|
摘要：本文旨在对回流焊接中出现冷焊缺陷的后期返工方法做实用性研究，希望对相关从业人员今后处理类似问题时有所帮助。
关键词：冷焊；回流焊接；波峰焊接、助焊剂、焊膏、温度曲线
一、冷焊缺陷状态和产生原因分析
生产线反映回流炉刚流出的主板焊点很暗，有大量锡珠在器件周围。在显微镜下观察，发现焊点都是有锡珠组成，好像焊膏中锡珠没有融结，而助焊剂、溶剂已挥发。（如图1、图2）
图1
图2
为找出产生冷焊的原因，充分了解了当时生产线的情况：生产线处于连续生产状态，前期流出的主板没有问题，前期跟踪测试的主板也没有发现问题；回流炉工作状态没有改变，没有出现报警情况，温区温度没有重新设置过。相反地，焊膏有换新的。另重新测过炉温，温度曲线没有问题，说明刚换上的焊膏可能存在问题。重新换用新的焊膏，跟踪测试过炉后的主板，焊点明亮，显微镜下观察焊点良好，没有冷焊现象，证明，先前换上的焊膏确实存在问题。检查焊膏储存和使用过程，没有发现有违反焊膏储存和使用规范的现象，而同批次试用的另一罐焊膏也没有发现问题。这表明该批焊膏生产质量没有问题，但当中有些可能在运输储存上出现问题，于是冻结此批焊膏，将此问题焊膏有关情况反映给厂家，要求关注焊膏运输中的储存问题。此罐焊膏出现如此严重的冷焊现象，说明已经严重氧化了。
二、缺陷描述：
焊接点有大量锡珠，严重的焊点就是由锡珠组成，就像过炉时炉温没有到达回流温度，锡膏没有融化一样，主板品质受到严重影响。
三、返工试验步骤：
为避免主板报损同时要求品质不受影响，必须要对此批缺陷主板设法进行返工，力求达到正常主板一样的品质。因主板上器件众多，有200多个点，器件包括小至0402chip器件，复杂至pitch为0.8mm的BGA，pitch为0.4的CONNECT接口。因此无法对器件单个处理，必须采取再过炉修复方法。
1、焊点处理试验
①．直接过炉
曾遇到过炉温加热不完全时误过炉，焊膏没有完全溶化会出现类似图1图2现象，只要再次过炉，锡珠就会融结，完全形成焊点。所以试着再次过炉，但试验表明此法不可行，锡珠没有融结在一起，与过炉前没有两样。于是试着手工用助焊笔（Alpha Metals NR205）润湿焊点，再用热风枪加热，可以明显看到锡珠已溶化，但锡珠并不会融结在一起形成完整的焊点。而用电烙铁接触式焊接，锡珠可以完全融结在一起。通过提高回流区的温度和时间，效果与流焊前一样，没有得到改善。试验说明锡珠氧化严重，其表面张力使焊料不能得到扩展和流动。
②．涂上助焊剂过炉
1）使用液体助焊剂
在主板焊接点用助焊笔（Alpha Metals NR205）涂上助焊剂，再过炉，焊点没有明显变化。究其原因应该是助焊剂挥发过快，进炉之后不久就因温度高而挥发，基本没有起到去氧化作用。
2）使用助焊膏
为保证助焊剂不轻易挥发，在主板焊点上涂上较厚的一层助焊膏，按回流温度曲线过炉，流焊后效果很明显，焊点上锡珠已基本融结，但此助焊膏为非免清洗助焊剂，因此残留严重，同时因爆溅使得主板各处有大量锡珠存在。另一方面由于BGA等器件其焊点无法涂抹助焊膏，焊点锡珠必定无法融结，此法不能覆盖所有器件，无法保证品质。而大量的助焊剂残留也使得主板清洗存在困难。
|
方法
|
温度曲线
|
助焊剂
|
效果
|
原因
|
结论
|
|
热风枪吹
|
380度以上
|
NR205(液态)
|
与操作前无明显区别
|
锡珠氧化，不能溶合
|
不可行
|
|
电烙铁接触式焊接
|
380度
|
NR205(液态)
|
完全形成焊点
|
通过烙铁头外力促使焊点溶合
|
器件较多，实际操作不现实
|
|
直接过炉
|
正常曲线
|
无
|
与操作前无明显区别
|
锡珠氧化，不能溶合
|
不可行
|
|
增高回流温度和延长温度时间
|
无
|
与操作前无明显区别
|
锡珠氧化，不能溶合
|
不可行
|
|
加助焊剂过炉
|
正常曲线
|
NR205(液态)
|
与操作前无明显区别
|
助焊剂挥发过快
|
不可行
|
|
|
正常曲线
|
助焊膏
|
基本形成焊点，大量锡珠和残留物
|
助焊剂爆溅引起
|
因BGA无法涂抹助焊剂，不可行
|
通过以上试验表明，要完全修复缺陷主板，必须寻求一种挥发性不强，液态的助焊剂，以达到去除氧化物、润湿金属表面和所有器件都得以浸润的目的。同时必须改进回流温度曲线，缩短回流时间以减少长时间高温造成助焊剂挥发和保持活性。据于这两方面的考虑，得出与波峰焊接竟有有一些相似之处。为充分验证以上思路，以下分两步试验。
③.用波峰焊助焊剂按回流曲线过炉
把免清洗波峰焊助焊剂（X33－07）倒入容器，将缺陷主板在助焊剂中浸泡一分钟以上，让助焊剂浸润包括BGA在内的细间距器件。浸泡过的缺陷主板在设定了一般回流温度曲线的回流焊炉中再次流焊，主板冷却后在显微镜下观察，发现主板比流焊前有所改善，但在焊点上还是有较多的锡珠没有融结到焊点当中，说明助焊剂仍挥发过快，没有完全发挥其活性。
④.用波峰焊助焊剂按类似波峰焊温度曲线过炉
将回流焊炉当作波峰焊炉使用，将温度曲线调试成类似波峰焊曲线，降低预热温度和预热时间。把免清洗波峰焊助焊剂（X33－07）倒入容器，将缺陷主板在助焊剂中浸泡一分钟以上，让助焊剂浸润包括BGA在内的细间距器件。
Reflow
|
Manufacturer:
|
Electovert
|
Model:
|
Bravo 8105
|
Nitrogen Density:
|
NA
|
|
|
#1
|
#2
|
#3
|
#4
|
#5
|
#6
|
#7
|
#8
|
|
|
|
Line Speed
|
|
|
Upper
|
120
|
120
|
150
|
165
|
190
|
210
|
210
|
310
|
|
|
|
120cm/Min
|
|
|
Bottom
|
120
|
120
|
150
|
165
|
190
|
210
|
210
|
310
|
|
|
|
|
|
|
|
Profile:
|
|
|
|
Preheat: 90~120C:
|
45S
|
|
|
Total time:
|
150S
|
|
|
Time above liquid:
|
35S
|
|
|
Peak temp:
|
213C
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
经过过炉，效果如图3，图4，焊点上的锡珠基本融结，没有助焊剂残留，爬锡良好，接近正常主板焊点要求。当然，由于过炉前有些锡珠本身不在焊点上或者与焊点连接面较远（可能也包括锡珠爆溅），焊点边上或周围还有少量的锡珠存在。为确保防止细间距器件因锡珠引起短路及各种残留引起电迁移造成电路损坏等潜在危险，有必要对缺陷主板进行清洗处理，以达到完全可靠的品质要求。
图3
图4
2、清洗
① .酒精清洗
将返工后主板浸放在酒精中，用刷子对主板进行清洗。对每一焊点做持久刷洗，发现锡珠很少会脱落。而改用超声波清洗机清洗4分钟，然后立即用气枪将主板吹干，发现锡珠能被很好的去除，但焊点表面覆盖着一层白色的类似白腊一样的物质，不能在外观检查工位中被接受。
②.用IPA清洗
将返工后主板浸放在IPA溶液中，用刷子对主板进行清洗。对每一焊点做持久刷洗，也发现锡珠很少脱落。而改用超声波清洗机清洗4分钟，然后立即用气枪将主板吹干，发现锡珠能被很好的去除，焊点表面明亮，与正常板没有多大曲区别。（如图5，图6）
 
图5，图6
3、检测与系统实验验证
为保证返工后主板品质，必须对所有返工后主板进行重点跟踪，本次缺陷主板经测试全部合格。同时安排抽样做系统实验，实验参数合格。
结论
本文针对生产中出现的最严重的冷焊缺陷返工方法的各种试验进行描述，从中寻找一种可以很好解决该问题的正确方法。本文中描述的冷焊现象，其焊点锡珠基本没有融结，其严重程度是目前我发现的最为严重的冷焊，通过试验，我们找到了处理该类问题的方法。试验说明，下列方式对处理冷焊问题会有帮助。
1、可以采用再次回流消除冷焊
2、为防止再次回流中助焊剂挥发过快，可以采用波峰焊专用助焊剂和采用类似波峰焊温度曲线，降低预热温度和预热时间。
3、为有效去除锡珠，可以采用超声波清洗，并尝试多种清洗剂，以避免焊点变色，达到焊点明亮的目的。
|
