出去，使元件處于涼爽溫度。焊點內(nèi)空洞會干擾傳熱，使元件發(fā)熱，縮短LED使用壽命。眾所周知，在這些熱焊盤上焊膏引起的空洞是一個常見問題。

已開發(fā)了一種新工藝，首次印刷焊膏，干燥焊膏，然后在原有的焊膏沉積上印刷新焊膏，再使用標(biāo)準(zhǔn)回流焊方式回流焊組件。本文討論的印刷和回流焊工藝參數(shù)包括干燥溫度、模板厚度、開孔尺寸、間距、焊膏坍塌和空洞量的減少。

引言

傳統(tǒng)的電燈照明使用白熾燈泡，電流加熱金屬燈絲直到發(fā)光。這種技術(shù)在19世紀(jì)初首次嘗試，并一直持續(xù)到20世紀(jì)末，Thomas Edison和他的合作伙伴才成功實現(xiàn)了商業(yè)化。雖然這項技術(shù)一直在改進，但是即使在今天，燈泡的發(fā)光效率仍很低，大多數(shù)的電功率被轉(zhuǎn)換為熱量，而不是光。由于燈絲的脆弱性，燈泡的壽命也是這項技術(shù)的一個缺點。由于這些原因，最近的趨勢和法規(guī)推動了更有效的照明技術(shù)。

一個流行的解決方案就是使用發(fā)光二極管（LED）代替?zhèn)鹘y(tǒng)燈泡。LED沒有燈絲燈泡脆弱，壽命更長。LED比傳統(tǒng)燈泡更高效、更節(jié)能，轉(zhuǎn)換為熱量的能量消耗也更少。然而，它產(chǎn)生的熱量對于LED照明制造商來說還是一個重要問題，芯片產(chǎn)生的熱量必須能夠逃逸，保持芯片涼爽，否則將縮短LED的壽命。

根據(jù)Bergquist公司數(shù)據(jù)，今天照明行業(yè)最常見的是3 W或5 W的LED。正朝著10 W的高功率照明解決方案發(fā)展。隨著這些更高功率元件的應(yīng)用，將產(chǎn)生更多的熱量。在PCB上貼裝超過1 W功率的LED是很常見的，它比簡單地通過有引線器件的引線傳熱效果更好。

隨著底部焊端元件的應(yīng)用，如大功率LED，元件產(chǎn)生的熱量通過其底部的熱焊盤傳走。連接焊盤到基板的焊點把熱量傳到基板，使熱量遠離元件。在這個焊點內(nèi)，空洞會干擾熱量直接傳向基板，產(chǎn)生熱點。在大功率LED中，這可能會導(dǎo)致LED輸出顏色的變化，也縮短元件壽命。

已成功開發(fā)出抑制這些熱焊盤上的空洞的一種新方法。首先，以正常方式在焊盤上印刷焊膏。然后，基板通過一個低溫爐干燥焊膏。然后再在印刷機上二次印刷同一塊基板，焊膏直接印刷在第一次印刷沉積的焊膏頂部。

該實驗的重點是焊膏印刷，然后是在基板上干燥，再有就是在首次印刷的焊膏頂部進行二次印刷。如果兩次印刷都使用相同的模版，那么干燥過程中，焊膏絲毫不能坍塌，否則模板將不能很好地與基板密封。在經(jīng)濟上，如果相同的模版可以用于第一次和第二次印刷，在印刷過程中模板沒有損傷，這將是最好的方案。

理論上可能發(fā)生兩種可能性：

1）首次印刷的焊膏在干燥過程中不坍塌。第二次印刷期間，模板與基板很好地密封，更多的焊膏被強制沉積，在實際的回流前進行密實的焊膏沉積。此沉積比首次印刷將有更多的金屬含量。由于首次沉積的焊膏以經(jīng)干燥，焊劑含量將不會顯著增加。實際上，焊劑的揮發(fā)性成分已大大減少，因為首次印刷焊膏中的焊劑揮發(fā)物在干燥過程中已經(jīng)揮發(fā)，而二次印刷增加的揮發(fā)物較少。

2）首次印刷的焊膏在干燥過程中坍塌。這會導(dǎo)致在印刷區(qū)域之外產(chǎn)生焊料顆粒，致使模板與基板密封不良。新焊膏完全印刷在首次印刷的焊膏沉積的頂部。

從理論上講，其中任何一種可能情況都對減少最終焊點中的空洞是有益的。在第一種情況下，在回流焊前，更多的金屬含量被增加到焊點，沒有顯著增加更多的焊劑。這可以與涂覆焊劑的焊料預(yù)制件得到的焊點相比。

第二種情況下，模板與基板之間的密封不良，提供了一個增大焊點體積的機會。更高的元件托腳為焊膏排氣提供了更大的空間。

為了進一步研究這種干燥焊膏然后二次印刷焊膏以減少空洞的方法，進行了如下實驗。

實驗1—坍塌檢測實驗

本實驗使用了兩種焊膏。一種是低空洞的無鹵焊膏（A），另一種是低空洞的含鹵焊膏（B）。

在印刷前，注意到焊膏A比焊膏B具有較高的粘度，在輕輕攪拌和手工轉(zhuǎn)移到模板時，感到堅硬。

采用焊盤尺寸0.010″×0.050″并OSP處理的基板，在所應(yīng)用區(qū)域，模板開孔和焊盤尺寸比為1∶1。模板厚度為0.004″。印刷焊膏的基板分別在125 ℃、150 ℃和180 ℃的對流回流爐中烘烤四分鐘。理論認為，較高的烘烤溫度，將使更多的焊劑排氣，這將是首選。然而，也有理論認為，較高的溫度烘烤會導(dǎo)致在烘烤過程中更多的焊膏坍塌。

結(jié)果

由于現(xiàn)有可用烘箱的局限性，最低溫度烘烤條件為125 ℃。可以看出，即使在這個最低烘烤條件下，兩種焊劑都仍然有一些鋪展。應(yīng)該指出的是，這兩種焊劑都按IPC-TM-650通過了J-STD-005坍塌試驗要求。看到的坍塌不足以引起橋接問題。然而，焊膏的鋪展足以引起在烘烤過的基板上二次印刷時，相同的模板將不會形成與基板的合適密封。

對烘烤前后的焊膏寬度進行測量。由于數(shù)據(jù)分散，目前尚不清楚，是否哪一種烘烤條件就比另一種更好地防止坍塌，都表現(xiàn)出非常相似的結(jié)果。乍一看，照片中的125 ℃烘烤條件看起來比其他條件的還要差。使用焊盤大小作為參考點，這種情況的坍塌沒有其他情況的差。

實驗2 -二次印刷實驗

利用現(xiàn)有的實驗室資源，焊膏A和焊膏B分別印刷在QFN測試板上。由于小間距I/O開孔的QFN設(shè)計，這會是發(fā)生有關(guān)坍塌和橋接的最壞情況。

印刷每種新鮮焊膏到測試板，對新鮮焊膏進行拍照。然后在125 ℃條件下烘烤，并分析基板。然后在基板進行二次印刷。