SMT生產(chǎn)中錫珠,立碑問題,細(xì)間距引腳錫橋問題

    導(dǎo)讀：SMT生產(chǎn)中所有的焊點(diǎn)不良和外觀不良都可以用AOI設(shè)備檢測(cè)，這樣大大的提高了生產(chǎn)效力，降低了成本.

    今天討論焊接不良的問題,主要針對(duì)smt生產(chǎn)中的新手,在工廠生產(chǎn)過程中遇到的常見問題做些說明,因?yàn)?strong>smt技術(shù)包涵了復(fù)雜的多項(xiàng)系統(tǒng)工程技術(shù).如果有任何技術(shù)方面的小小變化都會(huì)造成電子成品的焊接質(zhì)量異常.同時(shí)表面貼裝技術(shù)(smt技術(shù))在縮小產(chǎn)品體積和重量的同時(shí)提高產(chǎn)品可靠性方面的突出表現(xiàn),是我們?cè)趕mt技術(shù)方面持續(xù)前進(jìn)的動(dòng)力.

    電子類產(chǎn)品的整機(jī)質(zhì)量的關(guān)鍵之一在于印制電路組件（PWA）的質(zhì)量.而印制電路組件的質(zhì)量關(guān)鍵在于元器件焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量。焊接質(zhì)量受到多項(xiàng)參數(shù)的影響，比如錫膏、pcb板、元器件可焊性、錫膏印刷、貼裝精度以及焊接工藝等。本章節(jié)針對(duì)所遇到的幾種典型焊接缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出對(duì)應(yīng)的工藝方法來解決。

 常見焊接缺陷分析和控制方法:1.錫珠;2.立碑問題;3.細(xì)間距引腳錫橋問題.

1.錫珠:波峰焊中的錫珠
    上對(duì)錫珠存在認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)是：印制電路組件在600范圍內(nèi)不能出現(xiàn)超過5個(gè)錫珠。錫珠的存在表明工藝不*正確，而且電子產(chǎn)品存在短路的危險(xiǎn)，因此需要排除。產(chǎn)生錫珠的原因有多種，需要找到問題根源。主要原因有兩方面：1.焊接印制板時(shí)，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(huì)通過孔壁排除，如果孔內(nèi)有焊料，當(dāng)焊料凝固時(shí)水汽就會(huì)在焊料內(nèi)產(chǎn)生空隙（針眼），或擠出焊料在印制板正面產(chǎn)生錫珠。2.在印制板反面（即接觸波峰的一面）產(chǎn)生的錫珠是由于波峰焊接中一些工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)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(jìn)入波峰時(shí)，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)則的錫珠。針對(duì)以上兩面原因，我們采取以下相應(yīng)的解決措施：1.通孔內(nèi)適當(dāng)厚度的金屬鍍層是很關(guān)鍵的，孔壁上的銅鍍層zui小應(yīng)為25um,而且無空隙。2.波峰焊機(jī)預(yù)熱區(qū)溫度的設(shè)置應(yīng)使線路板頂面的溫度達(dá)到至少100°C。適當(dāng)?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。

1.2錫珠:回流焊中的錫珠
    在元件貼裝過程中，焊膏被置于片式元件的引腳與焊盤之間，隨著印制板穿過回流焊爐，焊膏熔化變成液體，如果與焊盤和器件引腳等潤(rùn)濕不良，液態(tài)焊錫會(huì)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(gè)焊點(diǎn)。部分液態(tài)焊錫會(huì)從焊縫流出，形成錫珠?；亓骱附又谐龅腻a珠，常常藏于矩形片式元件兩端之間的側(cè)面或細(xì)距引腳之間。因此，焊錫與焊盤和器件引腳潤(rùn)濕性差是導(dǎo)致錫珠形成的根本原因。造成焊錫潤(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：a)回流溫度曲線設(shè)置不當(dāng)。焊膏的回流是溫度與時(shí)間的函數(shù)，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)溫度上升速度過快，達(dá)到平頂溫度的時(shí)間過短，使焊膏內(nèi)部的水分、溶劑未*揮發(fā)出來，到達(dá)回流焊溫區(qū)時(shí)，引起水分、溶劑沸騰，濺出焊錫珠。實(shí)踐證明，將預(yù)熱區(qū)溫度的上升速度控制在1～4°C/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(jì)結(jié)構(gòu)。模板開口尺寸腐蝕精度達(dá)不到要求，對(duì)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)在對(duì)細(xì)間距器件的焊盤漏印時(shí)，回流焊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保證焊膏印刷質(zhì)量。c)如果在貼片至回流焊的時(shí)間過長(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，焊球則會(huì)產(chǎn)生。選用工作壽命長(zhǎng)一些的焊膏（我們認(rèn)為至少4小時(shí)），則會(huì)減輕這種影響。d)另外，焊膏印錯(cuò)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，被貼放的元器件重新對(duì)準(zhǔn)、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(qiáng)操作者和工藝人員在生產(chǎn)過程的責(zé)任心，嚴(yán)格遵照工藝要求和操作規(guī)程行生產(chǎn)，加強(qiáng)工藝過程的質(zhì)量控制。

２. 立碑問題（曼哈頓現(xiàn)象）
    矩形片式元件的一端焊接在焊盤上，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(huì)造成元件兩端熱不均勻：
    a)有缺陷的元件排列方向設(shè)計(jì)。我們?cè)O(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(huì)立即熔化，如圖１所示。片式矩形元件的一個(gè)端頭先通過再流焊限線，焊膏先熔化，*浸潤(rùn)元件的金屬表面，具有液態(tài)表面張力；而另一端未達(dá)到183°C液相溫度，焊膏未熔化，只有焊劑的粘接力，該力遠(yuǎn)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(shí)進(jìn)入再流焊限線，使兩端焊盤上的焊膏同時(shí)熔化，形成均衡的液態(tài)表面張力，保持元件位置不變。
    b)在進(jìn)行汽相焊接時(shí)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(shí)，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)焊接溫度高達(dá)217°C，在生產(chǎn)過程中我們發(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，zui后緩慢進(jìn)入飽和蒸汽區(qū)焊接消除了立片現(xiàn)象。
    c)焊盤設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響。若片式元件的一對(duì)焊盤大小不同或不對(duì)稱，也會(huì)引起漏印的焊膏量不一致，小焊盤對(duì)溫度響應(yīng)快，其上的焊膏易熔化，大焊盤則相反，所以，當(dāng)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(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行焊盤設(shè)計(jì)是解決該缺陷的先決條件。

3. 細(xì)間距引腳錫橋問題
    導(dǎo)致細(xì)間距元器件引腳錫橋缺陷的主要因素有：a)漏印的焊膏成型不佳；b)印制板上有缺陷的細(xì)間距引線制作；c)不恰當(dāng)?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、回流焊工藝等關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制入手，盡可能避免橋接隱患。
3.1模板材料的選擇
    SMT工藝質(zhì)量問題70%出至于印刷這到工序，而模板是*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引腳中心距QFP208器件組裝試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，因銅模板漏印不合格而造成的疵點(diǎn)數(shù)占器件總焊點(diǎn)數(shù)（208個(gè)）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(diǎn)率平均為3%。因此，對(duì)引腳中心距為0.635mm以下的細(xì)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0.15mm～0.2mm.。
3.2絲印過程工藝控制
    焊膏在進(jìn)行回流焊之前，若出現(xiàn)坍塌，成型的焊膏圖形邊不清晰，在貼放元器件或進(jìn)入回流焊預(yù)熱區(qū)時(shí)，由于焊膏中的助焊劑軟化，則會(huì)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(huì)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，減少了坍塌。
a)絲印細(xì)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(dòng)性好，易漏印，而且模板與PCB脫模時(shí)不易帶走焊膏，保證焊膏涂覆量。但同時(shí)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，如某公司的RMA390DH3型焊膏。另外，在絲印時(shí)保持適宜的環(huán)境溫度，焊膏黏度與環(huán)境溫度的關(guān)系式表示如下 ：logu=A/T+B —————(1)
式中：u —粘度系數(shù)；
A，B—常數(shù)
T—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°C。
b)刮刀的速度和壓力也影響焊膏的流變特性。因?yàn)樗麄儧Q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(shí)間加長(zhǎng)，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zui小間隙，也會(huì)在減少細(xì)間距引腳橋接方面起到良好的效果。根據(jù)我們使用的SP200型絲印機(jī)，我們認(rèn)為印刷細(xì)間距線較理想的工藝參數(shù)是：印刷速度保持在10mm/s-25mm/s；脫模速率控制在2s左右；模板與PCB的zui小間隙小于等于0.2mm。

3.3 回流過程工藝控制

    細(xì)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(shí)，如果紅外再流焊的預(yù)熱區(qū)溫度較高、時(shí)間較長(zhǎng)，

細(xì)間距溫度曲線圖

    會(huì)將較多的活化劑在達(dá)到回流焊峰值溫度區(qū)域前就被耗盡。然而，只有當(dāng)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?，從而濕潤(rùn)金屬引腳表面，形成良好的焊點(diǎn)。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(shí)間設(shè)置稍不恰當(dāng)，便會(huì)出現(xiàn)焊接細(xì)間引線橋接現(xiàn)象。我們通過降低熱溫度和縮短預(yù)熱時(shí)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(dòng)性和對(duì)金屬引線表面的潤(rùn)濕性，減少了細(xì)間距線的橋接缺陷。針對(duì)細(xì)間距器件和阻容器件，我們采用的回流溫度焊接曲線典型例圖如圖3所示。

    當(dāng)smt技術(shù)廣泛、深入的在各個(gè)領(lǐng)域的到到應(yīng)用，SMT焊接質(zhì)量問題必將引起人們高度重視，SMT焊接質(zhì)量與整個(gè)組裝工藝流程各個(gè)環(huán)節(jié)密切相關(guān)，為了減少或避免林林總總的焊接缺陷的出現(xiàn)，不僅要提高工藝人員判斷和解決問題的能力，另外還要注重提高工藝質(zhì)量控制技術(shù)、完善工藝管理，制定出有效的控制方法，才能提高SMT焊接質(zhì)量，保證電子產(chǎn)品的zui終質(zhì)量。個(gè)人總結(jié)如果有不對(duì)的地方，懇求給與指正!

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