銳德對流焊接系統的氮氣氣氛技術可防止焊接缺陷

在迴流焊接系統製造商中，包括銳德熱力裝置有限公司經常會被問到：“氮氣氣氛的好處是什麼？”

下面我們將就典型缺陷情況進行探討，涉及錫球現象、錫珠現象、空洞現象、錫須現象、葡萄球現象、枕頭效應、溼潤不良和立碑現象。

所選擇的焊接氣氛可能會引起或加速各種焊接缺陷的產生，但同時也可以防止或減少此類情況的發生。銳德熱力裝置有限公司的Vision系列的對流焊接系統選用空氣或氮氣。

錫球現象/錫珠現象

器件兩端（晶片）上出現錫球或錫珠是一個很常見的缺陷，因此被稱為焊珠現象。位於器件下方的焊料顆粒會透過焊縫從器件被擠壓出來而形成錫珠。如在氮氣氣氛中進行迴流焊接，無論使用哪種錫膏，錫珠數量都有所減少。似乎是由於錫膏中的焊料顆粒更好更快地融合均勻。無氧環境能夠防止焊料顆粒表面形成阻礙熔合的氧化膜。這降低了單個焊料顆粒滲入晶片下方間隙的機率。

空洞現象

類似地，QFN焊接中的低空隙——也就是所謂的空洞，這是由於焊盤表面在氮氣條件下有良好的潤溼。焊料快速潤溼可以更有效地排出迴流焊熔融狀態下產生的氣體。但是，上述結果並不適用於所有焊點。

葡萄球現象

助焊劑的效能是不斷變化和改進的。然而，在迴流焊曲線分析中諸如冷熱坍塌的經典特性扮演重要角色。在此，液相線以上的時間和升溫梯度並不是唯一的決定性因素。在微型化器件過程中，錫膏顆粒大小也起著一定的作用。直徑越小，就越需要助焊劑的“保護”。保護性助焊劑由於在預熱區域的“滲出”（熱坍塌性）而從錫膏顆粒中消失後會氧化並隨後重新熔化，但不再與錫膏熔合。氧化層密不透風，外觀酷似一串葡萄，因此得名葡萄球現象。惰性氣氛擴大了製程適用範圍，但並沒有完全消除助焊劑的影響。

（1）Rehm技術中心的葡萄球缺陷影象

枕頭效應

枕頭效應是由BGA錫球上的一層氧化層造成的，該氧化層阻止了錫膏顆粒的熔合。通常，BGA本體或PCB板彎曲變形會導致錫膏沉積與BGA錫球分離。助焊劑活性不足導致錫球上形成氧化層，即使它“浸”入重新熔化的錫膏沉積物中，也無法跟錫膏沉積物“熔合”。由於此時助焊劑已用完，氧化層不能再還原，也沒有辦法接合成功，形狀類似於一個人的頭靠在枕頭上（因此成為枕頭效應）。用惰性氣氛（N2或汽相）防止分離過程中的氧化，則錫膏沉積物和錫球可以熔合。然而，此過程仍需要助焊劑保持一定的活性。同時，惰性氣氛也保護了助焊劑，因為要還原的氧化物減少。

（2）該影象顯示了Rehm技術中心BGA球的枕頭效應分析

溼潤不良

氮氣下良好的潤溼條件通常導致焊料更好地擴散出來，並防止焊接表面溼潤不良引起的焊接缺陷（IPC 610），這一點眾所周知，但並不總是能達到預期的焊接效果。晶片焊接的其中一個特點就是會形成彎月面。焊料的凸起高度可作為一種質量特性。在氮氣下觀察到的潤溼高度可能比在空氣下低。換言之：非潤溼面積（間隙）增大。實際上是由於焊料在氮氣下更好的擴散開來。焊料必須克服其重力來連線元件，因此PCB焊盤更容易被潤溼；此外，擴散情況較好時，球體高度較低。因此，器件連線處可能會凸起的焊料較少。

立碑現象

立碑現象是由器件兩端焊料潤溼時間不同造成的。如果其中一個焊點在另一個焊點之前熔化，液體焊料的潤溼力和表面張力會使元件拉直。隨著時間推移，器件焊料不斷熔化，第二個焊點焊料沉積物隨後不再能夠與器件連線起來。在氮氣氣氛下，迴流焊接後經常觀察到立碑數目增加。出現這種情況也是由於潤溼情況太好，增大了兩個元件連線之間的潤溼時間差。但是，與其他影響因素的互動作用也有很大影響。

（3）立碑形成階段（ 圖片：Rehm Thermal Systems）