锐德(Rehm)对流焊接系统的氮气气氛技术可防止焊接缺陷

在回流焊接系统制造商中,包括锐德热力设备有限公司经常会被问到:氮气气氛的好处是什么?下面我们将就典型缺陷情况进行探讨,涉及锡球现象、锡珠现象、空洞现象、锡须现象、葡萄球现象、枕头效应、湿润不良和立碑现象。所选择的焊接气氛可能会引起或加速各种焊接缺陷的产生,但同时也可以防止或减少此类情况的发生。锐德热力设备有限公司的Vision系列的对流焊接系统选用空气或氮气。

锡球现象/锡珠现象

器件两端(芯片)上出现锡球或锡珠是一个很常见的缺陷,因此被称为焊珠现象。位于器件下方的焊料颗粒会通过焊缝从器件被挤压出来而形成锡珠。如在氮气气氛中进行回流焊接,无论使用哪种锡膏,锡珠数量都有所减少。似乎是由于锡膏中的焊料颗粒更好更快地融合均匀。无氧环境能够防止焊料颗粒表面形成阻碍熔合的氧化膜。这降低了单个焊料颗粒渗入芯片下方间隙的概率。

空洞现象

类似地,QFN焊接中的低空隙——也就是所谓的空洞,这是由于焊盘表面在氮气条件下有良好的润湿。焊料快速润湿可以更有效地排出回流焊熔融状态下产生的气体。但是,上述结果并不适用于所有焊点。

葡萄球现象

助焊剂的性能是不断变化和改进的。然而,在回流焊曲线分析中诸如冷热坍塌的经典特性扮演重要角色。在此,液相线以上的时间和升温梯度并不是唯一的决定性因素。在微型化器件过程中,锡膏颗粒大小也起着一定的作用。直径越小,就越需要助焊剂的“保护”。保护性助焊剂由于在预热区域的“渗出”(热坍塌性)而从锡膏颗粒中消失后会氧化并随后重新熔化,但不再与锡膏熔合。氧化层密不透风,外观酷似一串葡萄,因此得名葡萄球现象。惰性气氛扩大了制程适用范围,但并没有完全消除助焊剂的影响。

Rehm技术中心的葡萄球缺陷图像

枕头效应

枕头效应是由BGA锡球上的一层氧化层造成的,该氧化层阻止了锡膏颗粒的熔合。通常,BGA本体或PCB板弯曲变形会导致锡膏沉积与BGA锡球分离。助焊剂活性不足导致锡球上形成氧化层,即使它“浸”入重新熔化的锡膏沉积物中,也无法跟锡膏沉积物“熔合”。由于此时助焊剂已用完,氧化层不能再还原,也没有办法接合成功,形状类似于一个人的头靠在枕头上(因此成为枕头效应)。用惰性气氛(N2或汽相)防止分离过程中的氧化,则锡膏沉积物和锡球可以熔合。然而,此过程仍需要助焊剂保持一定的活性。同时,惰性气氛也保护了助焊剂,因为要还原的氧化物减少.

图像显示了Rehm技术中心BGA球的枕头效应分析

湿润不良

氮气下良好的润湿条件通常导致焊料更好地扩散出来,并防止焊接表面湿润不良引起的焊接缺陷(IPC 610),这一点众所周知,但并不总是能达到预期的焊接效果。芯片焊接的其中一个特点就是会形成弯月面。焊料的凸起高度可作为一种质量特性。在氮气下观察到的润湿高度可能比在空气下低。换言之:非润湿面积(间隙)增大。实际上是由于焊料在氮气下更好的扩散开来。焊料必须克服其重力来连接元件,因此PCB焊盘更容易被润湿;此外,扩散情况较好时,球体高度较低。因此,器件连接处可能会凸起的焊料较少。

立碑现象

立碑现象是由器件两端焊料润湿时间不同造成的。如果其中一个焊点在另一个焊点之前熔化,液体焊料的润湿力和表面张力会使元件拉直。随着时间推移,器件焊料不断熔化,第二个焊点焊料沉积物随后不再能够与器件连接起来。在氮气气氛下,回流焊接后经常观察到立碑数目增加。出现这种情况也是由于润湿情况太好,增大了两个组件连接之间的润湿时间差。但是,与其他影响因素的交互作用也有很大影响。

立碑形成阶段( 图片:Rehm Thermal Systems)

锐德公司简介

锐德专注于电子和光伏行业热力系统解决方案,是电子装配领域最先进、最具成本效益制造和创新技术的领导者。作为全球知名的设备制造商,产品覆盖回流、气相及真空焊接系统、干燥和防护层喷涂系统、功能测试系统、太阳能电池金属化设备以及各类定制系统,业务遍及各个成熟市场及主要成长型市场,作为一个拥有30年行业经验的合作伙伴,我们能够实施创新的生产解决方案,制定新的工艺标准。

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