SMT生产中锡珠的产生原因及控制方法

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二十多年来，随着电子信息产品的轻、薄、省电、小型化、平面化的不断发展，促使不同用途的电子产品必须采用表面贴装（SMT）技术。而锡珠对于电子产品具有严重的危害性，因此如何减少锡珠是SMT企业重点管控的内容之一。
根据相关案例，SMT生产中，回流焊接时，由于锡膏金属微粒飞溅，容易形成微小球状焊料珠或不规则形状的焊料粒，这就是锡珠（见下图）。锡珠是SMT生产的主要缺陷之一，直径约为0.2～0.4mm，主要出现在贴片元件侧面或者IC引脚之间，不仅影响PCB产品外观，而且在使用中可能造成短路现象，严重影响电子产品质量和寿命，甚至可能造成人身伤害。
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锡珠是多种因素造成的，原材料、锡膏、模板、装贴、回流焊、环境等都可能导致产生锡珠。因此研究它产生的原因，并力求进行最有效控制就显得尤为重要。
原材问题导致产生锡珠及其控制方法
+ G0 s$ ^0 ]" j2 W8 P1.PCB质量、元器件
PCB的焊盘（PAD）设计不合理，如果元器件本体过多压在PAD上把锡膏挤出过多,可能产生锡珠。
$ G) P% \' d( [; T设计PCB时，就要选定合适的元器件封装及合适的PAD。
- \$ M& q/ Q" `, F+ ~1 YPCB阻焊膜印刷不好、表面粗糙，导致回流时出现锡珠，必须加强PCB来料入检，阻焊膜严重不良时，必须批退或报废处理。
+ W/ j- J! n! n, s$ {  a$ J/ D% ~9 [焊盘有水分或污物，导致产生锡珠，必须仔细清除PCB上的水分或污物，再投用生产。
- q( z+ r1 O; |6 U! ^另外，经常会遇到客户来料为不同封装尺寸器件的代用要求，导致器件和PAD不匹配，易产生锡珠，因此应尽量避免代用。
) V! r9 ~8 j9 m; N: F' P' x0 v2.PCB受潮
; `+ k7 |+ M* t# z, hPCB中水分过多，贴装后过回流炉时，由于水分急剧膨胀产生气体，产生锡珠。要求PCB在投入SMT生产前必须是干燥真空包装，如有受潮需要用烘箱烘烤后使用。对于有机保焊膜（OSP）板，不允许烘烤。依生产周期算，OSP板未超3个月可上线生产，超3个月则需换料。
, ?" C+ f. i2 B3 T7 K4 M2 [3.锡膏选用
! b, q) P. [- @5 l* ~* O5 @锡膏显著地影响着焊接质量，锡膏中的金属含量、氧化物含量、金属粉末粒度、锡膏活性等都不同程度影响着锡珠的形成。
# a9 `& t4 |- M! g- p, s- V& m金属含量、黏度。正常情况，锡膏中金属含量的体积比约为50％左右、质量比约为89％～91％，其余为助焊剂（Flux）、流变性调节剂、黏度控制剂、溶剂等。如果助焊剂比例过多，锡膏黏度降低，在预热区，助焊剂气化时产生的力过大易产生锡珠。锡膏黏度是影响印刷性能的重要因素，通常在0.5～1.2KPa·s之间，模板印刷时，锡膏黏度最佳约为0.8KPa·s。金属含量增加时，锡膏黏度增加，能更有效地抵抗预热区中气化产生的力，也可减小锡膏印刷后塌落趋势，可减少锡珠。
; x) F& J7 A+ g' q氧化物含量。锡膏中氧化物含量也影响焊接效果。氧化物含量越高，金属粉末熔化后结合过程中所受阻力就越大，回流焊阶段，金属粉末表面氧化物含量还会增高，不利于焊盘“润湿”而产生锡珠。因此在金属粉末（Powder）制程中需要求真空化操作，防止Powder氧化。
4 {* b; Q/ K- f9 R8 \金属粉末的粒度、均匀性。金属粉末是极细小的球状颗粒，其形状、直径大小及均匀性均影响其印刷性能。较细的颗粒中氧化物含量较高，如果细颗粒比例大，会有更好的印刷清晰度，但却易产生塌边，使锡珠增多；较大的颗粒比例大，使连锡增多，其均匀度相差大，会导致锡珠增多。
锡膏活性。锡膏活性不好，干得太快，如果加了过量稀释剂，在预热区，稀释剂气化产生的力过大易产生锡珠。如果遇到活性不好的锡膏，最好马上停用更换活性好的。
" f) [& P) z% R& S( t  ^8 t模板问题导致产生锡珠及其控制方法
$ {  R% m' @$ [0 R# t模板太厚，锡膏印刷就厚，回流焊后易产生锡珠。
模板厚度选择原则：

如模板太厚导致锡珠多，尽快重新制作模板。
模板开孔未做防锡珠处理，易产生锡珠。无论有铅或无铅，印锡模板的Chip件开孔均需防锡珠开孔。
模板开口不当、过大、偏移，都会导致锡珠产生。PAD大小决定着模板开孔的大小，模板开口设计最关键的要素是尺寸、形状。为避免锡膏印刷过量，将开口尺寸设计成小于相应焊盘接触面积的10％；无铅模板开口设计应比有铅的大一些，使锡膏尽可能完全覆盖焊盘。
( R: T7 p' o, ?8 p8 a/ `6 I印刷机参数设定调整不当导致产生锡珠及其控制方法
7 x2 ?/ A1 |" }# S; V9 \! A印刷完后锡膏有塌边现象，过回流炉后可能形成锡珠。锡膏有塌边，这和印刷机刮刀压力、速度、脱模速度有关系。如有锡膏塌边现象，需重新调整刮刀压力、速度或脱模速度，减轻塌边，减少锡珠发生。
; j  X5 |: A! ?% r4 t未对好位就开始印刷，印刷偏移,使部分锡膏沾到PCB上，可能形成锡珠。
' h! C/ x3 W7 S2 M" c( J: @" dPAD上印刷锡膏过厚,元件下压后多余锡膏溢流，易形成锡珠。锡膏印刷厚度是生产中一个主要参数，通常等于模板厚度的（1+10%±15%）之间，过厚导致塌边易形成锡珠。
印刷厚度是由模板厚度所决定，与机器的设定和锡膏特性有一定关系。印刷厚度的微量调整，经常是通过调节刮刀压力及印刷速度来实现。
' x8 C# b& F- J置件压力问题导致产生锡珠及其控制方法
如果贴片中置件压力设定过大，当元件压在锡膏上时，就可能有一部分锡膏被挤在元件下面，回流焊阶段，这部分锡膏熔化易形成锡珠，因此应选择适当的置件压力。
炉温问题导致产生锡珠及其控制方法
+ z1 q# r4 W( }* \! n% A回流焊曲线可分为预热、保温、回流和冷却四个阶段。预热阶段升温到120～150度之间，可除去锡膏中易挥发的溶剂，减少对元件的热振动；同时锡膏内部会发生气化现象，如果锡膏中金属粉末之间的粘结力小于气化产生的力，就会有少量锡膏从PAD上溢流离开，有的则躲到片状阻容件下面，回流后形成锡珠。
; G4 ~8 W4 D/ A, b由此可见，预热温度越高、预热区升温太急，就会加大气化现象飞溅，就越容易形成锡珠。因此调整回流炉温、降低输送带速度，采取较适中的预热温度和预热速度来控制锡珠。
制程管控问题导致产生锡珠及其控制方法
; F: ]% c7 \1 K锡膏使用注意事项主要包括以下几个方面：在规定的保存条件下，锡膏存储期限一般为3～6个月；锡膏使用应遵循“先进先出”原则，应以密封形式保存在恒温冰箱内，温度在2℃～10℃；使用前，从冰箱中取出、密封置于室温下至少回温4H，待锡膏达到室温时打开瓶盖，取出部分锡膏后，将里面的盖子与锡膏之间空气全部挤净，立即盖好外盖。若在低温开瓶，易吸收水汽，再流焊时易产生锡珠；开封后应按要求搅拌均匀，降低锡膏黏度，开盖后原则上应在当天内一次用完；锡膏置于模板上超过30分钟未使用时，应用印刷机的搅拌功能搅拌后再使用，若间隔时间较长（超过1H），应将锡膏重新放回罐中盖紧瓶盖，再次使用应搅拌均匀；从模板收掉锡膏时，要换另一个空罐装，防止污染新鲜锡膏，从模板上刮回的锡膏也应密封冷藏。
/ L' e( n4 n  b  ?# f" a, ~制程管理也有其相应的要求：印刷时的最佳温度为25℃±3℃，相对湿度为45%～65%，温湿度过高，锡膏容易吸收水汽，回流时易产生锡珠；印刷失败后，最好用超声波清洗设备彻底清洗PCB，晾干后再放入烘箱按规范烘烤，以防止再使用时出现锡珠；清洁模板不及时、或擦拭不彻底，导致模板背面有残余锡膏，污染PCB板面，产生锡珠。必须严格按照模板清洁规范操作，确定专人清洁、检查；印刷锡膏后，PCB应在尽可能短的时间内贴装完，以防止助焊剂等溶剂挥发，易产生锡珠。
在SMT生产中，产生锡珠的因素有诸多方面，只顾关注某一方面或调整某一项参数是远远不够的。我们需要在生产前的准备阶段和生产过程中仔细管控好各个细节，研究好如何控制影响锡珠的各项因素，从而使焊接达到最佳的效果，满足电子制造技术的高质量要求。
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nevadaooo

原材料、锡膏、模板、装贴、回流焊、环境等都可能导致产生锡珠

蔷薇123

有时候锡珠没被发现会坏件