SMD器件翼型引腳氧化問題的研究與解決

摘　要： SMD器件高密度封裝翼型引腳，在某種原因下引腳產生氧化，對SMD器件的可焊性以及焊接質量造成影響。為了更好地分析并解決此類問題，對在特定情況下，使用非常規性的處理，去除引腳氧化的工藝方法進行了詳細闡述，并介紹了焊接后焊點檢查和試驗驗證的情況。在此基礎上，通過TSOP芯片的具體案例，詳細描述了工藝流程和操作技巧，為解決SMD器件高密度封裝翼型引腳氧化問題提供解決方案，供業界同行參考。

關鍵詞： 焊接；翼型引腳器件；氧化問題

隨著電子制造行業的飛速發展，越來越多的小封裝尺寸、細引腳間距和新型封裝材料的集成電路器件被廣泛應用到實際電路中，使電子產品達到體積小、質量輕和功能全的效果。高密集型器件的廣泛應用，對電子產品制造的可靠性提出了越來越高的要求。特別是對濕度敏感的器件有著細致的規定，如果儲存條件不達標或者器件超過使用期等，就有可能造成器件引腳氧化，導致其可焊性差或根本無法焊接，這種情況將直接導致印制板組件焊接質量的不可控，同時造成嚴重的經濟損失[1]。因此，我們必須深入分析器件引腳產生氧化的原因，采取預防和解決措施，以保證電子設備產品的整體焊接質量。

1 技術難點

一般新采購的器件，若在入廠復驗時就發現問題，會及時要求供貨方更換；而當預先采購的器件由于種種原因，器件引腳產生氧化現象，又沒有其他的器件可以替代時，就需要對引腳氧化器件進行一些非常規性的處理。在這種非常規處理中會存在以下幾點技術難點。

1）如果SMD器件引腳氧化程度較輕，不經處理，經過多次修復可能會使焊點潤濕程度得以改善，但是由于加熱次數太多，加工后的產品必然存在一些隱患。而引腳氧化稍微嚴重一些的，采取簡單的重復焊接方式不能起到可靠焊接的目的。

2）由于SMD器件引腳密集且材料較軟，若采用以往處理分立元器件引腳氧化的方法，會使引腳受力導致變形影響焊接質量。特別是引腳底部焊接面的氧化層，去除時更不方便進行操作。

3）處理過引腳氧化層的芯片要想焊接良好，就要對每個引腳進行搪錫。因為每個引腳加熱次數是有限制的，所以搪錫的量要掌握好。搪錫量過多就需要撤錫，搪錫量過少，則需再搪一遍。這樣不僅工作效率低而且芯片質量可能受到影響，埋下隱患。

4）氧化的芯片采用手工焊接時，一般先將其他貼裝器件完成回流爐焊接后，再焊接氧化的芯片。但是過完回流爐后未焊芯片的焊盤若處理不當，就會造成氧化，在后續焊接時，不上錫，影響焊接質量。

2 加工技巧

2.1 原因分析

對于SMD器件引腳表面的氧化物（主要為銅、錫表面氧化層）的研究表明，高溫高濕是形成氧化層的主要原因，而造成SMD器件引腳吸潮氧化的原因是在空氣中暴露的時間過長，或者超過器件的極限存貯周期?？赡茉斐缮鲜鰡栴}的環節，按生產全過程順序依次為采購、復驗、庫存、電子裝聯和轉運等多個環節，具體情況如下：

1）過早采購造成器件在庫房中超期存儲，或采購的器件已接近存儲極限周期，使SMD器件引腳在后續工序中極易吸濕氧化；

2）器件入廠復驗時，若拆開原包裝，導致器件暴露在空氣中，使之容易吸濕，時間一長引腳氧化就不可避免；

３）庫存環節不滿足器件存放的要求，缺少相應的除濕設備，或庫房長期處于一個潮濕的環境，就不可避免地會吸濕氧化；

４）每一種SMD器件都有自己的車間壽命，即SMD拆封后，放置在焊接操作間環境中允許的最長時間，如果超過這個時間，期間引腳很容易產生氧化；

５）各個環節之間的銜接是否緊密合理，如果銜接不合理，很容易使器件長時間存放在庫房或放置在生產現場，這樣會間接造成器件引腳氧化。

2.2 方案選擇

在分析SMD器件引腳氧化問題產生原因以及去除氧化技術難點的基礎上，我們確定了翼型引腳可焊性檢查及去除氧化加工操作的工藝方案，如圖1所示。

2.3 工藝設計

1）首先，對于待裝焊器件引腳進行外觀檢查和首件試焊，通過檢查確定引腳不易焊接的器件，引腳已經氧化的高密度封裝器件，根據試驗結果和器件外形尺寸確定解決方案。根據檢測報告的氧化程度采取相應的處理方法。

2 ）對于器件超期復驗的可以送指定復驗單位檢測，對引腳進行可焊性分析。 按照GJB360B.208-2009《電子及電氣元件試驗方法.可焊性試驗》進行檢測，在檢測器件引腳上錫情況時，同時要考慮引腳上錫時的速率要和回流焊接時的速率應一致。

3）對于輕微氧化的高密度封裝元器件，可以采用高溫真空烘烤方法解決。吸濕氧化宜采用的不同烘烤方式見表1。經過適當的烘烤后，輕微氧化器件能夠滿足焊接質量要求。

4）對于引腳氧化較嚴重的翼型引腳，應對引腳進行搪錫處理。由于高密度封裝器件引腳間距密，且引腳非常脆弱，處理不當會使引腳變形或損壞，必須要使引腳承載在專用工裝上進行操作。

5）在使用工裝對高密度封裝器件引腳采取手工搪錫處理時，搪錫的方法和時間溫度的選定十分重要。對搪錫后的器件，必須逐一引腳進行檢查，氧化嚴重的要在顯微鏡下對其引腳進行特殊處理，確保器件的可焊性。

6）分析解決器件貯存的有效措施和環境條件，從源頭抓起，確保器件的使用質量和可靠性。采購人員采購器件時，應特別關注芯片的生產批次和采購時間。檢驗人員檢測時應盡可能少地破壞原包裝，避免在檢驗階段造成器件吸濕氧化。

7）按照相關標準的要求，庫房和電裝生產現場的環境應保持在合適的溫濕度，為了避免這種高密度封裝元器件的氧化問題，對元器件必須進行抽真空包裝，儲存在恒溫低濕的干燥柜中。

2.4 實施案例

某電子產品生產過程中，按照設計文件要求，選用了高密度封裝翼型引腳的flash芯片，如圖2所示。由于某種原因致使其引腳發生氧化。由于該器件已更新換代，臨時更換其他廠家或牌號，已無法滿足任務進度要求。為確保產品焊接質量，減少浪費，我們做了大量的工藝試驗，通過實踐總結出以下解決方法和加工技巧，確保了產品焊接質量和生產進度。

2.4.1 對flash芯片翼型引腳進行可焊性檢查

首先選取5只器件，用可焊性測試儀對其翼型引腳進行分析，結果證明器件引腳氧化，可焊性不合格。

2.4.2 去除翼型引腳氧化層

一般在處理引腳上的氧化層時，是用繪圖橡皮輕輕擦引腳上氧化物，而此時引腳底部焊接面的氧化層無法正常清除，使局部不易上錫造成潤濕角不良形成虛焊。如果將芯片翻過來對其底部焊接面進行擦拭，就會使芯片引腳受力而變形，造成芯片無法焊接[3]。為了解決在去除氧化層過程中引腳受力問題，我們根據芯片引腳外形做一個工裝，如圖3所示。在去除氧化層時將芯片翻過來搭載在工裝槽內，如圖4所示，再用繪圖橡皮輕輕擦拭，要順著引腳方向擦。

2.4.3 對翼型引腳進行搪錫處理

由于芯片引腳密集，搪錫量過多就需要撤錫，搪錫量過少，則需再搪一遍。這樣會使芯片加熱次數增多，不僅工作效率低，而且芯片容易存在隱患。為了很好地解決這個難題，必須將芯片翻過來搭載在工裝槽內（工裝槽大小要能夠放兩個芯片），槽內的前端放入待使用產品芯片，后面可放一片報廢的芯片（要做好區分標記）。并將芯片固定在工裝上防止在搪錫時芯片移動導致引腳受力，如圖4所示。用拖焊的方法對其引腳進行搪錫，將多余的焊錫拖到報廢的芯片上。這樣可保證一次搪錫成功既能減少芯片加熱次數，又能使每個引腳搪錫均勻。用40倍放大鏡對搪錫后的芯片翼型引腳逐一進行檢查，對個別引腳氧化器件，氧化層沒有去除干凈的，再放到工裝槽內用專用工裝輕輕刮除，刮時不能使引腳表面產生明顯刮痕。

2.4.4 印制板上芯片焊盤處理

一般焊接芯片的電子產品上還會有許多貼片元器件。在不影響手工焊接芯片的前提下，先將其他貼片元器件過完回流爐后，再焊接去除引腳氧化的芯片，為了防止過完回流爐后，待焊芯片的焊盤氧化，可先將芯片的焊盤上刮上錫膏。在過完回流爐后將焊盤上的焊錫清除干凈，準備焊接時使用。

2.4.5 芯片手工焊接和清潔處理及檢查

芯片引腳經過氧化層處理和搪錫后，應一次性焊接成功，焊接時間不能大于3 s。在選用烙鐵頭和焊劑時也要嚴格把關。為了保證一次性焊接成功，應將芯片和印制板組件放在顯微鏡下進行焊接。這樣在拖焊的過程中就能直觀地看到焊錫融化和凝固，以保證形成良好的潤濕角，焊后及時檢查與清理多余物，并對每一個焊點進行檢查，確保焊接質量。

2.5 注意事項

進行去氧化處理時，器件引腳一定要搭載在工裝上，以免使引腳產生變形，以及在刮除氧化層和搪錫時對引腳造成損傷。

去除芯片引腳氧化層并對芯片進行焊接以及檢查時，均應在顯微鏡下進行操作，以方便檢查氧化層去除的情況和焊點成型，并符合航天標準要求。

3 效果

1）采用以上工藝方法焊接后的芯片,經外觀檢查，元器件引腳沒有變形損壞現象。在40倍放大鏡下進行焊點檢查，引腳潤濕良好，沒有虛焊現象，如圖5所示。

2）為了防止引腳底面與焊盤接觸不良，制作工藝樣件，通過低電阻測試儀測量器件引腳與焊盤之間的電阻，如圖6所示，測量電阻值為0，對于測量完成的樣件，按照產品使用條件見表2，進行溫度循環試驗，試驗后再次對引腳與焊盤之間測量接觸電阻，測量電阻值沒有變化，說明焊點沒有虛焊。

3）對于溫度循環試驗后的flash芯片進行焊接牢固性檢測，將芯片引腳與焊盤脫離開，以便觀察引腳底面與焊盤的焊接情況。試驗時共選擇了2個手工焊接的芯片，將一端用手術刀片從本體與引腳的接觸面劃斷，將本體立起來，用拉力機進行拉力試驗，試驗結果見表3。

通過顯微鏡觀察拉脫后的器件引腳底面，底面錫量飽滿,如圖7所示，不存在少錫和缺錫現象，沒有發現氣泡和大面積針孔，焊接質量滿足相關標準要求。

4）焊后產品進行性能指標測試，符合設計文件要求，交收和例行試驗考核合格，證明對flash芯片高密度封裝翼型引腳氧化問題采取的加工方法和解決措施正確有效。

4 結束語

對于SMD翼型引腳器件的吸濕氧化問題，應從采購、入廠復驗、庫房保管和生產裝配各環節加強防護，以免類似問題發生。而在器件引腳出現吸濕氧化現象時，不要急于做出能否焊接的結論，應根據有關標準要求，采取針對性的措施和試驗驗證，找出應對高密度封裝翼型引腳氧化問題的解決方案和工藝方法，在確保產品質量的前提下，處理好產品質量與生產進度以及減少浪費的多重關系。

參考文獻：

[1]史建衛.SMT車間物料管理[J].電子工藝技術,2011,32(2):121-124.

[2]陰建策.表面貼裝器件引腳氧化的處置和預防[J].電子機械工程,2011,27(2):43-45.

[3]陰建策,陸偉,陳甲強.CQFP器件高可靠組裝的實現[J].電子工藝技術, 2014,35(4):230-233.

（end）

關聯閱讀：

精品論壇賽事培訓

歡迎在文末留言討論。