回流焊接质量缺陷的控制技术.docVIP

回流焊接质量缺陷的控制技术 1.概述 随着BGA，CBGA,LCCC,LGA,QFN，3Dplus等复杂封装器件的广泛应用，回流焊接品质问题逾显突出， 普通回流焊工艺的瓶颈造成了许多的“归零”事件。本文针对几个典型缺陷案例进行分析，运用真空环境下进行冷凝回流焊接，通过真空装置精确的控制蒸汽密度来准确控制温度曲线，最终实现电子产品的高可靠性焊接，是高可靠电子产品生产的有效途径。 2.主要技术研究进展 日前，国内某军工企业客户要求我们协助解决其焊接的品质问题， 该单位的新型封装的元器件如图1所示，种类很多， 图1.元器件图形 我们通过新的工艺技术来解决用户单位在生产过程中遇到下面几个质量缺陷问题： 2.1，焊点尺寸大，焊料润湿不好，空洞率高。 2.2，焊点可靠性差，疲劳测试缺陷率高。 空洞率 未做疲劳测试的焊点 实验用焊膏：爱法Pb63Sn37 高低温循环 -40℃-120℃ 出现贯穿式裂缝 （失效） 30% 109次 20% 187次 10% 266次 2.3，焊接过程中的二次污染（主要是助焊剂污染物）残留多，不易清洗。 2.4，IMC层缺失或者过多（冷焊，热脆）的缺陷。 三，解决途径。 要解决以上问题，首先要了解产生的原理再对症下药： 3.1，润湿是焊接品质的关键: 润湿不良会直接导致焊点的不可靠。提高润湿的手段很关键。提升润湿能力，目前新工艺技术是可以借助真空焊接环境来降低焊料的表面张力，达到提升润湿能力的效果。使用了德国condenso X 真空静态冷凝焊接设备，可以将焊接仓抽成负压状态再对焊料进行加热融化，则焊料的润湿能力能得到大幅提升。如图： Pb63Sn37焊料常压下的润湿 Pb63Sn37焊料在真空负压下的润湿 通过将焊接环境变为负压的焊接环境，我们发现可以完美的解决大部分焊料润湿不良的现象，提高焊点的可靠性。 经过实验证明，将焊接舱内的负压降到300mbar以下再对PCBA进行预热和回流，焊料的润湿能力提升非常明显，润湿效果让客户满意。 3.2，金属空洞和锡珠飞溅的控制和消除: 焊点内部填充空洞的出现与助焊剂的蒸发不完全有关。焊接过程中温度，时间以及助焊剂控制不当，很容易出现金属空洞现象。空洞的出现就会影响到焊点可靠性。 其他类型空洞产生的机理：Cu暴露在空气中氧化生成表面氧化膜低温生成暗红色的Cu2O，高温下生成黑色的CuO。 松香去除氧化膜—松香的主要成分是松香酸C19H29COOH，松香融点为74℃。170～175℃呈活性反应，230～250 ℃转化为不活泼的焦松香酸，300 ℃以上无活性，松香酸和Cu2O、CuO反应生成松香酸铜和水。松香在常温下和300 ℃以上不能和Cu2O、CuO起反应。 4C19H29COOH+Cu2O →2Cu（OCOC19H29）2+ H2O↑ 2C19H29COOH+CuO → Cu（OCOC19H29）2+ H2O↑ 其中H2O在高温下形成水蒸气，水蒸气被裹夹在焊料中冷却后就形成气泡。当气泡体积变大，就会受到周边焊锡的压力形成爆炸性排气，造成锡珠飞溅。这是其中一种的成因。 3.3要消除以上的金属空洞和锡珠飞溅的问题，我们采用两种办法一起控制。 1，精确控制温度曲线： 在预热的时候，我们推荐2~3分钟内预热到120-10°C。对于大板卡，以及较多元器件的组装，建议时间要长些，升温要缓慢，因为各种材料吸收和散热形成差别很大，所以要一个相对较长的时间，使得各个部件，包括锡膏等最终能达到温度均匀一致。如果太快，使得最后焊接的时候温度不均匀，各部分的润湿，反应差别较大，不但会造成焊料球问题，还会导致其他的很多问题的发生。 　　在升温区，我们160-180°C 。时间也要严格控制，在2分钟左右，否则会破坏助焊剂载体的化学反应平衡。如果太短，没有充分清洗表面，焊接表面没有对整体锡膏的每个部分反应和“拉拢”而具备比焊料球形成的优先权，那么部分锡膏就容易分离出去。如果时间太长，锡膏容易塌落，焊剂容易过分挥发，最终都是发生的诱因。　　回流焊接区温度推荐峰值25-235°C，时间60-90秒，使得焊料能充分反应，气泡也能缓慢挥发，从而减少焊料球的发生。　　冷却速率不宜大于°C每秒，否则容易在焊点内部积累较大的热应力，发生可靠性问题。 实验证明：让产品处于静止焊接状态后，对其焊接环境进行气压控制，在气压降低到20mbar可以有效的降低空洞率，避免锡珠飞溅的缺陷。产品的升温速率的控制也更加有效和灵活。 用户的产品有一个特点：多品种，少批量。这种特点会出现一个问题，有时候产品只有一块板子，没有机会让操作人员反复测试炉温曲线的合理性，即没有金板。这种情况下，很容易造成产品的