幾種SMT焊接缺陷及解決措施

1、幾種smt焊接缺陷及解決措施1引言表面組裝技術(shù)在減小電子產(chǎn)品體積重量和提高可靠性方面的突出優(yōu)點，迎合了未來戰(zhàn)略武 器洲際射程、機動發(fā)射、安全可靠、技術(shù)先進的特點對制造技術(shù)的要求。但是，要制定和 選擇適合于具體產(chǎn)品的表面組裝工藝不是簡單的事情，因為smt技術(shù)是涉及了多項技術(shù) 的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其小任何一項因素的改變均會影響電子產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。元器件焊點 的焊接質(zhì)量是直接影響印制電路組件（pwa）乃至整機質(zhì)量的關(guān)鍵因素。它受許多參數(shù)的 影響，如焊膏、基板、元器件可焊性、絲印、貼裝精度以及焊接工藝等。我們在進行sm t工藝研究和生產(chǎn)中，深知合理的表面組裝工藝技術(shù)在控制和提高smt生產(chǎn)質(zhì)量中起到至 關(guān)

2、重要的作作。本文就針對所遇到的兒種典型焊接缺陷產(chǎn)生機理進行分析，并提出相應(yīng)的 工藝方法來解決。2幾種典型焊接缺陷及解決措施2.1波峰焊和回流焊中的錫球錫球的存在表明工藝不完全正確，而且電子產(chǎn)品存在短路的 危險，因此需要排除。國際上對錫球存在認可標準是：印制電路組件在600范圍內(nèi)不能出 現(xiàn)超過5個錫球。產(chǎn)生錫球的原因有多種，需要找到問題根源。2 .1.1波峰焊中的錫球波峰焊中常常出現(xiàn)錫球，主要原因有兩方面：第一，由于焊接印制 板吋，印制板上的通孔附近的水分受熱而變成蒸汽。如果孔壁金屬鍍層較薄或有空隙，水 汽就會通過孔壁排除，如果孔內(nèi)有焊料，當焊料凝固時水汽就會在焊料內(nèi)產(chǎn)生空隙（針眼）, 或擠出焊

3、料在印制板正面產(chǎn)生錫球。第二，在印制板反面（即接觸波峰的一面）產(chǎn)生的錫 球是由于波峰焊接屮一些工藝參數(shù)設(shè)置不當而造成的。如果助焊劑涂覆量增加或預(yù)熱溫度 設(shè)置過低，就可能影響焊劑內(nèi)組成成分的蒸發(fā)，在印制板進入波峰時，多余的焊劑受高溫 蒸發(fā)，將焊料從錫槽中濺出來，在印制板面上產(chǎn)生不規(guī)則的焊料球。針對上述兩面原因， 我們采収以下相應(yīng)的解決措施：第一，通孔內(nèi)適當厚度的金屬鍍層是很關(guān)鍵的，孔壁上的 銅鍍層最小應(yīng)為25um,而且無空隙。第二，使用噴霧或發(fā)泡式涂覆助焊劑。發(fā)泡方式中， 在調(diào)節(jié)助焊劑的空氣含量時，應(yīng)保持盡可能產(chǎn)生最小的氣泡，泡沫與pcb接觸面相對減小。 第三，波峰焊機預(yù)熱區(qū)溫度的設(shè)置應(yīng)使線路板

4、頂面的溫度達到至少100 °co適當?shù)念A(yù)熱溫 度不僅可消除焊料球，而且避免線路板受到熱沖擊而變形。2.1.2回流焊中的錫球2.1.2.1回流焊中錫球形成的機理回流焊接中出的錫球，常常藏于矩形片式元件兩端之間 的側(cè)面或細距引腳z間。在元件貼裝過程中，焊膏被置于片式元件的引腳與焊盤z間，隨 著印制板穿過冋流焊爐，焊膏熔化變成液體，如果與焊盤和器件引腳等潤濕不良，液態(tài)焊 錫會因收縮而使焊縫填充不充分，所有焊料顆粒不能聚合成一個焊點。部分液態(tài)焊錫會從 焊縫流出，形成錫球。因此，焊錫與焊盤和器件引腳潤濕性差是導(dǎo)致錫球形成的根本原 因。2.1.2.2原因分析與控制方法造成焊錫潤濕性差的原因很多，

5、以下主要分析與相關(guān)工藝有關(guān) 的原因及解決措施：a）回流溫度曲線設(shè)置不當。焊膏的回流是溫度與吋間的函數(shù)，如果未到達足夠的溫度或吋 間，焊膏就不會回流。預(yù)熱區(qū)溫度上升速度過快，達到平頂溫度的時間過短，使焊膏內(nèi)部 的水分、溶劑未完全揮發(fā)出來，到達回流焊溫區(qū)時，引起水分、溶劑沸騰，濺出焊錫球。 實踐證明，將預(yù)熱區(qū)溫度的上升速度控制在1qc/s是較理想的。b）如果總在同一位置上出現(xiàn)焊球，就有必要檢查金屬板設(shè)計結(jié)構(gòu)。模板開口尺寸腐蝕精度 達不到要求，對于焊盤大小偏大，以及表面材質(zhì)較軟（如銅模板），造成漏印焊膏的外形輪 廓不清晰，互相橋連，這種情況多出現(xiàn)在対細間距器件的焊盤漏印時，回流焊后必然造成引腳間大量

6、錫珠的產(chǎn)生。因此，應(yīng)針對焊盤圖形的不同形狀和屮心距，選擇適宜的模板材料及模板制作工藝來保證焊膏印刷質(zhì)量。 焊料粒子的氧化，焊劑變質(zhì)、活性降低,c）如果在貼片至冋流焊的時間過長，則因焊膏小會導(dǎo)致焊膏不回流，焊球則會產(chǎn)生。選用工作壽d）另外，焊膏印錯的印制板清洗不充分,使焊膏殘留于印制板表面及通孔中。回流焊之前,命長一些的焊膏（我們認為至少4小時），則會減輕這種影響。被貼放的元器件重新對準、貼放，使漏印焊膏變形。這些也是造成焊球的原因。因此應(yīng)加 強操作者和工藝人員在生產(chǎn)過程的責(zé)任心，嚴格遵照工藝要求和操作規(guī)程行生產(chǎn)，加強工 藝過程的質(zhì)量控制。2.2立片問題（曼哈頓現(xiàn)象）矩形片式元件的一端焊接在焊盤

7、上，而另一端則翹立，這種現(xiàn)象就稱為曼哈頓現(xiàn)象。引起 該種現(xiàn)象主要原因是元件兩端受熱不均勻，焊膏熔化有先后所致。在以下情況會造成元件 兩端熱不均勻：a）有缺陷的元件排列方向設(shè)計。我們設(shè)想在再流焊爐中有一條橫跨爐子寬度的再流焊限線, 一旦焊膏通過它就會立即熔化，如圖1所示。片式矩形元件的一個端頭先通過再流焊限線, 焊膏先熔化，完全浸潤元件的金屬表面，具有液態(tài)表面張力；而另一端未達到183°c液相 溫度，焊膏未熔化，只有焊劑的粘接力，該力遠小于再流焊焊膏的表面張力，因而，使未 熔化端的元件端頭向上直立。因此，保持元件兩端同時進入再流焊限線，使兩端焊盤上的 焊膏同吋熔化，形成均衡的液態(tài)表面張

8、力，保持元件位置不變。b）在進行汽相焊接時印制電路組件預(yù)熱不充分。汽相焊是利用惰性液體蒸汽冷凝在元件引 腳和pcb焊盤上時，釋放出熱量而熔化焊膏。汽相焊分平衡區(qū)和飽和蒸汽區(qū)，在飽和蒸汽 區(qū)焊接溫度髙達21 7°c,在生產(chǎn)過程屮我們發(fā)現(xiàn)，如果被焊組件預(yù)熱不充分，經(jīng)受一百多 度的溫差變化，汽相焊的汽化力容易將小于1206封裝尺寸的片式元件浮起，從而產(chǎn)生立 片現(xiàn)象。我們通過將被焊組件在高低箱內(nèi)以145°c -150°c的溫度預(yù)熱1 -2分鐘，然后在 汽相焊的平衡區(qū)內(nèi)再預(yù)熱1分鐘左右，最后緩慢進入飽和蒸汽區(qū)焊接消除了立片現(xiàn)象。c ）焊盤設(shè)計質(zhì)量的影響。若片式元件的一對焊盤

9、大小不同或不對稱，也會引起漏印的焊膏 量不一致，小焊盤對溫度響應(yīng)快，其上的焊膏易熔化，大焊盤則相反，所以，當小焊盤上 的焊膏熔化后，在焊膏表面張力作用下，將元件拉直豎起。焊盤的寬度或間隙過大，也都 可能出現(xiàn)立片現(xiàn)象。嚴格按標準規(guī)范進行焊盤設(shè)計是解決該缺陷的先決條件。2.3細間距引腳橋接問題導(dǎo)致細間距元器件引腳橋接缺陷的主要因素有：a）漏印的焊膏成型不佳；b）印制板上有缺陷的細間距引線制作；c）不恰當?shù)幕亓骱笢囟惹€設(shè)置等。因而，應(yīng)從模 板的制作、絲印工藝、冋流焊工藝等關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制入手，盡可能避免橋接隱患。2.3.1模板材料的選擇smti藝質(zhì)量問題70%出至于印刷這到工序，而模板是必不可少

10、的 關(guān)鍵工裝，直接影響印刷質(zhì)量。通常我們使用的模板材料是銅板和不銹鋼板，不銹鋼板與 銅板相比有較小的摩擦系數(shù)和較高的彈性，因此在其它條件一定的情況下，更有利于焊膏 脫模和焊膏成型效果好。通過0.5mm引腳屮心距qfp208器件組裝試驗統(tǒng)計，因銅模板 漏印不合格而造成的疵點數(shù)占器件總焊點數(shù)（208個）的20%左右；在其它條件一定的情 況下，利用不銹鋼模板漏印，造成的疵點率平均為3%0因此，對引腳中心距為0.635mm 以下的細間距元器件的印刷，提出必須采用不銹鋼板的要求，厚度優(yōu)選0.15mm0.2mm.。2.3.2絲印過程工藝控制焊膏在進行回流焊之前，若出現(xiàn)坍塌，成型的焊膏圖形邊不清晰, 在貼放

11、元器件或進入回流焊預(yù)熱區(qū)時，由于焊膏屮的助焊劑軟化，則會造成引腳橋接。焊 膏的坍塌是由于使用了不合適的焊膏材料和不宜的環(huán)境條件，如較高的室溫會造成焊膏坍 塌。在絲印工序中，我們通過以下工藝的調(diào)整，小心地控制焊膏的流變特性，減少了坍a(chǎn)）絲印細間距引線，通常選用厚度較薄的模板，為避免漏印的焊膏量偏少，所需的焊膏黏度應(yīng)較低，這樣焊膏流動性好，易漏印，而且模板與pcb脫模時不易帶走焊膏，保證焊膏 涂覆量。但同時為了保持焊膏印刷圖形的理想形態(tài)，又需要較高的焊膏黏度。我們解決這 一矛盾的方法是選用45-75um的更小粒度和球形顆粒焊膏，如愛法公司的r ma390dh3 型焊膏。另外，在絲印時保持適宜的環(huán)境

12、溫度，焊膏黏度與環(huán)境溫度的關(guān)系式表示如下： logu=a/t+b式中：u粘度系數(shù)；a, b常數(shù)t絕對溫度。通過上式可看出，溫度越高，粘度越小。因此，為獲得較高的粘度，我們將環(huán)境溫度控制20+3°cob）刮刀的速度和壓力也影響焊膏的流變特性。因為他們決定了焊膏所受的剪切速率和剪切 力大小。焊膏黏度與剪切速率的關(guān)系如圖2所示。在焊膏類型和環(huán)境溫度較合適的情況下, 在刮刀壓力一定的情況下，將印刷速度調(diào)慢，可以保持焊膏黏度基本不變，這樣供給焊膏 的時間加長，焊膏量就增多，而且有好的成型。另外，控制脫模速率的減慢和模板與pcb 的最小間隙，也會在減少細間距引腳橋接方面起到良好的效果。根據(jù)我們使

13、用的sp 200 型絲印機，我們認為印刷細間距線較理想的工藝參數(shù)是：印刷速度保持在1 0mm/s 25mm/s :脫模速率控制在2s左右；模板與pcb的最小間隙小于等于0.2mm。2 .3.3回流過程工藝控制細間距引線間的間距小、焊盤面積小、漏印的焊膏量較少，在焊 接時，如果紅外再流焊的預(yù)熱區(qū)溫度較高、時間較長，會將較多的活化劑在達到回流焊峰 值溫度區(qū)域前就被耗盡。然而，只有當在峰值區(qū)域內(nèi)有充足的活化劑釋放被氧化的焊粒， 使焊?？焖偃刍瑥亩鴿駶櫧饘僖_表面，形成良好的焊點。免清洗焊膏，活化程比要清 洗的焊膏低，所以如果預(yù)熱溫度和預(yù)熱時間設(shè)置稍不恰當，便會出現(xiàn)焊接細間引線橋接現(xiàn) 象。我們通過降低熱溫度和縮短預(yù)熱時間控制焊膏中活化劑的揮發(fā)，保證了免清冼焊膏在 焊接溫度區(qū)域的流動性和對金屬引線表面的潤濕性，減少了細間距線的橋接缺陷。針對細 間距器件和阻容器件，我們