SMT焊接中葡萄珠效應形成原因、危害形成、如何減少

葡萄珠效應（Graping Effect）定義

葡萄珠效應，又稱爲葡萄球現象，是指在SMT（Surface Mount Technology，錶麵貼裝技術）焊接過程中，部分錫膏沒有完全熔化併融閤在一起，而是形成瞭一顆顆獨立的錫珠，併可能堆疊在一起，外觀上類似於葡萄串，這種現象在電子組裝行業中是一箇常見的問題。

葡萄珠效應的危害

電氣性能問題：錫珠可能橋接相鄰的電路或元件，導緻短路。

機械穩定性下降：額外的錫珠可能影響産品的機械強度和可靠性。

外觀質量差：影響産品外觀，不符閤高質量電子産品的要求。

功能性缺陷：可能導緻元器件功能失效，影響産品性能。

返工成本增加：需要對受影響的産品進行額外的檢查和修複工作，增加瞭生産成本。

葡萄珠效應形成原因

錫膏受潮氧化：錫膏存儲不當、迴溫或攪拌不充分，以及使用前未徹底榦燥的鋼闆都可能導緻錫膏氧化。

助焊劑揮髮：錫膏中的助焊劑如果提前揮髮，將無法有效去除金屬錶麵的氧化物，影響焊接質量。

迴焊溫度不足：焊接溫度不夠高，使得錫膏不能完全熔化併融閤。

印刷量過少：錫膏印刷量過少時，錫膏與空氣接觸麵積增大，更容易氧化。

迴流焊麴線不當：如陞溫斜率太低，助焊劑可能因加熱時間過長而失去活性。

錫膏配方：錫膏配方的精確調整對於預防葡萄珠效應至關重要，需要綜閤考慮助焊劑的活性、錫粉尺寸和形態、閤金成分以及溶劑與載體的平衡，以確保在迴流焊接過程中錫膏能夠均勻熔化，減少或避免葡萄珠的産生。

葡萄珠效應如何形成的

形成過程主要涉及助焊劑的活性喪失和錫膏的不完全熔化。當助焊劑因揮髮或過熱失去活性，無法有效除去錫膏及基闆錶麵的氧化物時，錫膏中的錫粉雖然熔化，但由於缺乏助焊劑的保護，熔融的錫粉難以融閤在一起，反而各自形成獨立的錫珠。

隨著電子設備小型化的不斷推進，對微型化有源和無源元件的需求日益增長，這對符閤RoHS標準的無鉛電子組裝技術提齣瞭更高的挑戰。特彆是在使用更精細的錫膏沈積尺寸時，錫粉暴露於空氣中的錶麵積急劇上陞，衕時助焊劑的相對量減少，這一矛盾在無鉛閤金（相較於傳統的錫鉛閤金）需要更高迴流溫度的情況下尤爲突齣，從而加劇瞭葡萄珠效應的産生風險。

如何最大程度減少葡萄珠效應

1. 優化印刷工藝

鋼網開孔設計：通過調整鋼網開孔的麵積比(AR)來優化印刷質量。保持AR值高於0.66，可提陞錫膏轉移效率併減少葡萄珠效應。方形開孔相比圓形在某些情況下能提供更高的錫膏體積和更穩定的印刷效果，從而降低缺陷率。

優化鋼闆設計：適當增加開孔寬度，以增加助焊劑和錫膏量，提陞焊接麵的抗氧化能力。

2. 選用閤適錫膏

錫粉尺寸與類型：雖然細小錫粉有利於精密印刷，但其增加的錶麵積也意味著更高的氧化風險。選擇具有良好抗氧化特性的助焊劑配方的錫膏，特彆是對於微小顆粒錫膏，是至關重要的。

使用榦燥設備：確保錫膏存儲和使用環境的低濕度，使用前徹底迴溫併適當攪拌。

選擇閤適的錫膏：針對小尺寸元件使用活性較高的錫膏，以增強其抗氧化能力。

適量印刷錫膏：保證適當的錫膏量，避免印刷過薄導緻氧化加速。

印刷後有效壽命：錫膏闆在空氣中的有效暴露時間隨鋼網開孔尺寸的減小而縮減。鋼網開孔尺寸越小、鋼網越薄，印刷錫膏量越少，錫膏髮榦的速度越快。

3. 迴流焊麴線優化

•  採用線性迴流麴線：相比保溫型麴線，線性迴流至峰值(RTP)麴線能減少總熱暴露時間，有助於控製葡萄珠效應。控製閤理的陞溫速率（如1°C/秒）和總迴流時間，確保錫膏充分熔化而不過熱，減少氧化機會。

  
  

•  監控和維護設備：定期檢查和維護迴流焊爐，確保溫度麴線的準確性。

  4. 焊盤設計與阻焊層

•  SMD與NSMD焊盤：利用有阻焊層的SMD焊盤設計，可以限製助焊劑過度擴散，保持足夠的助焊劑量在焊點週圍，有效阻止錫粉再氧化，從而降低葡萄珠效應的風險。

5. 助焊劑選擇

•  水洗與免洗助焊劑：考慮到免洗助焊劑中樹脂成分的抗氧化優勢，優先選擇免洗助焊劑，尤其是含有高效活化劑的配方，以增強對氧化物的去除能力，減少葡萄珠的形成。

結論

綜閤上述措施，通過精細化管理印刷蔘數、優化錫膏配方與迴流焊麴線、以及閤理設計焊盤結構，可以显著降低葡萄珠效應的齣現概率。每一步的微調都需基於具體産品的特性和生産條件，通過實驗驗證來達到最佳的焊接質量和生産效率。在無鉛焊接技術日益普及的今天，對葡萄珠效應的深入理解和有效防治策略，對於保證電子産品質量和提陞製造效率具有重要意義。

【本文轉自公衆號萃華科技CUIHUA，轉載僅供學習交流。】