对于负责电子设备生产的每一个人而言，在波峰焊接和选择焊接时产生于 PCB 表面的锡珠都是一个让人非常头痛的问题。关于锡珠产生的原因和预防措施的讨论总是无休无止的，人们也习惯于把这归咎于焊接设备。这一部分是人性使然，因为锡珠是在生产之后产生的，所以我们自然而然就把这个问题产生的原因归咎于生产过程。但是，产生锡珠的原因和可能的影响在广义的电子生产工艺范畴内存在着很大的信息缺口，而这使得这个命题的讨论变得非常困难。关于锡珠的命题自从低固态含量助焊剂的面世和惰性气体在焊接设备上的使用后一直是很热门的。蒙特利尔议定书是一个关于保护臭氧层的国际性条约，它的诞生开启了这样一个1989 1 1 日协议生效之后，原先被广泛应用于焊接后清洁电子线路板表面的含氯氟烃（CFC，一种高效的去除助焊剂残留的清洁溶剂被禁用。
锡珠的形成过程
当焊接波峰中的液态焊料和焊盘剥离时（这个过程叫做 peel-f，锡珠的形成就在这个时间点发生了。液态焊料的高表面张力导致了球的形成。这揭示了锡珠形成的机理是符合物理学规律的，而这是无法改变的。
得了高运动能量并且在 PCB 表面和锡波之间上下弹跳 1-2 1 的连续图示清晰方便地显示了一个锡球的形成过程。
锡球的轨迹很大程度上取决于剥离产生位置的实际情况。举个例子，连接器的焊盘在沿着整个焊盘区域剥离时显示出相同的状况。锡球沿PCB 由于线路板正处在运动中，这个撞击点会稍稍位于焊点的后面。这种类型的锡球被叫做主要锡球，我们不能和第二类锡球混淆。第二类锡球产生于波峰喷嘴的溅锡所致，或者是定制载具的缺陷材料所致，这种载具会在清洁过程中吸收清洁溶剂。
PCB表面锡球的附着
根据已给出的原因，很明显在剥离过程中，在焊盘和焊接波峰分离的那一刻，锡球产生了，而且他们大部分都是头对着 PCB 表面。这种情况下的关键问题是，是否锡球附着在它撞击表面的位置还是它被再次反弹。这个问题的答案非常关键，而且是不容易回答的。
让我们首先看一下低固态含量助焊剂推出之前的那个年代，那时候的助焊剂含有松香，固态含量经常高20%-30%。那时，锡球在剥离时也同样会产生，但这从来就不是一个问题。为什么那时候锡球就不会附着在PCB 的表面呢？在焊接时，含有松香的助焊剂在 PCB 表面形成了一个液态助焊剂层，如果一个焊球撞击这个液态层，锡球就会飘走，不会附着在PCB 的表面。含有松香的助焊剂缺点是在焊接后留下很多助焊剂的残留。当低固态含量的助焊剂被引入后，PCB 表面的环境从根本上改变了。被称为免清洗助焊剂的固态含量很少有超过 3% 的。在焊接时， 这样低的固态含量是不可能在 PCB 表面形成那个液态层的。
现在这个时代所用的催化剂也经常是基于有机酸的， 而很少是合成松香，这也使上述现象更加明显。
PCB 确确实实整个问题的复杂性就这样产生了。附着的问题不仅仅取决于助焊剂，而且很大程度上取决于阻焊层的特性。
PCB阻焊层对锡球附着力的影响
今天，PCB 裸板厂商的生产线经常采用双组份系统的阻焊层。那些抗蚀系统的品质广泛依赖于单个组份的生产。通过对一家阻焊层厂商调查发现，仅仅是松香和催化剂配比的细微变化（小于 1%）就已经足以改变阻焊层的工艺行为，而这种改变又会在后续的焊接工艺中产生重大的影响。产生这个变化的参数是固化或者高分子链的交联程度。如果松香和催化剂的配比有一丁点不满足配方，就会使阻焊层不能完全固化，这样后续的焊接过程中，焊接的热量影响就会导致阻焊层软化，而锡球也就容易粘附在上面。
图 3. PCB 表面有锡球附着。
PCB 厂商在加工阻焊层时也需要倍加小心。在给PCB 涂层前，松香和催化剂需要充分混合。这个要求是非常严格的，举个例子，空气绝对不能进入混合物，以防止带入空气气泡和水分。此外，混合过程必须精确和集中地进行，以确保所有组份得以完全均匀的混合。在生产过程中，温度和湿度是影响阻焊层工艺的重要因素。考虑到PCB 于生产时的环境参数。而这一点恰恰是很难控制的。剩下的选择就是控制生产过程，换句话说，就PCB的阻焊层表面。
在过去，一些客户会试图去测试拿到的 PCB 的阻焊并把它和 AOI 所发现的锡球数量进行
关联。
· 使用已知表面张力的测试墨水来衡量表面的品质。
· 使用显微镜观察阻焊层切割面来衡量表面的品质。
IPC-TM-650 2.4.27.2 来认定阻焊层的固化程度
图４. 光滑和亚光阻焊层的比较
我们在一年中对 16,000 个样本进行了测试与分析，令人醒悟的结果是我们无法找到与线路板上的锡球数量相关联的明确参数。在这个过程中，焊接参数，助焊剂和焊料都没有改变过。这些结果保证了研究报告的准确性，我们由此得出如下结论 ：
焊料，助焊剂和焊接设备确实对锡球的产生是有影响的，然而这种影响相对是比较小的。特定的焊料，优化的助焊剂和焊料的改变可以减少粘着的锡球，但是今天我们可以达成一致结论的是 ：锡球形成的主要影响来自于PCB 阻焊层，而解决锡球问题的决定性突破只能通过改变所采用的阻焊层来实现。
这里提到的报告在 1999 年就已经发表了，它的理论核心假设无法被驳倒，即使很多客户做了无数的测验，直至 2016 年。
进一步的理论描述了阻焊层的粗糙度对粘附力的影响。光滑的阻焊层表面粗糙度很低，这就给锡球提供了一个很大面积的附着。亚光的阻焊层有着较高的粗糙度，这就意味着锡球的接触面积小了，附着力也降低了。
图 5. 比较不同的助焊剂 ：醇基的，水基的，水基含分离剂的
焊接参数和操作对锡球的影响
的，有时还是会有人尝试从这方面努力来减少锡球。其实焊接时采用的助焊剂在这方面的影响会相对大一些。一些助焊剂生产商还记得本文之前提到的，使用含有松香的助焊剂就不会有锡球粘附在 PCB 上。于是，他们就在合成助焊剂中使用一种分离剂来取代松香，这样就在焊接时形成必要的流动层来防止锡球的粘附。这种助焊剂是用于在PCB 表面的美观问题。在焊接之后，烘干后的分离剂完全惰性化并且清晰可见，很多用户会以为那些可见的残留物是干了的助焊剂残留物。客户的这个判断是错的，但这样的助焊剂
也很难在市场上立足，很多客户都对使用这样的助焊剂表
图 5 中不同助焊剂的比较显示了锡球形成和对线路板粘附的趋势。右边的图显示了含有改良过的含分离剂的水基助焊剂的结果。
这些测试的结果常常是与产品和焊接系统相关，从而不具备普遍适用性。然而，结果还是描绘了今天最新的助焊剂可以提供给我们的可能性。更多的影响因素还有是预热，焊接温度以及焊接环境气氛（氮气。较低的温度会使锡球减少，而较低的残氧环境气氛会使锡球增加。这些操作经验无法一概而论，通常都是需要对线路板的生产进行必要的个别调整。还有，焊接喷嘴的几何形状也是一个必须考虑的重要因素。
图６. 丝印涂层上的锡球
图７. 插塞式连接器周围区域根本没有阻焊层。
额外措施来防止锡珠的粘附
在对各种可能解决方法的探究过程中，甚至改变PCB 的设计排布都被测试过。一种处理方式是在敏感区在焊接时高温度下，它也会软化从而变成那个不太好的阻焊层一样，粘着锡珠。
有一种非常有效的避免锡球的方式是在线路板某些敏感区域彻底没有阻焊层，这意味着要对 PCB 设计排布做较大的改变。
结论
锡球粘附的原因毋容置疑是与阻焊层高分子化合物的交联程度相关联的。最重要的参数受支配于无法控制的裸板 PCB 日常生产的波动性。所以，电子线路板的生产只能被迫应对这样的现实。锡球产生的数量存在一定的随机变化。
今天的电子制造工业有这样一种共识，焊接系统内单一参数的变化是不能彻底解决锡球问题的。除了阻焊层之外，还能起比加较大影响的是选用合适的助焊剂或者在敏感区域不使用阻焊层。
本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请
点击举报。
