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不润湿是指在焊接过程中，焊料未能充分覆盖基板焊盘或器件引脚表面，导致焊料与基底金属之间形成较大的接触角（通常＞90°），且未形成有效冶金键合的现象。其典型特征为焊点表面呈现基底金属本色（如铜色、镍色），焊料仅部分附着或呈球状聚集（如图1-1所示）。此问题直接影响焊点的机械强度、热循环可靠性及长期稳定性。

图 1-1 不润湿现象

一、形成机理与核心原因

不润湿的本质是焊料与基底金属间的界面反应受阻，具体原因可分为以下四类：

基底金属表面状态异常

氧化与污染：焊盘或引脚表面存在氧化层（如CuO、NiO）、有机污染物（油脂、助焊剂残留）或金属间化合物（如Au-Sn脆性层）。

镀层缺陷：

ENIG（化学镀镍浸金）：镍层孔隙、磷含量超标（＞8wt%）或金层过薄（＜0.05μm）。

OSP（有机保焊膜）：膜层过厚（＞0.5μm）或受热分解不完全，阻碍焊料浸润。

HASL（热风整平）：焊盘边缘因热应力出现微裂纹，暴露内部氧化铜层。

焊料合金与助焊剂失效

焊料杂质：铝（Al）、镉（Cd）、砷（As）等杂质元素偏析，或焊粉氧化（氧化物含量＞0.2wt%）。

助焊剂活性不足：

活性剂（如有机酸、卤化物）浓度过低或高温分解失效。

焊膏印刷后暴露时间过长（＞4h），助焊剂挥发或吸湿。

再流焊工艺参数偏差

温度曲线异常：

预热区温度不足（＜120℃）或时间＜60s，助焊剂未充分活化。

峰值温度过高（＞245℃）或液态以上时间（TAL）＞60s，加速金属氧化。

气氛控制不当：

氧气含量＞1000ppm（未使用氮气保护），导致焊盘高温氧化。

焊接腔体湿度＞10%RH，水汽与助焊剂反应产生气孔。

设计与工艺适配性问题

细间距器件：模板开口尺寸＜焊盘尺寸（如0.1mm差距），导致焊膏印刷量不足，边缘润湿不良。

混装工艺：BGA与插件器件共炉焊接时，热质量差异导致局部温度不均。

二、影响与风险评估

不润湿对焊点可靠性的影响需结合以下维度评估：

三、系统级解决方案

材料优化

焊盘表面处理：优先选用ENEPIG（镍钯金）或沉银（ImAg），避免纯锡或OSP工艺。

焊料选择：采用SAC305（Sn96.5Ag3.0Cu0.5）合金，控制焊粉氧含量＜0.1wt%。

助焊剂升级：使用高活性免清洗助焊剂（如RA型），增强润湿能力。

工艺调控

温度曲线优化：

预热区：120~150℃，时间90~120s。

回流区：峰值温度235~245℃，TAL＜45s。

氮气保护：焊接过程维持氧气浓度＜500ppm。

设计与工艺适配

模板设计：细间距器件采用阶梯模板（StepStencil），开口尺寸≥焊盘尺寸0.05mm。

印刷参数：刮刀压力0.1~0.2MPa，印刷速度20~50mm/s，确保焊膏填充率＞90%。

过程控制

焊前清洁：使用等离子体清洗机去除焊盘表面有机物。

AOI检测：通过3D激光检测焊点体积，结合润湿角算法筛选不良品。

四、典型案例分析

案例1：BGA边角焊球不润湿

现象：X-ray检测发现BGA四角焊球空洞率＞30%，润湿角＞110°。

根因：模板开口比焊盘小0.15mm，导致焊膏印刷量不足；再流焊峰值温度255℃（超出规格10℃）。

对策：修改模板开口尺寸，降低峰值温度至240℃，空洞率降至5%。

案例2：OSP焊盘润湿不良

现象：引脚焊点呈“缩锡”状，润湿角＞90°。

根因：OSP膜层厚度0.8μm（超标0.3μm），助焊剂活性不足。

对策：更换低厚度OSP工艺（0.3μm），升级助焊剂活性等级，润湿角降至45°。

通过材料、工艺与设计的协同优化，不润湿问题可得到有效控制，从而提升焊点的长期可靠性。

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