IPC-7093 CN 2011 底部端子元器件(BTC)设计和组装工艺的实施.pdf - 第84页
用 规 范 的 评估去 辨 别 是 否 有任何的 残 留 物 仍 然 需要 从最终 产品 的板子中 清除 。 必须 要对 清洗 过程本 身 进 行 分析 ， 以 确保 没 有 清 洗材 料 残 留 在元器件下面。 由 于 BTC 元器件 低 的 外 形和 几 何形 状 ， 清洗 溶 液 可能 渗透 到元器件 底部， 通 常也 不能 完 全 漂 净 ， 取决 于 所 使用 的 化学物品 ， 这 可能会导 致长 期可 靠性 的 问题 。 清…
金、镀锡和镀钯。重要的是要选择与BTC元器
件端子处理能够相匹配的助焊剂和焊料合金。
元器件由于不正确的加热而损坏。所有元器件
都有一个热外露极限。大部分锡/铅兼容的表面
贴装元器件应该能承受220ºC峰值温度，持续时
间60s。无铅BTC元器件可以承受更好的温度，
大约是240-260°C。快速加热引起的热冲击，会
导致某些元器件破裂。但是，各种再流焊炉的
峰值温度是变化的，目的是要在一个
受控既定
的温度曲线下加热焊料，使锡-铅产品焊点形成
温度为210-220°C，而无铅产品为235-245°C。
随着BTC元器件的封装越来越大，翘曲是另外
一个要考虑的问题。平整性对BTC元器件的正
确定位和焊点可靠性来说是重要的。无铅焊接
要求较高的再流温度，可能会引起更多的PCB
翘曲。这些都应该要进行评估。
7.2.8 ⽓相焊接 气相再流焊可为单流体系统
或双流体系统，双流体系统利用主要流体和次
要流体。对于间歇性设
备，使用两次流体的方
法开发工艺，但是现代成线系统一般只运行一
种流体。不管用哪种系统，气相(VP)再流能达
到的最大组装温度取决于选择的主要流体。主
要流体可以有许多温度范围，一般锡铅产品为
218-222°C，无铅产品为235-245°C。同时所有主
要流体能被分类为全氟化碳，它的基本结构(环
状胺或乙醚)决定了其关键性质—使用时的稳定
性、焊膏化学物的可溶性和整个工艺经
济性。
流体的选择通常基于要再流合金的熔点。
对于引用的范围，较低的温度适用于采用标准
连接工艺的典型锡/铅或锡/铅-银合金。该范围
的上限温度允许高铅合金再流焊，通常用于PGA
封装的引线连接。用户面临这样的合金再流焊
接，其已经成功地将两种主要流体混合并将气
相系统设定在特别稳定的沸点。高温会缩短焊
接时间，这对一些焊膏可能是
有利的。
主要气相应该是惰性的，不会产生此后必须清
除的污染物。在流体中融熔的焊膏化学物质被
高沸点蒸汽所携带，然后沉积在板子表面。这种
残留物往往难以去除。减少主要流体中的焊膏
残留将最大程度地提高流体的寿命，避免由于
含有焊膏成份而使沸点升高，并能简化清洗。
次要流体蒸汽覆盖层来源于CFC-113(三氯三氟
乙烷)，一种低沸点氟化材料，其形成一个
低成
本自我牺牲的“盖子”来覆盖成本更高的主要
流体。在两种流体的界面，长期外露在高沸点
的主要流体中会引起次要流体受热分解，产生
HCL(氯化氢)和HF(氟化氢)酸性蒸汽。这些腐
蚀性蒸汽常常会时时侵害焊接设备。虽然理论
上蒸汽会被助焊剂残留物吸收，对高可靠性产
品会产生问题，但相比于对设备的侵害，可靠
性问题是比较罕见的。
随着CFC-113的逐步淘汰，一种低沸点的全氟化
碳被引入替代它。为延长外露在高沸点气相流
体中，第二代的次要流体比CFC-113更稳定。随
着表面贴装技术的发展，更多用户转化至高产出
的成线设备，这就要采用单流体方式的设备。
气相再流焊之后应该清除助焊剂，方法是采用
双极性溶剂配方或包含水清洗配方，这可确保
去除
所有的焊膏残留物。选择清洗工艺要基于
焊膏的合成物，影响该选择的次要因素是兼容
性和PCB上元器件的间距。此外，大 多数公司会
认真考虑使用这类设备存在的潜在化学损失，
因为许多全氟化合物是生命周期长的，使全球
变暖的化合物。
7.2.9 清洗与免清洗 表面贴装产生的残留物
会阻碍PCB焊盘和BTC封装之间的连接。如果采
用低残留、免清洗焊膏，PCB
不用清洗，对BTC
焊接影响很小。随着含有氯氟烃(CFC)材料的
禁用，大部分公司转向免清洗或水溶性助焊剂
方式。
“免清洗”助焊剂和焊料简单地说是指没有有害
残留物留在板上，如果有害残留物留在板上，
会引起腐蚀或损害元器件。残留物有时候是代
表在板子表面外部污染的聚集点。由于有很多
有效且不同种类的免清洗焊膏，
就应该执行应
表7-4 典型的⽆铅焊膏
（SAC305或SAC405）再流焊曲线
曲线参数对流或红外热传递
温度爬升速率 （爬升起始温
度RT到峰值温度）
0.8 – 1.2°C/s
焊膏液态时间 （熔点217°C） 35–80s
峰值温度范围
典型范围235 – 240°C
（最大260°C）
温度下降速率 （峰值温度至
爬升起始温度RT）
典型1 – 2°C/sec
（最大 6°C/s）
备注：具体细节请参考焊膏制造商的建议。
2011年3月 IPC-7093-C
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用规范的评估去辨别是否有任何的残留物仍然
需要从最终产品的板子中清除。
必须要对清洗过程本身进行分析，以确保没有清
洗材料残留在元器件下面。由于BTC元器件低的
外形和几何形状，清洗溶液可能渗透到元器件
底部，通常也不能完全漂净，取决于所使用的
化学物品，这可能会导致长期可靠性的问题。
清洗组装指南可参考IPC-CH-65和IPC-9201。
7.2.10 封装间隙⾼度 封装间隙是决定BTC焊
点可靠性的主要参数之一。BTC封装间隙高度
定义为封装基材底部的焊盘与PCB表面的焊盘
间的距离。这个距离变化取决于焊盘的焊膏量。
当BTC元器件焊接到板上时，焊膏材料里的助
焊剂和溶剂会从合金里分离出来。再流焊接之
后，间隙高度大约为原始焊膏厚度的50％。所有
BTC元器件的封装间隙高度在工艺建立过程中
应该加以验证。推荐建立工艺以确保具体元器
件的间隙高度。
封装间隙高度也受焊膏的类型和颗粒百分比含
量、PCB表面处理和
再流曲线的影响。间隙高度
与焊盘直径成反比，例如焊盘直径增加，间隙高
度降低。对于非阻焊限定(SMD)焊盘，焊盘
周围阻焊膜的减除会降低间隙高度，因为焊料
会沿导体以及焊盘的边缘湿润。如图7-12所示。
此外，该图显示无铅焊料，SAC-305的焊膏不是
那么容易流进接地焊盘散热导通孔内。X-ray照
片确认只有很小量的焊料真正流入接地焊盘导
通孔；可看到有一些空洞
存在但是没有危及散
热或可靠性。
决定再流焊后BTC封装与PCB的间隙高度的因素
包括BTC封装的重量、焊膏量、焊盘尺寸和焊
盘结构(阻焊限定或非阻焊限定)。然而，对于多
I/O端子封装来说，封装重量对间隙高度的影响
较小。
对QF元器件来说，焊点的间隙高度直接与散
热焊盘焊膏的覆盖量和带有外露焊盘BTC元器
件底部导通孔类型有关。PCB组装研究表明，
随着焊膏覆盖量的增加和散热焊盘区域内导通
孔的填塞，封装的间隙高度也相应增加。封装
间隙高度会随焊膏的润湿量或PTH孔内流入量
而变化。开窗导通孔会使焊料轻易流入PTH内
而减少封装的间隙高度，而填塞导通孔由于孔
两端被填塞阻止了焊料流入孔内。此外，对于
开窗导通孔设计来说，导通孔数量及其表面处
理后孔的大小，也会影响间隙高度。
间隙高度也受组装过程使用的焊膏类型和活
性、PCB厚度及表面处理
和再流曲线的影响。
达到50μm厚的焊点有助于改善板子的可靠性。
IPC-7093-7-12-cn
图7-12 SAC合⾦流动特性
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建议堵塞孔焊膏覆盖率至少达到50％，侵入型
孔至少达到75％。
填充的形成也与PCB焊盘尺寸、印刷焊膏体积
和封装间隙高度有关。大部分BTC元器件推荐
的焊盘尺寸和模板开孔比例为1:1，如果封装间
隙高度不过大的话，将提供足够的焊料填充成
型。由于可用的焊膏有限，较高的间隙高度-受
控于散热焊盘上的焊膏覆盖率-可能没有足够的
焊膏量来保证填充成型。相反，如果间隙高度
太低，就
会形成大而凸的填充。如图7-13所示。
该图同时也表明，虽然引线末端没有镀层，当
这些元器件安装在PCB时，引线焊盘图形伸出
封装引线并以1:1为周边引线开孔时，依然会有
焊料填充。因为居中的焊膏覆盖率和导通孔类
型已表明对封装间隙高度有很大影响，必要的
焊膏量对创造最佳填充是必要的。封装间隙高
度和PCB焊盘大小将确定所需的焊膏量。
如果焊料流出无法避
免，元器件可以安装在组
件正面(或最后工序)，因为 流出的焊料会影响
PCB板另外一面的可接受焊膏印刷。
7.3 SMT后制程 再流焊接之后有几个制程需
要考虑。其中一些在后面的章节中有说明，要
求不同程度的小心操作以保持组装的完整性。
7.3.1 敷形涂覆 对于BTC类型封装元器件，
使用敷形涂覆要特别注意。涂覆材料会流入封
装底部，造成热迁移期间涂覆材料在Z轴方向膨
胀引起
焊点早期失效。
7.3.2 底部填充胶与粘合剂的使⽤ 底部填充
胶和粘合剂(边缘和/或边角粘合)可以延长焊点
受振动和冲击时的寿命。PCB设计使用阻焊膜使
得BTC与PCB间的间隙高度太小，导 致大部分底
部填充胶不能有效地扩散到元器件底部。推荐
用样品评估测试来决定这些材料对实际应用和
电子组件使用寿命来说是适用的还是必需的。
7.3.3 板⼦和模块分割 在机械分板制程中，
应力可作用在要冲压或分割区域的焊点上。机
械切割设备供应商应该推荐规范来说明限制作
业的区域。激光切割分板因其非接触方式切割
而受欢迎，但是激光系统成本较贵。
7.4 检验技术 检验PCB上的BTC元器件，通
常是通过使用穿透式X射线设备来完成的。在多
数情况下，不会进行100％检验。通常X-ray检测
是用来建立工艺参数，然后监测生产设备和工
艺过程。有许多种不同类型和功能的X-ray设
备
可用。X-ray检测系统 特 性 有 手动和自动检测
的(AXI)。
不同的系统也提供了单尺寸或多尺寸检测能
力。在过再流焊接工艺时，取决于BTC元器件的
尺寸和重量，可利用表面张力进行自我对准。
因此，BTC不可能出现微小偏移。如果确实有
偏移发生，很有可能是涉及整个焊盘。这种效果
使得有可能在再流焊后进行粗略的外观对准检
验。可 借助于PCB上的基准点来进行外观检验，
在任何返工过程中也可采用手工辅助贴装。
7.4.1 X射线使⽤ X射线检验通常用于：当有
高比例焊点隐藏不可视时，和有许多不可测试的
焊点时。不可测试焊点的例子包括冗余连接、
背对背BTC元器件(其外连导通孔不可及，同时
没有足够的空间允许有额外测试点)。使用X射
线检测方式可作为所选测试方法的补充，并能
将结果迅速反馈给生产线；然而，焊点连接情
况在X射线下不是一定能观测到，
因此就需要其
它测试方法能证实其金属间连接。
根据所使用的X射线系统的能力，X射线可以检
测出与焊料相关的不良，比如桥接、开路、少
锡和多锡。通常来讲，X射线不作为确认好焊点
的一种可靠检验技术，尤其会导致间歇性接触的
那些边际焊点。其它不良类型如无锡、偏移、
封装爆米花等也能鉴定。除了不良探测，X射线
也用于焊料体积和焊点形
状的趋势分析。
7.4.1.1 X-ray图像的获得 实时X-ray检测系统
采用X射线源和侦测系统，侦测系统将不可视的
图7-13 组装后接触脚焊点和DAP焊点外形对⽐
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