乡亲们
This post is an excerpt on graping, fromIndium Corporation'sThe Printed Circuits Assemblers Guide to Solder Defects.
导言
个人电子设备的增长不断推动对更小的有源和无源电子元件的需求。这种微型化趋势以及对符合 RoHS 标准的无铅组装的要求，带来了更多的挑战，包括石墨化效应。
随着焊膏沉积物尺寸的减小，暴露在外的焊料颗粒的相对表面积增大，可用来去除表面氧化物的助焊剂量减少。此外，回流大多数无铅焊料还需要额外的热量，这就形成了一种有利于产生划痕现象的配方。在加热过程中，随着助焊剂粘度的降低并开始向下和向外扩散，焊料颗粒会暴露在焊膏沉积物的顶部。如果附近没有助焊剂，当焊膏进入回流的斜坡或浸泡阶段时，这些焊料颗粒可能会被氧化。当焊料呈液态时，这些氧化物会抑制颗粒完全凝聚成均匀的焊点。如图 1 所示，未回流的颗粒通常会呈现一簇葡萄的外观。
图 1.图形效应。
模板印刷
面积比（AR）是钢网印刷成功的关键指标。它的定义是钢网开孔的面积除以开孔侧壁的面积。图 2 显示了方形/矩形和圆形开孔的示意图。简单的计算表明，AR 简化为圆形直径 (D) 除以钢网厚度 (t) 的四倍，即 AR=D/4t。令人惊讶的是，正方形孔径的计算结果也是如此，D 等于正方形的边长。对于矩形孔径的 AR，计算公式要复杂一些：ab/2(a+b)t，其中 a 和 b 是矩形的边。
图 2.矩形和圆形孔径示意图。
It is widely accepted in the industry that in order to get good stencil printing, the AR must be greater than 0.66. Experience has shown that if the AR <0.66, the transfer efficiency could be low and erratic, although this has gotten better with advances in solder paste technology.
转移效率
转移效率是另一个重要的钢网印刷指标，它被定义为锡膏沉积体积除以孔径体积。为了适应精细特征钢网印刷，通常需要使用含有更细粉末的焊膏来优化印刷工艺。然而，随着焊膏中粉末颗粒尺寸的减小，暴露的相对表面积也会增加。随着表面积的增加，总表面氧化物也会增加。表面氧化物的增加要求助焊剂在整个回流焊过程中更加努力地去除氧化物并保护粉末、元件和电路板的金属化表面。
在 3mil 厚的钢网上，6mil 方形孔径的 AR 与 6mil 圆形孔径的 AR 相同：0.50.不过，两者相比，方形焊膏沉积物的体积（约 108 立方密耳）大于圆形沉积物（85 立方密耳）。方形孔径提供的额外焊膏体积可能有助于减少刻蚀。但更重要的是，方形开孔提高了传输效率。方形开孔设计提供了更一致的传输效率，进一步降低了出现刻痕的可能性，因为不一致的沉积物可能意味着更少的体积。
SMD 与 NSMD 焊盘
阻焊实验的结果表明，阻焊（SMD）焊盘的划痕效应并不明显。据认为，阻焊层提供了一个屏障（堤坝），在加热过程中限制了助焊剂的扩散，并增加了助焊剂去除氧化物和防止进一步氧化的潜在可用性。阻焊层还可以作为一种屏障，保护靠近的焊膏粉末颗粒不被进一步氧化。
水溶与免洗
免清洗助焊剂化学品通常是松香/树脂基（以下简称树脂）配方。由于树脂在水溶性助焊剂化学品所用溶剂中的溶解度很低，因此在水溶性助焊剂中，树脂通常被聚合物等大分子化合物所取代。助焊剂化学成分中的活化剂可去除接合表面上的现有氧化物以及焊膏本身中的焊膏粉末颗粒。在加热阶段会发生进一步的氧化/再氧化。免清洗助焊剂中的树脂是极好的氧化屏障，可防止再氧化，而水溶性化学助焊剂中缺乏树脂，导致其抗氧化性不足。
因此，在相同的回流焊曲线中，虽然水溶性化学试剂通常更活跃，但水溶性化学试剂的抗氧化性较低，因此在长曲线和/或热曲线中更敏感，增加了出现划格缺陷的可能性。
坡道到峰值与浸泡
多年来，"浸泡式 "回流曲线一直很流行。然而，随着时间的推移，重点已转向斜坡到峰值 (RTP) 回流曲线。造成这种转变的原因是无铅焊料的回流工艺温度较高，以及需要减少较小的锡膏沉积和对温度敏感的元件及电路板层压板的总热量暴露。浸泡曲线的另一个优点是可用于减少空洞。但是，由于无铅焊料的表面张力增大以及回流焊使用的温度较高，这种方法对无铅焊料的效果不佳。
要尽量减少晶格现象，缩短烘箱时间会更好，但前提是使用相同的液面以上时间（TAL）和峰值温度，见图 3。与 RTP 曲线相比，浸泡曲线通常会产生更多的刻痕。随着烘箱内总时间的增加，刻痕效应也会加剧。降低总热量可显著降低刻度效应。通常建议采用 1°C/ 秒的升温速率（从环境温度到峰值温度），这相当于大约 3 分 40 秒达到 245°C 的峰值温度。
图 3.典型的回流焊无铅型材。
结论
为了减少图形效应，必须确保最佳的印刷和回流工艺。使用所提供的面积比指南和良好的工艺/设备设置将确保良好的转移效率。虽然圆形和方形孔径设计的面积比可能相等，但由于锡膏体积减少和转移效率降低，圆形孔径设计产生划痕的可能性会增加。
从回流焊的角度来看，减少总输入热量将降低产生这种效应的可能性。建议使用斜率为 ~1°C/ 秒的 RTP 型曲线。
材料因素也会影响结果。随着焊膏颗粒尺寸的减小和表面氧化物面积的增大，刻划现象也会增加。水溶性焊膏化学成分不能像树脂那样为免洗化学成分提供氧化屏障，因此更容易产生划痕效应。
干杯
罗恩博士
