SMT焊接的几种缺陷及解决方案.docx
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SMT焊接的几种缺陷及解决方案
SMT焊接的几种缺陷及解决方案
SMT焊接常见缺陷及解决办法
摘要本文对采用SMT生产的印制电路组件中出现的几种常见焊接缺陷现象进行了分析,并总结了一些有效的解决措施。
在SMT生产过程中,我们都希望基板从贴装工序开始,到焊接工序结束,质量处于零缺陷状态,但实际上这很难达到。
由于SMT生产工序较多,不能保证每道工序不出现一点点差错,因此在SMT生产过程中我们会碰到一些焊接缺陷。
这些焊接缺陷一般是由多种原因所造成的,对于每种缺陷,我们应分析其产生的根本原因,这样在消除这些缺陷时才能做到有的放矢。
本文将以一些常见焊接缺陷为例,介绍其产生的原因及排除方法。
桥接
桥接经常出现在引脚较密的IC上或间距较小的片状元件间,这种缺陷在我们的检验标准中属于重大不良,会严重影响产品的电气性能,因此必须要加以根除。
产生桥接的主要原因是由于焊膏过量或焊膏印刷后的错位、塌边。
焊膏过量
焊膏过量是由于不恰当的模板厚度及开孔尺寸造成的。
一般情况下,我们选择使用0.15mm厚度的模板。
而开孔尺寸由最小引脚或片状元件间距决定。
印刷错位
在印刷引脚间距或片状元件间距小于0.65mm的印制板时,应采用光学定位,基准点设在印制板对角线处。
若不采用光学定位,将会因为定位误差产生印刷错位,从而产生桥接。
焊膏塌边
造成焊膏塌边的现象有以下三种
1.印刷塌边
焊膏印刷时发生的塌边。
这与焊膏特性,模板、印刷参数设定有很大关系:
焊膏的粘度较低,保形性不好,印刷后容易塌边、桥接;模板孔壁若粗糙不平,印出的焊膏也容易发生塌边、桥接;过大的刮刀压力会对焊膏产生比较大的冲击力,焊膏外形被破坏,发生塌边的概率也大大增加。
对策:
选择粘度较高的焊膏;采用激光切割模板;降低刮刀压力。
2.贴装时的塌边
当贴片机在贴装SOP、QFP类集成电路时,其贴装压力要设定恰当.压力过大会使焊膏外形变化而发生塌边。
对策:
调整贴装压力并设定包含元件本身厚度在内的贴装吸嘴的下降位置。
3.焊接加热时的塌边
在焊接加热时也会发生塌边。
当印制板组件在快速升温时,焊膏中的溶剂成分就会挥发出来,如果挥发速度过快,会将焊料颗粒挤出焊区,形成加热时的塌边。
对策:
设置适当的焊接温度曲线(温度、时间),并要防止传送带的机械振动。
焊锡球
焊锡球也是回流焊接中经常碰到的一个问题。
一般片状元件侧面或细间距引脚之间常常出现焊锡球。
焊锡球多由于焊接过程中加热的急速造成焊料的飞散所致。
除了与前面提到的印刷错位、塌边有关外,还与焊膏粘度、焊膏氧化程度、焊料颗粒的粗细(粒度)、助焊剂活性等有关。
1.焊膏粘度
粘度效果较好的焊膏,其粘接力会抵消加热时排放溶剂的冲击力,能够阻止焊膏塌落。
2.焊膏氧化程度
焊膏接触空气后,焊料颗粒表面可能产生氧化,而实验证明焊锡球的发生率与焊膏氧化物的百分率咸正比。
一般焊膏的氧化物应控制在0.03%左右,最大值不要超过0.15%。
3.焊料颗粒的粗细
焊料颗粒的均匀性不一致,若其中含有大量的20μm以下的粒子,这些粒子的相对面积较大,极易氧化,最易形成焊锡球。
另外在溶剂挥发过程中,也极易将这些小粒子从焊盘上冲走,增加焊锡球产生的机会。
一般要求25um以下粒子数不得超过焊料颗粒总数的5%。
4.焊膏吸湿
这种情况可分为两类:
焊膏使用前从冰箱拿出后立即开盖致使水汽凝结;再流焊接前干燥不充分残留溶剂,焊膏在焊接加热时引起溶剂、水分的沸腾飞溅,将焊料颗粒溅射到印制板上形成焊锡球。
根据这两种不同情况,我们可采取以下两种不同措施:
(1)焊膏从冰箱中取出,不应立即开盖,而应在室温下回温,待温度稳定后开盖使用。
(2)调整回流焊接温度曲线,使焊膏焊接前得到充分的预热。
5.助焊剂活性
当助焊剂活性较低时,也易产生焊锡球。
免洗焊锡的活性一般比松香型和水溶型焊膏的活性稍低,在使用时应注意其焊锡球的生成情况。
6.网板开孔
合适的模板开孔形状及尺寸也会减少焊锡球的产生。
一般地,模板开孔的尺寸应比相对应焊盘小10%,同时推荐采用如图3列举的一些模板开孔设计。
7.印制板清洗
印制板印错后需清洗,若清洗不干净,印制板表面和过孔内就会有残余的焊膏,焊接时就会形成焊锡球。
因此要加强操作员在生产过程中的责任心,严格按照工艺要求进行生产,加强工艺过程的质量控制。
立碑
在表面贴装工艺的回流焊接过程中,贴片元件会产生因翘立而脱焊的缺陷,如图4,人们形象地称之为”立碑”现象(也有人称之为”曼哈顿”现象)。
”立碑”现象常发生在CHIP元件(如贴片电容和贴片电阻)的回流焊接过程中,元件体积越小越容易发生。
特别是1005或更小钓0603贴片元件生产中,很难消除”立碑”现象。
”立碑”现象的产生是由于元件两端焊盘上的焊膏在回流熔化时,元件两个焊端的表面张力不平衡,张力较大的一端拉着元件沿其底部旋转而致。
造成张力不平衡的因素也很多,下面将就一些主要因素作简要分析。
1.预热期
当预热温度设置较低、预热时间设置较短,元件两端焊膏不同时熔化的概率就大大增加,从而导致两端张力不平衡形成”立碑”,因此要正确设置预热期工艺参数。
根据我们的经验,预热温度一般150+10℃,时间为60-90秒左右。
2.焊盘尺寸
设计片状电阻、电容焊盘时,应严格保持其全面的对称性,即焊盘图形的形状与尺寸应完全一致,以保证焊膏熔融时,作用于元件上焊点的合力为零,以利于形成理想的焊点。
设计是制造过程的第一步,焊盘设计不当可能是元件竖立的主要原因。
具体的焊盘设计标准可参阅IPC-782<表面贴装设计与焊盘布局标准入事实上,超过元件太多的焊盘可能允许元件在焊锡湿润过程中滑动,从而导致把元件拉出焊盘的一端。
对于小型片状元件,为元件的一端设计不同的焊盘尺寸,或者将焊盘的一端连接到地线板上,也可能导致元件竖立。
不同焊盘尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盘加热和锡膏流动时间。
在回流期间,元件简直是飘浮在液体的焊锡上,当焊锡固化时达到其最终位置。
焊盘上不同的湿润力可能造成附着力的缺乏和元件的旋转。
在一些情况中,延长液化温度以上的时间能够减少元件竖立。
3.焊膏厚度
当焊膏厚度变小时,立碑现象就会大幅减小。
这是由于:
(1)焊膏较薄,焊膏熔化时的表面张力随之减小。
(2)焊膏变薄,整个焊盘热容量减小,两个焊盘上焊膏同时熔化的概率大大增加。
焊膏厚度是由模板厚度决定的,表2是使用o.1mm与0.2mm厚模板的立碑现象比较,采用的是1608元件。
一般在使用1608以下元件时,推荐采用0.15mm以下模板。
4.贴装偏移
一般情况下,贴装时产生的元件偏移,在回流过程中会由于焊膏熔化时的表面张力拉动元件而自动纠正,我们称之为”自适应”,但偏移严重,拉动反而会使元件立起产生”立碑”现象。
这是因为:
(1)与元件接触较多的焊锡端得到更多热容量,从而先熔化。
(2)元件两端与焊膏的粘力不同。
因此应调整好元件的贴片精度,避免产生较大的贴片偏差。
5.元件重量
较轻的元件”立碑”现象的发生率较高,这是因为不均衡的张力能够很容易地拉动元件。
因此在选取元件时如有可能,应优先选择尺寸重量较大的元件。
焊接缺陷还有很多,本文列举的只是三种最为常见的缺陷。
解决这些焊接缺陷的措施也很多,但往往相互制约。
如提高预热温度可有效消除立碑,但却有可能因为加热速度变快而产生大量的焊锡球。
因此在解决这些问题时应从多个方面进行考虑,选择一个折衷方案,这一点在实际工作中我们应切记。
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