底金屬表面狀態異常
氧化與污染：焊盤或引腳表面存在氧化層（如CuO、NiO）、有機污染物（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（化學鍍鎳浸金）：鎳層孔隙、磷含量超標（＞8wt%）或金層過薄（＜0.05μm）。
OSP（有機保焊膜）：膜層過厚（＞0.5μm）或受熱分解不完全，阻礙焊料浸潤。
HASL（熱風整平）：焊盤邊緣因熱應力出現微裂紋，暴露內部氧化銅層。
焊料合金與助焊劑失效
焊料雜質：鋁（Al）、鎘（Cd）、砷（As）等雜質元素偏析，或焊粉氧化（氧化物含量＞0.2wt%）。
助焊劑活性不足：
活性劑（如有機酸、鹵化物）濃度過低或高溫分解失效。
焊膏印刷后暴露時間過長（＞4h），助焊劑揮發或吸濕。
再流焊工藝參數偏差
溫度曲線異常：
預熱區溫度不足（＜120℃）或時間＜60s，助焊劑未充分活化。
峰值溫度過高（＞245℃）或液態以上時間（TAL）＞60s，加速金屬氧化。
氣氛控制不當：
氧氣含量＞1000ppm（未使用氮氣保護），導致焊盤高溫氧化。
焊接腔體濕度＞10%RH，水汽與助焊劑反應產生氣孔。
設計與工藝適配性問題
細間距器件：模板開口尺寸＜焊盤尺寸（如0.1mm差距），導致焊膏印刷量不足，邊緣潤濕不良。
混裝工藝：BGA與插件器件共爐焊接時，熱質量差異導致局部溫度不均。
二、影響與風險評估
不潤濕對焊點可靠性的影響需結合以下維度評估：
三、系統級解決方案
材料優化
焊盤表面處理：優先選用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：使用高活性免清洗助焊劑（如RA型），增強潤濕能力。
工藝調控
溫度曲線優化：
預熱區：120~150℃，時間90~120s。
回流區：峰值溫度235~245℃，TAL＜45s。
氮氣保護：焊接過程維持氧氣濃度＜500ppm。
設計與工藝適配
模板設計：細間距器件采用階梯模板（StepStencil），開口尺寸≥焊盤尺寸0.05mm。
印刷參數：刮刀壓力0.1~0.2MPa，印刷速度20~50mm/s，確保焊膏填充率＞90%。
過程控制
焊前清潔：使用等離子體清洗機去除焊盤表面有機物。
AOI檢測：通過3D激光檢測焊點體積，結合潤濕角算法篩選不良品。
四、典型案例分析
案例1：BGA邊角焊球不潤濕
現象：X-ray檢測發現BGA四角焊球空洞率＞30%，潤濕角＞110°。
根因：模板開口比焊盤小0.15mm，導致焊膏印刷量不足；再流焊峰值溫度255℃（超出規格10℃）。
對策：修改模板開口尺寸，降低峰值溫度至240℃，空洞率降至5%。
案例2：OSP焊盤潤濕不良
現象：引腳焊點呈“縮錫”狀，潤濕角＞90°。
根因：OSP膜層厚度0.8μm（超標0.3μm），助焊劑活性不足。
對策：更換低厚度OSP工藝（0.3μm），升級助焊劑活性等級，潤濕角降至45°。
通過材料、工藝與設計的協同優化，不潤濕問題可得到有效控制，從而提升焊點的長期可靠性。
-未完待續-
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