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焊接缺陷可以分為主要缺陷,次要缺陷和表面缺陷。凡使SMA功能失效的缺陷稱(chēng)為主要缺陷;次要缺陷是指焊點(diǎn)之間潤(rùn)濕尚好,不會(huì)引起SMA功能喪失,但有影響產(chǎn)品壽命的可能的缺陷;表面缺陷是指不影響產(chǎn)品的功能和壽命。它受許多參數(shù)的影響,如錫膏、貼狀精度以及焊接工藝等。我們?cè)谶M(jìn)行SMT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產(chǎn)品質(zhì)量中起著至關(guān)重要的作用。
一,回流焊中的錫珠
1,回流焊中錫珠形成的機(jī)理
回流焊中出現(xiàn)的錫珠(或稱(chēng)焊料球),常常藏與矩形片式元件兩端之間的側(cè)面或細(xì)間距引腳之間。在元件貼狀過(guò)程中,焊膏被置于片式元件的引腳與焊盤(pán)之間,隨著印制板穿過(guò)回流焊爐,焊膏熔化變成液體,如果與焊盤(pán)和器件引腳等潤(rùn)濕不佳,液態(tài)焊料顆粒不能聚合成一個(gè)焊點(diǎn)。部分液態(tài)焊料會(huì)從焊縫流出,形成錫珠。因此,焊料與焊盤(pán)和器件引腳的潤(rùn)濕性差是導(dǎo)致錫珠形成的根本原因。
錫膏在印刷工藝中,由于模版與焊盤(pán)對(duì)中偏移,若偏移過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致錫膏漫流到焊盤(pán)外,加熱后容易出現(xiàn)錫珠。貼片過(guò)程中Z軸的壓力是引起錫珠的一項(xiàng)重要原因,往往不被人們注意,部分貼裝機(jī)由于Z軸頭是根據(jù)元件的厚度來(lái)定位,故會(huì)引起元件貼到PCB上一瞬間將錫蕾擠壓到焊盤(pán)外的現(xiàn)象,這部分的錫明顯會(huì)引起錫珠。這種情況下產(chǎn)生的錫珠尺寸稍大,通常只要重新調(diào)節(jié)Z軸高度就能防止錫珠的產(chǎn)生。
2,原因分析與控制方法
造成焊料潤(rùn)濕性差的原因很多,以下主要分析與相關(guān)工藝有關(guān)的原因及解決措施:
(1)回流溫度曲線(xiàn)設(shè)置不當(dāng)。焊膏的回流與溫度和時(shí)間有關(guān),如果未到達(dá)足夠的溫度或時(shí)間,焊膏就不會(huì)回流。預(yù)熱區(qū)溫度上升速度過(guò)快,時(shí)間過(guò)短,使錫膏內(nèi)部的水分和溶劑未完全揮發(fā)出來(lái),到達(dá)回流焊溫區(qū)時(shí),引起水分、溶劑沸騰濺出錫珠。實(shí)踐證明,將預(yù)熱區(qū)溫度的上升速度控制在1~4℃/S是較理想的。
(2)如果總在同一位置上出現(xiàn)錫珠,就有必要檢查金屬模板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。模板開(kāi)口尺寸腐蝕精度達(dá)不到要求,焊盤(pán)尺寸偏大,以及表面材質(zhì)較軟(如銅模板),會(huì)造成印刷焊膏的外輪廓不清晰互相連接,這種情況多出現(xiàn)在對(duì)細(xì)間距器件的焊盤(pán)印刷時(shí),回流后必然造成引腳間大量錫珠的產(chǎn)生。因此,應(yīng)針對(duì)焊盤(pán)圖形的不同形狀和中心距,選擇適宜的模板材料及模板制作工藝來(lái)保證焊膏印刷質(zhì)量。
(3)如果從貼片至回流焊的時(shí)間過(guò)長(zhǎng),則因焊膏中焊料粒子的氧化,焊劑變質(zhì)、活性降低,會(huì)導(dǎo)致焊膏不回流,產(chǎn)生錫珠。選用工作壽命長(zhǎng)一些的焊膏(一般至少4H),則會(huì)減輕這種影響。
(4)另外,焊膏錯(cuò)印的印制板清洗不充分,會(huì)使焊膏殘留于印制板表面及通空中。回流焊之前貼放元器件時(shí),使印刷錫膏變形。這些也是造成錫珠的原因。因此應(yīng)加速操作者和工藝人員在生產(chǎn)過(guò)程中的責(zé)任心,嚴(yán)格遵照工藝要求和操作規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn),加強(qiáng)工藝過(guò)程的質(zhì)量控制。
二,立片問(wèn)題(曼哈頓現(xiàn)象)
片式元件的一端焊接在焊盤(pán)上,而另一端則翹立,這種現(xiàn)象就稱(chēng)為曼哈頓現(xiàn)象。引起這種現(xiàn)象的主要原因是元件兩端受熱不均勻,焊膏熔化有先后所至。在以下情況會(huì)造成元件兩端受熱不均勻:
(1)元件排列方向設(shè)計(jì)不正確。我們?cè)O(shè)想在回流焊爐中有一條橫跨爐子寬度的回流焊限線(xiàn),一旦焊膏通過(guò)它就會(huì)立即熔化。片式矩形元件的一個(gè)端頭先通過(guò)回流焊限線(xiàn),焊膏先熔化,完全浸潤(rùn)元件端頭的金屬表面具有液態(tài)表面張力;而另一端未達(dá)到183℃液相溫度,焊膏未熔化,只有焊劑的粘接力,該力遠(yuǎn)小于回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,應(yīng)保持元件兩端同時(shí)進(jìn)入回流焊限線(xiàn),使兩端焊盤(pán)上的焊膏同時(shí)熔化,形成平衡的液態(tài)表面張力,保持元件位置不變。
(2)在進(jìn)**相焊接時(shí)印制電路組件預(yù)熱不充足。氣相是利用惰性液體蒸汽冷凝在元件引腳和PCB焊盤(pán)上時(shí),釋放出熱量而熔化焊膏。氣相焊分平衡區(qū)和蒸汽區(qū),在飽和蒸汽區(qū)焊接溫度高達(dá)217℃,在生產(chǎn)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)如果被焊組件預(yù)熱不充分,經(jīng)受100℃以上的溫度變化,氣相焊的氣化力很容易將
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(guò)將被焊組件在高低溫箱內(nèi)145~150℃的溫度下預(yù)熱1~2min左右,*后緩慢進(jìn)入飽和蒸汽區(qū)焊接,消除了片立現(xiàn)象。
(3)焊盤(pán)設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響。若片式元件的一對(duì)焊盤(pán)尺寸不同或不對(duì)稱(chēng),也會(huì)引起印刷的焊膏量不一致,小焊盤(pán)對(duì)溫度響應(yīng)快,其上的焊膏易熔化,大焊盤(pán)則相反,所以當(dāng)小焊盤(pán)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(pán)的寬度或間隙過(guò)大,也可能出現(xiàn)片立現(xiàn)象。嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行焊盤(pán)設(shè)計(jì)是解決該缺陷的先決條件。
三,橋接
橋接也是SMT生產(chǎn)中常見(jiàn)的缺陷之一,它會(huì)引起元件之間的短路,遇到橋接必須返修。
(1)焊膏質(zhì)量問(wèn)題
錫膏中金屬含量偏高,特別是印刷時(shí)間過(guò)久后,易出現(xiàn)金屬含量增高;焊膏黏度低,預(yù)熱后漫流到焊盤(pán)外;焊膏塌落度差,預(yù)熱后漫流到焊盤(pán)外,均會(huì)導(dǎo)致IC引腳橋接。
(2)印刷系統(tǒng)
印刷機(jī)重復(fù)精度差,對(duì)位不齊,錫膏印刷到銅鉑外,這種情況多見(jiàn)于細(xì)間距QFP生產(chǎn);鋼板對(duì)位不好和PCB對(duì)位不好以及鋼板窗口尺寸/厚度設(shè)計(jì)不對(duì)與PCB焊盤(pán)設(shè)計(jì)合金鍍層不均勻,導(dǎo)致的錫膏量偏多,均會(huì)造成接,解決方法是調(diào)整印刷機(jī),改善PCB焊盤(pán)涂覆層。
(3)貼放
貼放壓力過(guò)大,錫膏受壓后浸沉是生產(chǎn)中多見(jiàn)的原因,應(yīng)調(diào)整Z軸高度。若有貼片精度不夠,元件出現(xiàn)移位及IC引腳變形,則應(yīng)針對(duì)原因改進(jìn)。
(4)預(yù)熱
升溫速度過(guò)快,錫膏中溶劑來(lái)不及揮發(fā)。
四,吸料/芯吸現(xiàn)象
芯吸現(xiàn)象又稱(chēng)抽芯現(xiàn)象是常見(jiàn)焊接缺陷之一,多見(jiàn)于汽相回流焊中。芯吸現(xiàn)象是焊料脫離焊盤(pán)沿引腳與芯片本體之間,會(huì)形成嚴(yán)重的虛焊現(xiàn)象。
產(chǎn)生的原因通常認(rèn)為是原件引腳的導(dǎo)熱率大,升溫迅速,以致焊料優(yōu)先潤(rùn)濕引腳,焊料與引腳之間的潤(rùn)濕力遠(yuǎn)大于焊料與焊盤(pán)之間的潤(rùn)濕力,引腳的上翹更會(huì)加劇芯吸現(xiàn)象的發(fā)生。在紅外回流焊中,PCB基材與焊料中的有機(jī)助焊劑是紅外線(xiàn)的優(yōu)良吸收介質(zhì),而引腳卻能部分反射紅外線(xiàn),相比而言,焊料優(yōu)先熔化,它與焊盤(pán)的潤(rùn)濕力大于它與引腳之間的潤(rùn)濕了,故焊料部會(huì)沿引腳上升,發(fā)生芯吸現(xiàn)象的概率就小很多。
解決辦法是:在汽相回流焊時(shí)應(yīng)首先將SMA充分預(yù)熱后再放入汽相爐中;應(yīng)認(rèn)真檢查和保證PCB板焊盤(pán)的可焊性,可焊性不好的PCB不應(yīng)用與生產(chǎn);元件的共面性不可忽視,對(duì)共面性不好的器件不應(yīng)用于生產(chǎn)。
五,焊接后印制板阻焊膜起泡
印制板組件在焊接后,會(huì)在個(gè)別焊點(diǎn)周?chē)霈F(xiàn)淺綠的氣泡,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)指甲蓋大小的泡狀物,不僅影響外觀(guān)質(zhì)量,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響性能,是焊接工藝中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題之一。
阻焊膜起泡的根本原因,在于阻焊膜與陽(yáng)基材之間存在氣體/水蒸氣。微量的氣體/水蒸氣會(huì)夾帶到不同的工藝過(guò)程,當(dāng)遇到高溫時(shí),氣體膨脹導(dǎo)致阻焊膜與陽(yáng)基材的分層。焊接時(shí)焊盤(pán)溫度相對(duì)較高,故氣泡首先出現(xiàn)在焊盤(pán)周?chē)?/p>
現(xiàn)在加工過(guò)程經(jīng)常需要清洗,干燥后再做下道工序,如腐刻后,應(yīng)干燥后再貼阻焊膜,此時(shí)若干燥溫度不夠就會(huì)夾帶水汽進(jìn)入下到工序。PCB加工前存放環(huán)境不好,濕度過(guò)高,焊接時(shí)又沒(méi)有及時(shí)干燥處理;在波峰焊工藝中,經(jīng)常使用含水的阻焊劑,若PCB預(yù)熱溫度不夠,助焊劑中的水汽就會(huì)沿通孔的孔壁進(jìn)入到PCB基板的內(nèi)部,焊盤(pán)周?chē)紫冗M(jìn)入水汽,遇到焊接高溫后這些情況都會(huì)產(chǎn)生氣泡。
解決辦法是:
(1)應(yīng)嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié),購(gòu)進(jìn)的PCB應(yīng)檢驗(yàn)后入庫(kù),通常標(biāo)準(zhǔn)情況下,不應(yīng)出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象。
(2)PCB應(yīng)存放在通風(fēng)干燥環(huán)境下,存放期不超過(guò)6個(gè)月;
(3)PCB在焊接前應(yīng)放在烘箱中預(yù)烘105℃/4H~6H;
六,PCB扭曲
PCB扭曲問(wèn)題是SMT生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。它會(huì)對(duì)裝配及測(cè)試帶來(lái)相當(dāng)大的影響,因此在生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免這個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn),PCB扭曲的原因有如下幾種;
(1)PCB本身原材料選用不當(dāng),PCB的Tg低,特別是紙基PCB,其加工溫度過(guò)高,會(huì)使PCB變彎曲。
(2)PCB設(shè)計(jì)不合理,元件分布不均勻會(huì)造成PCB熱應(yīng)力過(guò)大,外形較大的連接器和插座也會(huì)影響PCB的膨脹和收縮,乃至出現(xiàn)長(zhǎng)久性的扭曲。
(3)雙面PCB,若一面的銅箔保留過(guò)大(如地線(xiàn))。而另一面銅箔過(guò)少,會(huì)造成兩面收縮不均勻而出現(xiàn)變形。
(4)回流焊中溫度過(guò)高也會(huì)造成PCB的扭曲。
針對(duì)上述原因,其解決辦法如下:
在價(jià)格和空間容許的情況下,選用Tg高的PCB或增加PCB的厚度,以取得*佳長(zhǎng)寬比;合理設(shè)計(jì)PCB雙面的銅箔面積應(yīng)均衡,在沒(méi)有電路的地方布滿(mǎn)鋼層,并以網(wǎng)絡(luò)形式出現(xiàn),以增加PCB的剛度,在貼片前對(duì)PCB進(jìn)行預(yù)熱,其條件是105℃/4H;調(diào)整夾具或夾持距離,保證PCB受熱膨脹的空間;焊接工藝溫度盡可能調(diào)低;已經(jīng)出現(xiàn)輕度扭曲時(shí),可以放在定位夾具中,升溫復(fù)位,以釋放應(yīng)力,一般會(huì)取得滿(mǎn)意的效果。
七IC引腳焊接后引腳開(kāi)路/虛焊
IC引腳焊接后出現(xiàn)部分引腳虛焊,是常見(jiàn)的焊接缺陷,產(chǎn)生的原因很多,主要原因,一是共面性差,特別是QFP器件。由于保管不當(dāng),造成引腳變形,有時(shí)不易被發(fā)現(xiàn)(部分貼片機(jī)沒(méi)有共面性的功能)。因此應(yīng)注意器件的保管,不要隨便拿取元件或打開(kāi)包裝。二是引腳可焊性不好。IC存放時(shí)間長(zhǎng),引腳發(fā)黃,可焊性不好也會(huì)引起虛焊,生產(chǎn)中應(yīng)檢查元器件的可焊性,特別注意存放期不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)(制造日期起一年內(nèi)),保管時(shí)應(yīng)不受高溫、高濕,不隨便打開(kāi)包裝袋。三是錫膏質(zhì)量差,金屬含量低,可焊性差,通常用于QFP器件的焊接用錫膏金屬含量應(yīng)不低于90%.四是預(yù)熱溫度過(guò)高,易引起IC引腳氧化,使可焊性變差。五是模板窗口尺寸小,以致錫膏量不夠。通常在模板制造后應(yīng)仔細(xì)檢查模板窗口尺寸,不應(yīng)太大也不應(yīng)太小,并且注意與PCB焊盤(pán)尺寸相配套。
八片式元件開(kāi)裂
在SMC生產(chǎn)中,片式元件的開(kāi)裂常見(jiàn)于多層片式電容器(MLCC),其原因主要是效應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力所致。
(1)對(duì)于MLCC類(lèi)電容來(lái)講,其結(jié)構(gòu)上存在著很大的脆弱性,通常MLCC是由多層陶瓷電容疊加而成,強(qiáng)度低,極不耐受熱與機(jī)械力的沖擊。
(2)貼片過(guò)程中,貼片機(jī)Z軸的吸放高度,特別是一些不具備Z軸軟著陸功能的貼片機(jī),吸放高度由片式元件的厚度而不是由壓力傳感器來(lái)決定,故元件厚度的公差會(huì)造成開(kāi)裂。
(3)PCB的曲翹應(yīng)力,特別是焊接后,曲翹應(yīng)力容易造成元件的開(kāi)裂。
(4)一些拼板的PCB在分割時(shí)會(huì)損壞元件。
預(yù)防辦法是:認(rèn)真調(diào)節(jié)焊接工藝曲線(xiàn),特別是預(yù)熱區(qū)溫度不能過(guò)低;貼片時(shí)應(yīng)認(rèn)真調(diào)節(jié)貼片機(jī)Z軸的吸放高度;PCB的曲翹度,特別是焊接后的曲翹度,應(yīng)由針對(duì)性的校正,如果PCB板材質(zhì)量問(wèn)題,需重點(diǎn)考慮。
九其他常見(jiàn)的焊接缺陷
(1)差的潤(rùn)濕性
差的潤(rùn)濕性,表現(xiàn)在PCB焊盤(pán)吃錫不好或元件引腳吃錫不好。產(chǎn)生的原因:元件引腳PCB焊盤(pán)已氧化污染;過(guò)高的回流溫度;錫膏質(zhì)量差。均會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)濕性差,嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)虛焊。
(2)錫量很少
錫量很少,表現(xiàn)在焊點(diǎn)不飽滿(mǎn),IC引腳根彎月面小。產(chǎn)生原因:印刷模板窗口小;燈芯現(xiàn)象(溫度曲線(xiàn)差);錫膏金屬含量低。這些均會(huì)導(dǎo)致錫量小,焊點(diǎn)強(qiáng)度不夠。
(3)引腳受損
引腳受損,表現(xiàn)在器件引腳共面性不好或彎曲,直接影響焊接質(zhì)量。
產(chǎn)生原因:運(yùn)輸/取放時(shí)碰壞。為此應(yīng)小心地保管元器件,特別是FQFP.
(4)污染物覆蓋了焊盤(pán)
污染物覆蓋了焊盤(pán),生產(chǎn)中時(shí)有發(fā)生。
產(chǎn)生原因:來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的紙片、來(lái)自卷帶的異物、人手觸摸PCB焊盤(pán)或元器件、字符印刷圖位不對(duì)。因而生產(chǎn)時(shí)應(yīng)注意生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的清潔,工藝應(yīng)規(guī)范。
(5)錫量不足
錫膏量不足,生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象。
產(chǎn)生原因:**塊PCB印刷/機(jī)器停止后的印刷;印刷工藝參數(shù)改變;鋼板窗口堵塞;錫膏品質(zhì)變壞。上述原因之一均會(huì)引起錫量不足,應(yīng)針對(duì)性解決問(wèn)題。
(6)錫膏呈角狀
錫膏呈角狀,生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生,且不易發(fā)現(xiàn)、嚴(yán)重時(shí)會(huì)連焊。
產(chǎn)生原因:印刷機(jī)的抬網(wǎng)速度過(guò)快;模板孔壁不光滑,易使錫膏呈寶狀。
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