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回流焊过程中焊料球的成因及对策

摘要：随着高密度和细间距封装技术的发展，以及无铅焊接的高温工艺和材料的更替，使得焊料球成为一个关键的问题。焊料

球是指焊接过程中，焊料由于飞溅等原因在电路板的不必要位置形成分散的小球。这种小球会在电路板的两个相邻部件（例如

导线，焊盘，引脚等）之间产生电流泄漏，造成电气噪声，甚至短路，并带来长期的可靠性隐患。另外，在对它们进行处理过

程中，也可能会影响相邻的部件的性能。本文将主要讨论焊料成球的原因，及其对组装的影响，并提出解决办法。

通孔波峰焊接和回流焊接是电子组装互连的两种主要基本方式。其中SMT具备高可靠性、高产量以及

低成本的特点，在近20年内受到广泛的欢迎和得到飞速的发展。但是，不恰当的回流曲线设置，不合理的

材料选择，以及较差的焊接环境等因素可能导致很多的焊接缺陷，最终可能导致长期的可靠性问题。常见

的主要焊接缺陷包括：较差的润湿性（缺焊，冷焊，空焊），焊料球、锡珠、立碑、元器件开裂、过度的

金属间化合物生长，焊点空洞等等。因此，通过了解产生各种缺陷的基本原理，从而进行合理的材料工艺

组合和优化，可以提高组装焊接的质量和确保其长期可靠性。

随着高密度和细间距封装技术的发展，以及无铅焊接的高温工艺和材料的更替，使得焊料球成为一个

关键的问题。焊料球是指焊接过程中，焊料由于飞溅等原因在电路板的不必要位置形成分散的小球。这种

小球会在电路板的两个相邻部件（例如导线，焊盘，引脚等）之间产生电流泄漏，电气噪声，甚至短路，

带来长期的可靠性隐患。另外，在对它们进行处理过程中，也可能会影响相邻的部件的性能。本文将主要

讨论焊料成球的原因，及其对组装的影响；旨在为控制焊料球的形成提供一定的解决方案，从而提高电子

组装的可靠性。

焊料球的位置及其成因

焊料球常见于元器件引脚周围以及在引脚和焊盘的间隙等地方，有些也出现在离焊点很远的位置。它

们一般成群地，离散地，以小颗粒状出现。其产生的主要原因是在金属焊点的形成过程中，熔融的金属合

金的飞溅所致。

在回流焊接过程中，熔融助焊剂的蒸发速度过快会容易引发融熔锡合金的飞溅。飞溅过程中，部分小

滴焊料会随焊剂一起喷射，被从主体焊料中分离出来，最终留在焊点周围。因此，焊剂载体中较高的溶剂

比例，或者由于为适应无铅高温工艺使用的高沸点溶剂过量，以及加热不当等，都会使焊料球产生的可能

性大大增加。

被焊接的表面或者锡膏中的锡粉氧化程度太高，或者锡粉的缺陷也容易导致焊料球的形成。氧化和表

面的物理缺陷使得整体内的各个部分的受热升温、化学反应等过程不一致，继而焊剂的热行为也受到很大

的影响，最终导致焊料球的形成。

较低的焊膏黏度更容易引起较多飞溅，这是因为外表液滴和主体亲和力小，在助焊剂的帮助下，容易

形成细小球状颗粒而飞出。内部气泡的压力超过熔融焊料的表面张力，在气泡破裂的时候，带走更多的颗

粒。但是如果气泡留在焊料内，又容易形成空洞。

周围的环境也会影响焊料球。例如外界（工作环境）较高的湿度，而锡膏溶剂体系中一般含有多元醇

醚类物质，具备亲水性和吸湿性。又如不当的锡膏回温过程（从冰箱中拿出锡膏，过早地打开瓶盖，导致

水蒸气凝聚），也会导致过多的水分被锡膏吸收，从而在焊接过程中引起锡膏飞溅。操作房间内的高温会

使焊膏黏性变低，同样会促成焊料球的形成。

另外，剧烈的加热或者冷却，导致合金和焊剂状态变化太快，尤其是对于无铅高温工艺，也会加速焊

料球的形成。

所以，回流温度曲线是决定焊料球形成的一个重要参数。回流焊过程中的不同阶段，会导致不同的问

题。升温阶段是非常重要的，应该很小心地设计和调整，以免焊料球的产生。同时，升温阶段对于其他缺

陷——如桥连、立碑、空洞、焊料抽芯等——的控制也至关重要。冷却阶段也不能忽视，较低的冷却温度

速率（其温度高于金属合金的熔点），会导致金属间化合物的生长，而较快的冷却则会产生内在压力和元

器件的破裂。

最后，锡膏中如果含其他低沸点物质以及杂质等，也可能会引发大量的气泡，也有助于焊料球的形成。

测试试验

为了更好的理解回流过程中焊料球的形成，根据IPC-TM-6502.4.43，我们对锡膏进行了焊料球的测

试。同时表征了实际回流过程中锡膏的基本性能特点。通过观察焊料球的尺寸和焊点周围焊料球的数量、

残渣的颜色、助焊剂的活性以及焊料球的亮度，有助于进一步分析和了解这种缺陷的成因和对策。

采用60´60´0.6mm的陶瓷基板用作印刷基板，因为其成分是Al2O3陶瓷,所以看作是不润湿的基板。

采用均匀加热的热板对