无铅锡膏厂家详解焊盘不挂锡的原因

焊盘不挂锡（即锡膏无法润湿焊盘）是无铅焊接中常见的质量问题，其根源涉及焊盘表面状态、锡膏特性及工艺参数的协同匹配。

材料科学与工艺控制角度，结合无铅锡膏厂家的实践经验，系统解析核心原因及应对策略：

焊盘表面状态异常：根源性缺陷

1. 氧化与钝化层阻碍润湿

表现：焊盘表面呈暗灰色/褐色，显微镜下可见氧化层（如铜绿、镍锈），或沉金层（ENIG）出现“黑盘”现象（镍层磷含量超标导致脆性氧化）。

机制：

铜焊盘：未真空包装的PCB在湿度＞60%环境中存储超3个月，铜表面生成Cu₂O/CuO，阻断锡膏合金与铜的冶金结合 。

ENIG工艺：镍层磷含量＞8wt%时，高温下形成Ni₃Sn₄脆性相，导致焊点发黑、润湿性下降 。

沉银工艺：银层在湿度＞60%或含硫环境中快速生成Ag₂O（黄色）或Ag₂S（黑色），24小时内即可出现可见变色 。

解决：

短期：用0.1%体积浓度的氢氟酸（HF）溶液微蚀焊盘（仅限铜基），或采用等离子清洗去除氧化层（需专业设备）。

长期：

PCB存储：真空包装+干燥剂，湿度≤50%，存储期≤3个月；

ENIG工艺：控制镍层磷含量3-6%，金层厚度0.05-0.15μm，避免“金脆”；

沉银工艺：采用含苯并三唑（BTA）的防氧化涂层，存储环境湿度≤40%且无硫污染 。

2. 污染与阻焊剂覆盖

表现：焊盘表面残留油污、指纹、助焊剂或阻焊剂（绿油）溢胶，导致局部不挂锡 。

机制：

有机污染：操作人员未戴手套直接接触焊盘，汗液中的油脂、盐分形成隔离层；

阻焊剂溢胶：曝光偏移或显影不彻底，绿油覆盖焊盘边缘，厚度＞20μm时完全阻断锡膏润湿 。

解决：

清洁：用异丙醇（IPA）超声波清洗焊盘，或采用电离子风枪去除静电吸附的粉尘；

工艺优化：

阻焊层：焊盘边缘绿油宽度≤0.05mm，采用激光修边工艺提升精度；

操作人员：强制佩戴无粉防静电手套，接触后用离子风机吹扫 。

锡膏特性不匹配：材料兼容性失效

1. 助焊剂活性不足或失效

表现：回流后焊盘仍有氧化痕迹，锡膏呈颗粒状未铺展，润湿角＞90°。

机制：

活性剂失效：无铅锡膏常用的有机酸（如丁二酸、己二酸）在高温下分解，若预热阶段未充分活化（＜150℃或＜60秒），则无法有效去除氧化层；

无卤化影响：无卤锡膏的活性成分（如胺基化合物）比含卤锡膏低30%，需提高预热温度至160-180℃以增强活性。

解决：

锡膏选择：针对镍基焊盘选用含氟化物（如NH4F）的“镍活化型”锡膏，铜基焊盘可选含水杨酸的通用型锡膏；

工艺调整：预热区升温速率≤3℃/秒，保温时间60-90秒，确保助焊剂完全活化 。

2. 合金成分与焊盘不兼容

表现：锡膏合金与焊盘金属间化合物（IMC）生成不足，导致机械强度低、易脱落。

机制：

铜焊盘：Sn-Ag-Cu（SAC305）合金需在227-237℃峰值温度下保持20-30秒，才能形成3-5μm厚的Cu₆Sn₅良性IMC层；若温度不足，IMC层＜1μm，结合力弱；

沉金焊盘：锡膏中的锡与金层反应生成Au-Sn脆性相（如AuSn4），金层过厚（＞0.2μm）时焊点易脆裂 。

解决：

温度曲线：SAC305锡膏峰值温度235-245℃，液态以上时间（TAL）45-60秒，确保IMC充分生长 ；

合金匹配：镍基焊盘选用Sn-Ni合金锡膏，避免SAC合金与镍反应生成Ni₃Sn₄脆性相。

3. 锡膏粘度与印刷性失衡

表现：锡膏无法填满钢网开孔，或印刷后塌陷导致桥连。

机制：

粘度偏高：无铅锡膏粘度＞200Pa·s时，印刷压力需＞80N，易导致钢网变形；

粘度偏低：粘度＜150Pa·s时，锡膏在钢网表面流动性过强，开孔填充率＜80%。

解决：

粘度调整：用旋转粘度计（如Brookfield DV-III）测量，添加3-5%专用稀释剂（如α-萜品醇）降低粘度，或添加触变剂（如氢化蓖麻油）提高粘度；

钢网设计：开孔面积为焊盘85-90%，厚度0.1-0.15mm，孔壁电解抛光降低摩擦阻力 。

 工艺参数偏差：动态过程失控

 1. 印刷压力与速度失当

表现：锡膏厚度不均，部分焊盘少锡或无锡。

机制：

压力过大：＞100N时钢网与PCB过度贴合，开孔内锡膏被刮净；

压力过小：＜50N时锡膏无法完全填充开孔，边缘残留量＞0.1mm 。

解决：

压力校准：采用压力传感器（如Kulicke & Soffa）逐点测试，最优压力为钢网变形量≤0.02mm；

速度控制：印刷速度25-50mm/s，刮刀角度45-60°，确保锡膏滚动直径1.5-2.0cm 。

 2. 回流焊曲线异常

表现：锡膏未完全熔融，或冷却后焊点内部存在空洞。

机制：

峰值温度不足：SAC305锡膏峰值＜225℃时，熔融不充分，润湿角＞70°；

冷却速率过快：＞4℃/秒时焊点形成粗大β-Sn晶粒，结合力下降30%。

解决：

曲线优化：

预热区：150-180℃，60-90秒，去除锡膏中90%的溶剂；

回流区：峰值235-245℃，保持45-60秒，确保IMC充分生长；

冷却区：速率1-3℃/秒，形成细小等轴晶结构 ；

氮气保护：氧含量控制在500-1000ppm（消费类电子）或＜100ppm（高端应用），降低氧化并提升润湿性20-30%。

3. 环境湿度与静电干扰

表现：锡膏吸湿后回流时产生爆锡，或静电吸附灰尘污染焊盘。

机制：

湿度＞50%：锡膏中助焊剂吸湿后分解，活性成分失效；

静电＞1000V：灰尘颗粒（＞5μm）被吸附到焊盘，阻断锡膏润湿 。

解决：

环境控制：车间湿度40-50%，温度22±2℃，配备离子风机消除静电；

锡膏存储：开封后4小时内用完，未用完部分密封冷藏（2-10℃），回温4小时后再使用 。

预防体系构建：从材料到工艺的闭环管控

1. 来料检测：

PCB：用X射线荧光光谱仪（XRF）检测表面处理层厚度，用接触角测量仪（如Dataphysics OCA）评估润湿性（目标接触角＜60°）；

锡膏：测试粘度、金属含量、助焊剂活性（如扩散率≥70%），拒收氧化度＞0.2%的锡粉。

2. 工艺验证：

首件检测：用AOI（自动光学检测）检查锡膏印刷量，用X-Ray检测焊点内部空洞（目标＜5%）；

CPK分析：统计连续25批次的锡膏厚度、回流峰值温度，确保过程能力指数CPK＞1.33 。

3. 设备维护：

钢网：每周用激光测厚仪检测开口尺寸，每月用超声波清洗去除残留锡膏；

回流焊：每季度校准温度传感器，每年更换加热管，确保各区温差＜±2℃ 。

典型案例解析；

案例1：沉银焊盘不挂锡

现象：手机主板BGA焊点部分不润湿，SEM观察显示银层表面有黑色硫化物。

原因：PCB存储于含硫橡胶袋中，沉银层在湿度65%环境下24小时内硫化。

解决方案：改用无硫包装材料，存储湿度≤40%，焊接前用含0.5%体积浓度硫脲的溶液预处理焊盘 。

案例2：无卤锡膏润湿性差

现象：汽车电子控制器焊点呈颗粒状，润湿角＞80°。

原因：无卤锡膏活性成分（胺基化合物）在预热阶段未充分活化（温度130℃，时间40秒）。

解决方案：提高预热温度至160℃，保温70秒，同时添加0.3%体积浓度的氟代有机酸增强活性。

结语

焊盘不挂锡是材料、工艺

、环境多因素耦合的结果。无铅锡膏厂家需从焊盘表面处理→锡膏成分设计→工艺参数优化全链条进行系统性管控，通过活性成分精准匹配、温度曲线动态校准、环境参数闭环控制，才能实现无铅焊接的高可靠性与一致性。