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产生锡珠的原因分析及标准措施
产生“锡珠”因素分析及办法
从“缩减制程、节约成本、减少污染”等角度出发,越来越多电子焊接采用焊后“免清洗”工艺。
但是如果焊后板面有“锡珠”浮现,则不也许达到“免清洗”规定,因而“锡珠”防止与控制在实行“免清洗”过程中就显得格外重要。
“锡珠”浮现不但影响板级产品外观,更为严重是由于印制板上元件密集,在使用过程中它有也许导致短路等状况,从而影响产品可靠性。
综合整个电子焊接状况,也许浮现“锡珠”工艺制程涉及:
“SMT表面贴装”焊接制程、“波峰焊”制程及“手工焊”制程,咱们从这三个方面来一一探讨“锡珠”浮现因素及防止控制办法。
由于“波峰焊”及“手工焊”已履行近年,诸多方面都已经比较成熟,因而,本文用了较多篇幅简介“SMT表面贴装”焊接制程中产生“锡珠”因素及防控办法。
一,关于“锡珠”形态及原则
某些行业原则对“锡珠”问题进行了阐释。
重要有MIL-STD-原则中“不容许有锡珠”,而IPC-A-610C原则中“每平方英寸少于5个”。
在IPC-A-610C原则中,规定最小绝缘间隙0.13毫米,直径在此之内锡珠被以为是合格;而直径不不大于或等于0.13毫米锡珠是不合格,制造商必要采用纠正办法,避免这种现象发生。
为无铅焊接制定最新版IPCA-610D原则没有对锡珠现象做更清晰规定,关于每平方英寸少于5个锡珠规定已经被删除。
关于汽车和军用产品原则则不容许浮现任何“锡珠”,所用线路板在焊接后必要被清洗,或将锡珠手工去除。
常用锡珠形态及其尺寸照片见下图:
二,“SMT表面贴装”制程“锡珠”浮现因素及防止控制办法
在“SMT表面贴装”焊接制程中,回流焊“温度、时间、焊膏质量、印刷厚度、钢网(模板)制作、装贴压力”等因素均有也许导致“锡珠”产生。
因而,找到“锡珠”也许浮现因素,并加以防止与控制就是达到板面无“锡珠”核心之所在。
(一),焊膏自身质量因素也许引起“锡珠”状况
1,焊膏中金属含量。
焊膏中金属含量质量比约为89-91%,体积比约为50%左右。
普通金属含量越多,焊膏中金属粉末排列越紧密,锡粉颗料之间有更多机会结合而不易在气化时被吹散,因而不易形成“锡珠”;如果金属含量减少,则浮现“锡珠”机率增高。
2,焊膏中氧化物含量。
焊膏中氧化物含量也影响着焊接效果,氧化物含量越高,金属粉末熔化后在与焊盘熔合过程中表面张力就越大,并且在“回流焊接段”,金属粉末表面氧化物含量还会增高,这就不利于熔融焊料完全“润湿”从而导致细小锡珠产生。
3,焊膏中金属粉末粒度。
焊膏中金属粉末是极细小近圆型球体,惯用焊粉球径约在25-45μm之间,较细粉末中氧化物含量较低,因而会使“锡珠”现象得到缓和。
4,焊膏抗热坍塌效果。
在回流焊预热段,如果焊膏抗热坍塌效果不好,在焊接温度前(焊料开始熔融前)已印刷成型焊膏开始坍塌,并有些焊膏流到焊盘以外,当进入焊接区时,焊料开始熔融,由于内应力作用,焊膏收缩成焊点并开始浸润爬升至焊接端头,有时由于焊剂缺失或其她因素导致焊膏应力局限性,有一少某些焊盘外焊膏没有收缩回来,当其完全熔化后就形成了“锡珠”。
由此可见,焊膏质量及选用也影响着锡珠产生,焊膏中金属及其氧化物含量,金属粉末粒度、焊膏抗热坍塌效果等都在不同限度地影响着“锡珠”形成。
(二),使用不当形成“锡珠”因素分析
1,“锡珠”在通过回流焊炉时产生。
咱们大体可以将回流焊过程分为“预热、保温、焊接和冷却”四个阶段。
“预热段”是为了使印制板和表贴元件缓慢升温到120-150℃之间,这样可以除去焊锡膏中易挥发溶剂,减少对元件热冲击。
而在这一过程中焊膏内部会发气愤化现象,这时如果焊膏中金属粉末之间粘结力不大于焊剂气化产生力,就会有少量“焊粉”从焊盘上流下或飞出,在“焊接”阶段,这某些“焊粉”也会熔化,从而形成“锡珠”。
由此可以得出这样结论“预热温度越高,预热速度越快,就会加剧焊剂气化现象从而引起坍塌或飞溅,形成锡珠”。
因而,咱们可以采用较适中预热温度和预热速度来控制“锡珠”形成。
2,焊膏在印制板上印刷厚度及印刷量。
焊膏印刷厚度是生产中一种重要参数,印刷厚度普通在0.15-0.20mm之间,过厚或过多就容易导致“坍塌”从而形成“锡珠”。
在制作钢网(模板)时,焊盘大小决定着模板开孔大小,普通,咱们为了避免焊膏印刷过量,将印刷孔尺寸控制在约不大于相应焊盘接触面积10%,成果表白这样会使“锡珠”现象有一定限度减轻。
3,如果在贴片过程中贴装压力过大,当元件压在焊膏上时,就也许有一某些焊膏被挤在元件下面或有少量锡粉飞出去,在焊接段这某些焊粉熔化从而形成“锡珠”;因而,在贴装时应选取恰当贴装压力。
4,焊膏普通需要冷藏,在使用前一定要使其恢复至室温方可打开包装使用,如果焊膏温度过低就被打开包装,会使膏体表面产生水分,这些水分在通过预热时会导致焊粉飞出,在焊接段会让热熔焊料飞溅从而形成“锡珠”。
国内普通地区夏天空气湿度较大,把焊膏从冷藏取出时,普通要在室温下回温4-5小时再启动瓶盖。
5,生产或工作环境也影响“锡珠”形成,当印制板在潮湿库房存储过久,在装印制板包装袋中发现细小水珠,这些水分和焊膏吸潮水分同样,会影响焊接效果从而形成“锡珠”。
因而,如果有条件,在贴装前将印制板或元器件进行一定烘干,然后进行印刷及焊接,可以有效地抑制“锡珠”形成。
6,焊膏与空气接触时间越短越好,这也是使用焊膏一种原则。
取出一某些焊膏后,及时盖好盖子,特别是里面盖子一定要向下压紧,将盖子与焊膏之间空气挤出,否则对焊膏寿命会有一定影响,同步会导致焊膏干燥加快或在下次再使用时吸潮,从而形成“锡珠”。
由此可见,“锡珠”出既有诸多因素,只从某一种方面进行防止与控制是远远不够。
咱们需要在生产过程中研究如何防制各种不利因素及潜在隐患,从而使焊接达到最佳效果,避免“锡珠”产生。
(三),“SMT表面贴装”过程“锡珠”防止与控制
1,焊膏选用
在选取焊膏时,应坚持在既有工艺条件下试用,这样,既能验证供应商焊膏对自身产品、工艺合用性,也能初步理解该焊膏在实际使用中详细体现。
对焊膏方面评估,应注意各种常用参数,例如“焊油与焊粉比例、锡球颗粒度”等。
对的选取焊膏不一定是各项参数都最优秀,更多状况下,对于SMT工艺制程及产品特性来讲,适合就是最佳。
因而,选取适合自身工艺及产品焊膏,并将所有参数定下来,在后来供应商交货过程中做出品管验收及品检根据,一方面核对供应商所提供书面资料,另一方面取少量不同批次产品进行试用。
优质供应商,会在配合过程中提出相应工艺建议,并依照客户详细规定进行焊膏产品升级及缺陷改进;因而,相对稳定、诚信度高供应商,对客户在焊膏质量方面防止及控制“锡珠”能提供很大协助。
2,“SMT表面贴装”工艺控制与改进
在所有工艺控制过程中,从焊膏保存及取出使用、回温、搅拌均有严格文献规定,重要有如下几种方面重点:
(1),严格按照供应商提供存贮条件及温度进行存贮,普通状况下焊膏应存贮于0-10℃冷藏条件下;
(2),焊膏取出后、使用前,应当进行常温下回温,在焊膏未完全回温前,不得启动;
(3),在搅拌过程中,应当按照供应商所提供搅拌办法及搅拌时间进行搅拌;
(4),在印刷过种中,应当注意印刷力度,及钢网表面清洁度,及时擦拭钢网表面多余焊膏残留,防止在这个过程污染PCB板面从而导致焊接过程中锡珠产生。
(5),回流焊过程中,应严格按照已经订好回流焊曲线进行作业,不得随意调节;同步应当经常校验回流焊曲线与原则曲线差别并修正;
(6),在“SMT表面贴装”工艺中,钢网(模板)“开口方式”以及“开口率”很也许导致焊膏在“印刷特性”及“焊接特性”方面某些缺陷从而引起“锡珠”。
在有关实验中,咱们对钢网进行了改进,将本来易产生“锡珠”片式元件1:
1钢网开口,改为1:
0.75楔形,改后实验效果较好“锡珠”产生机率明显下降直至基本杜绝。
通过修改钢网开口方式和批量印刷实验,可以很明显地看到,改后钢网开口办法可以有效防控“锡珠”产生。
修改后“防锡珠”钢网印刷效果及焊接效果见图二:
按照多次对比实验,并结合“图二”可以看出,通过修改先后三次效果对比,第二次修改后钢网,没有见到明显锡珠,而锡膏焊锡量也没有偏少。
由此阐明通过钢网开口变化,对“SMT表面贴装”制程中“锡珠”防控还是有一定效果。
同步咱们对更改后焊接产品送到“赛宝实验室”进行检测(报告编号为“FX03-2081691”),通对该线路板上0603元件进行推剪力测试,在“R124、R125、R126、C16、C57”五个元件点剪切力分别为“58.14N、56.53N、51.87N、50.90N、52.35N”,焊接强度能达到咱们规定。
“SMT表面贴装”制程虽然对“锡珠”防控较为复杂,但通过长期工作努力及经验积累,相信可以做到无“锡珠”,或有效减少“锡珠”产生机率。
三,“波峰焊”过程中浮现“锡珠”因素及防止控制办法
在“波峰焊”工艺过程中,“锡珠”产生有两种状况:
一种是在板子刚接触到锡液时,由于助焊剂或板材自身水份过多或高沸点溶剂没有充分挥发,遇到温度较高锡液时骤然挥发,较大温差致使液态焊锡飞溅出去,形成细小锡珠;另一种状况是在线路板离开液态焊锡时候,当线路板与锡波分离时,线路板顺着管脚延伸方向会拉出锡柱,在助焊剂润湿作用及锡液自身流动性作用下,多余焊锡会落回锡缸中,因而而溅起焊锡有时会落在线路板上,从而形成“锡珠”。
因而,咱们可以看到,在“波峰焊”防控“锡珠”方面,咱们应当从两个大方面着手,一方面是助焊剂等原材料选取,另一方面是波峰焊工艺控制。
(一),助焊剂方面因素分析及防止控制办法
1、助焊剂中水份含量较大或超标,在通过预热时未能充分挥发;
2、助焊剂中有高沸点物质或不易挥发物,经预热时不能充分挥发;
这两种因素是助焊剂自身“质量”问题所引起,在实际焊接工艺中,可以通过“提高预热温度或放慢走板速度等来解决”。
除此之外,在选用助焊剂前应针对供商所提供样品进行实际工艺确认,并记录试用时原则工艺,在没有“锡珠”浮现状况下,审核供应商所提供其她阐明资料,在后来收货及验收过程中,应核对供应商最初阐明资料。
(二),工艺方面因素分析及防止控制办法
1,预热温度偏低,助焊剂中溶剂某些未完全挥发;
2,走板速度太快未达到预热效果;
3,链条(或PCB板面)倾角过小,锡液与焊接面接触时中间有气泡,气泡爆裂后产生锡珠;
4,助焊剂涂布量太大,多余助焊剂未能完全流走或风刀没有将多余焊剂吹下;
这四种不良因素浮现,都和原则化工艺拟定关于,在实际生产过程中,应当严格按照已经订好作业指引文献进行各项参数校正,对已经设定好参数,不能随意改动,有关参数及所涉及技术层面重要有如下几点:
(1),关于预热:
普通设定在90℃-110℃,这里所讲“温度”是指预热后PCB板焊接面实际受热温度,而不是“表显”温度;如果预热温度达不到规定,则焊后易产生锡珠。
(2),关于走板速度:
普通状况下,建议客户把走板速度定在1.1-1.4米/分钟,但这不是绝对值;如果要变化走板速度,普通都应以变化预热温度作配合;例如:
要将走板速度加快,那么为了保证PCB焊接面预热温度可以达到预定值,就应当把预热温度恰当提高;如果预热温度不变,走板速度过快时,焊剂有也许挥发不完全,从而在焊接时产生“锡珠”。
(3),关于链条(或PCB板面)倾角:
这一倾角指是链条(或PCB板面)与锡液平面角度,当PCB板走过锡液平面时,应保证PCB零件面与锡液平面只有一种切点;而不能有一种较大接触面;当没有倾角或倾角过小时,易导致锡液与焊接面接触时中间有气泡,气泡爆裂后产生“锡珠”。
(4),在波峰炉使用中,“风刀”重要作用是吹去PCB板面多余助焊剂,并使助焊剂在PCB零件面均匀涂布;普通状况下,风刀倾角应在10度左右;如果“风刀”角度调节不合理,会导致PCB表面焊剂过多,或涂布不均匀,不但在过预热区时易滴在发热管上,影响发热管寿命,并且在浸入锡液时易导致“炸锡”现象,并因而产生“锡珠”。
在实际生产中,结合自身波峰焊实际状况,对有关材料进行选型,同步制定严格《波峰焊操作规程》,并严格按照有关规程进行生产。
通过实验证明,在严格贯彻工艺技术条件下,完全可以克服由于“波峰焊焊接工艺问题”产生“锡珠”。
四,“手工焊”过程中“锡珠”浮现因素及防止控制
在“手工焊”过程中“锡珠”浮现机率并不高,常用是松香飞溅,偶尔会浮现“锡珠”飞溅或者在焊盘表面残存有锡渣等;相比较松香飞溅来讲,“锡珠”或锡渣存在对产品安全性更具潜在危害。
浮现锡渣、“锡珠”重要因素也许是:
焊剂在热源未移开前已完全蒸发,故焊锡流动性极差,沾附烙铁头随烙铁之抽出而形成尖、柱或短焊情形,或不小心导致焊锡液自烙铁头溅离,冷却后沾附于板面或元件上。
尚有一种也许是没有按照先将烙铁头放在被焊接某些进行预热,而是先将焊锡丝烫化,然后再放到被焊位置,由于较大温差而导致了焊锡飞溅,从而形成“锡珠”。
无论是上述哪种因素,更重要是辅导操作人员,把握对的焊接时间及位置,适量添加焊锡并注意及时、对的地清洁烙铁头。
在实际生产中,经常对“手工焊”员工进行专门焊接技术培训,并严格编制《手工焊接工艺规定》,对“手工焊”进行原则化及可控化工艺规定。
通过长时间观测,当前在“手工焊接作业”过程中,可以有效地避免“锡珠”产生。
结论:
针对“锡珠”问题,咱们用了半年多时间,和有关客户一起,共同做了大量实验,并对不同焊接工艺进行了细致分析。
实践证明,通过材料选购、工艺控制等,在当前电子焊接制程中,完全有也许杜绝或将“锡珠”产生概率降至更低。
展望将来,将针对焊锡膏配方及生产工艺进行一系列进一步再研究,涉及“焊锡膏中溶剂、松香树脂、活化剂、触变剂、表面活性剂及其她各种类型添加剂之选用、配伍、配比等,以及焊膏生产工艺所涉温度、时间等各种方面”。
但愿从产品技术角度来解决或防止“锡珠”产生,以保证在焊接制程中杜绝或更少地浮现“锡珠”,从而配合更多客户达到焊后“免清洗”工艺。
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