小小的錫珠，隱藏著焊接工藝的大秘密。

在電子制造業(yè)中，錫珠問題一直是困擾工程師的技術(shù)難題。當(dāng)我們拆開一塊電路板，有時(shí)會(huì)在元器件周圍發(fā)現(xiàn)細(xì)小的球形焊料，這些直徑通常為0.2-0.4mm的小球被業(yè)界稱為“錫珠”。

它們看似微不足道，卻可能造成電路短路，甚至導(dǎo)致控制系統(tǒng)失靈，帶來無法預(yù)估的風(fēng)險(xiǎn)。

回流焊作為表面貼裝技術(shù)（SMT）的核心工藝，與錫珠形成有著密不可分的關(guān)系。在回流焊過程中，焊膏經(jīng)歷從固態(tài)到液態(tài)再到固態(tài)的轉(zhuǎn)變，這一系列相變過程中隱藏著錫珠產(chǎn)生的關(guān)鍵機(jī)理。

錫珠的本質(zhì)與危害

在IPC標(biāo)準(zhǔn)中，錫珠被稱為“焊料球”（solder ball），指的是焊接后留下的球形焊料，尺寸通常大于100μm。它與焊膏中固有的微小錫粉不同，是在焊接過程中由多個(gè)錫粉熔合而成的產(chǎn)物。

錫珠的危害遠(yuǎn)不止于影響外觀：

電氣短路風(fēng)險(xiǎn)：在高密度電路板上，脫落的錫珠可能滾入元件間隙，造成短路

系統(tǒng)故障：對(duì)于控制板等關(guān)鍵設(shè)備，錫珠引起的短路可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)失靈，甚至造成人員傷亡

質(zhì)量隱患：即使不立即導(dǎo)致故障，錫珠的存在也降低了產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠性

理解錫珠如何產(chǎn)生，尤其是其與回流焊工藝的關(guān)聯(lián)，對(duì)提升電子產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。

回流焊：錫珠形成的核心環(huán)節(jié)

回流焊是通過精確控制溫度變化實(shí)現(xiàn)焊接的過程。焊膏在回流焊爐中經(jīng)歷預(yù)熱、保溫、回流和冷卻四個(gè)階段，每個(gè)階段的溫度控制都與錫珠形成密切相關(guān)。

預(yù)熱階段：錫珠產(chǎn)生的關(guān)鍵期

預(yù)熱階段的主要目的是使PCB和元件升溫到120-150°C之間，除去焊膏中易揮發(fā)的溶劑。這一過程卻恰恰是錫珠形成的高風(fēng)險(xiǎn)期。

當(dāng)溫度上升過快（超過每秒5°C），焊膏內(nèi)部的溶劑和水分會(huì)劇烈氣化，產(chǎn)生類似“小爆炸”的現(xiàn)象。如果氣化產(chǎn)生的力大于焊膏中金屬粉末之間的粘結(jié)力，少量焊膏就會(huì)被“炸”離焊盤，躲到片狀阻容元件下面。

“預(yù)熱溫度越高，預(yù)熱速度越快，就會(huì)加大氣化現(xiàn)象中的飛濺，也就越容易形成錫珠?！?焊接專家指出，適中的預(yù)熱溫度和速度是控制錫珠形成的關(guān)鍵。

回流階段：隱藏錫珠的顯現(xiàn)

當(dāng)爐溫接近峰值溫度時(shí)，那些隱藏在元件下面的焊膏也會(huì)熔化。由于表面張力的作用，這些熔化的焊料會(huì)從元件底部擠出，形成肉眼可見的錫珠。

在回流階段，液態(tài)焊料的表面張力發(fā)揮著雙重作用：

積極作用：促使焊料向焊盤中心回縮，形成良好焊點(diǎn)

消極作用：當(dāng)元件底部?jī)蓚?cè)的塑封材料無法與焊料潤(rùn)濕時(shí)，會(huì)阻礙焊料回縮，導(dǎo)致錫珠在元件兩側(cè)產(chǎn)生。

冷卻階段：錫珠的最終定型

冷卻速度對(duì)錫珠形態(tài)也有影響。較快的冷卻速度可使焊點(diǎn)強(qiáng)度稍微增加，但過快會(huì)引起元件內(nèi)部溫度應(yīng)力。對(duì)于已經(jīng)形成的錫珠，冷卻速度決定了它們最終在板上的附著狀態(tài)。

焊膏：回流焊中的變量因子

焊膏作為回流焊的“原料”，其質(zhì)量和狀態(tài)直接影響錫珠的產(chǎn)生概率。

金屬含量與氧化度：焊膏中金屬含量的質(zhì)量比通常為88%-92%。當(dāng)金屬含量增加時(shí)，焊膏粘度增加，能更有效抵抗預(yù)熱過程中的氣化力。焊膏氧化度越高，金屬粉末結(jié)合阻力越大，錫珠發(fā)生率也越高。

焊膏儲(chǔ)存與使用：焊膏通常需要冷藏，但使用前必須充分回溫（一般為2-4小時(shí)）。如果從冷藏環(huán)境中取出后立即開蓋使用，表面會(huì)產(chǎn)生水分，導(dǎo)致回流時(shí)形成錫珠。

環(huán)境濕度也是一個(gè)關(guān)鍵因素。在廣東等潮濕地區(qū)，當(dāng)SMT車間濕度異常增加時(shí)，暴露在空氣中的焊膏會(huì)吸收水分，回流時(shí)必然產(chǎn)生錫珠。

PCB設(shè)計(jì)：錫珠問題的源頭因素

回流焊工藝雖然是錫珠形成的直接環(huán)節(jié)，但許多問題的根源卻在設(shè)計(jì)階段。

片式元件焊盤設(shè)計(jì)：當(dāng)PCB焊盤寬度大于元件底部焊端寬度時(shí)，貼片后大量錫膏會(huì)被擠壓到焊盤邊緣。在回流焊過程中，熔化的焊料由于表面張力作用會(huì)向中心回縮，但被元件本體阻擋，從而在兩側(cè)形成錫珠。

過孔設(shè)計(jì)：噴錫板（HASL）上的小過孔（≤0.45mm）容易藏錫。回流焊時(shí)，板材中的水分蒸發(fā)會(huì)將孔中殘留的錫“炸出”，形成錫珠。解決方案是要求PCB廠家對(duì)≤0.45mm的過孔進(jìn)行油墨塞孔處理。

鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)與制造：不可忽視的影響

鋼網(wǎng)作為焊膏印刷的模具，其設(shè)計(jì)制造質(zhì)量也直接影響錫珠形成：

鋼網(wǎng)開口毛刺或傾斜面不平整會(huì)導(dǎo)致脫模時(shí)錫膏邊緣不平整，回流時(shí)形成錫珠。

鋼網(wǎng)厚度決定了焊膏印刷量，過厚的焊膏（>0.20mm）會(huì)增加“塌落”風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)錫珠形成。

創(chuàng)新的U形開孔設(shè)計(jì)能有效減少錫珠。這種設(shè)計(jì)在片式元件下方的中間部分不印焊膏，只在邊緣分布，既保證了焊接可靠性，又避免了多余焊膏被擠出形成錫珠。

解決之道：協(xié)同控制的藝術(shù)

要有效控制錫珠問題，需要回流焊工藝與其他因素的協(xié)同優(yōu)化：

回流焊曲線優(yōu)化：采用適中的預(yù)熱溫度和速度（每秒不超過5°C），確保充分預(yù)熱時(shí)間，使溶劑充分揮發(fā)。

焊膏管理：嚴(yán)格控制回溫時(shí)間和使用環(huán)境，避免吸潮；選擇金屬含量較高（90-91%）的焊膏。

PCB設(shè)計(jì)規(guī)范：根據(jù)元件實(shí)際焊端尺寸設(shè)計(jì)焊盤；對(duì)小過孔要求油墨塞孔處理。

鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新：采用U形開孔等先進(jìn)設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)控制焊膏量和位置。

環(huán)境控制：在潮濕季節(jié)加強(qiáng)車間濕度管控；必要時(shí)對(duì)PCB和元件進(jìn)行預(yù)烘烤除濕。

電子制造業(yè)的技術(shù)人員深知，回流焊爐中的每一度溫度變化都影響著最終產(chǎn)品的命運(yùn)。錫珠問題雖小，卻是焊接工藝的“晴雨表”。那些散落在元器件周圍的小小銀球，默默記錄著從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)是否完美協(xié)同。

解決錫珠問題沒有單一的“銀彈”，唯有理解回流焊工藝與其他因素的復(fù)雜互動(dòng)，才能在精密與可靠之間找到平衡點(diǎn)，讓每一塊電路板都經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)。

審核編輯 黃宇