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    1. 昆山緯亞電子科技有限公司

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      SMT無鉛制程工藝要求及解決問題方案

       一、錫膏絲印工藝要求
       
      1、解凍、攪拌
       
      首先從冷藏庫中取出錫膏解凍至少4小時,然后進行攪拌,攪拌時間為機械2分鐘,人手3分鐘,攪拌是為了使存放于庫中的錫膏產生物理分離或因使用回收造成金屬含量偏高使之還原,目前無鉛錫膏Sn/Ag3.0/Cu0.5代替合金,比重為7.3,Sn63/Pb37合金比重為8.5因此無鉛錫膏攪拌分離時間可以比含鉛錫膏短。
       
      2、模板
       
      不銹鋼激光開口,厚度80-150目(0.1-0.25mm)、銅及電鑄Ni模析均可使用。
       
      3、刮刀
       
      硬質橡膠(聚胺甲酸酯刮刀)及不銹鋼金屬刮刀。
       
      4、刮刀速度\角度
       
      每秒2cm-12cm。(視PCB元器件大小和密度確定);角度:35-65℃。
       
      5、刮刀壓力
            1.0-2Kg/cm2 。
       
      6、回流方式
       
      適用于壓縮空氣、紅外線以及氣相回流等各種回流設備。
       
      7、工藝要求
       
      錫膏絲印工藝包括4個主要工序,分別為對位、充填、整平和釋放。要把整個工作做好,在基板上有一定的要求?;逍鑹蚱?,焊盤間尺寸準確和穩定,焊盤的設計應該配合絲印鋼網,并有良好的基準點設計來協助自動定位對中,此外基板上的標簽油印不能影響絲印部分,基板的設計必需方便絲印機的自動上下板,外型和厚度不能影響絲印時所需要的平整度等。
       
      8、回流焊接工藝
       
      回流焊接工藝是目前最常用的焊接技術,回流焊接工藝的關鍵在于調較設置溫度曲線。溫度曲線必需配合所采用的不同廠家的錫膏產品要求。
       
      二、回流焊溫度曲線
       
      本文推薦的無鉛回流焊優化工藝曲線說明(如圖二):推薦的工藝曲線上的四個重要點:
       
      1、預熱區升溫速度盡量慢一些(選擇數值2-3℃/s),以便控制由錫膏的塌邊而造成的焊點橋接、焊球等。
       
      2、活性區要求必須在(45-90sec、120-160℃)范圍內,以便控制PCB基板的溫差及焊劑性能變化等因數而發生回流焊時的不良。
       
      3、焊接的最高溫度在230℃以上保持20-30sec,以保證焊接的濕潤性。
       
      4、冷卻速度選擇在-4℃/s。
       1、焊錫膏的焊劑在濕度升至100℃時開始熔化(開始進入活性時期),焊錫膏在活化區的主要作用是將被焊物表面的氧化層去掉,如果活性區的時間過長,焊劑會蒸發揮過快,也會造成焊點表面不光滑,有顆粒狀。錫膏在熔點濕度以上(進入回流區)完全熔融的時間大約30-45秒,視該PCB厚度、元器件大小、密度來決定是否延長時間。
       
      2、活性區的溫度也可幫助PCB的元器件緩和吸收,使之大小元器件的溫差變小,減少功能壞機產生。
       
      3、進入回流爐的大小元器件的溫差大約為11.4℃,所以,我們要減少它們差也是從活性區開始控制,最大限度可將溫差減少到5-8℃。
       
      4、無鉛焊錫膏因考慮到其由多元合金組成,金屬的冷卻收縮時間不同,為了使焊點能夠光亮,除了有其它方法外,快速降溫是最有效的方法。
       
      三、在回流焊中出現的缺陷及其解決方案
       
      1、焊接缺陷分為主要缺陷、次要缺陷和表面缺陷:
       
      a.主要缺陷導致產品的SMA功能失效。
       
      b.次要缺陷是指焊點之間潤濕尚好,SMA功能正常,但會影響產品的壽命。
       
      c.表面缺陷是不影響產品的壽命和功能(通常以生產工藝、外觀、來簽別)。
       
      2、問題形成及處理方案:
       
      A.錫珠
       
      原因:
       
      在元器件貼裝過和中,焊膏被置放于片式元件的引腳與焊盤之間,如果焊盤和元件引腳潤濕不良(可焊性差),液態焊料會收縮而使焊縫不充分,所有焊料顆粒不能聚合成一個焊點。部分液態焊料會從焊縫流出,形成錫珠。
       
      a.在印刷工藝中由于模板與焊盤對中偏移導致焊膏流到焊盤外。
       
      b.貼片過程中Z軸的壓力過太瞬間將錫膏擠壓到焊盤外。
       
      c.加熱速度過快,時間過短焊膏內部水分和溶劑未能完全揮發出來,到達回流焊接區時引起溶劑、水分沸騰,濺出錫珠。
       
      d.模板開口尺寸及輪廓不清晰。
       
      解決方法:
       
      a.跟進焊盤、元件引腳和錫膏是否氧化。
       
      b.調整模板開口與焊盤精確對位。
       
      c.精確調整Z軸壓力。
       
      d.調整預熱區活化區溫度上升速度。
       
      e.檢查模板開口及輪廓是否清晰,必要時需更換模板。
       
      B.立碑(曼哈頓現象),元件一端焊接在焊盤另一端則翹立。
       
      原因:
       
      a.元件兩端受熱不均勻或焊盤兩端寬長和間隙過大,焊膏熔化有先后所致。
       
      b.安放元件位置移位。
       
      c.焊膏中的焊劑使元件浮起。
       
      d.元件可焊性差。
       
      e.印刷焊錫膏厚度不夠。
       
      解決方法:
       
      a.元件均勻和合理設計焊盤兩端尺寸對稱。
       
      b.調整印刷參數和安放位置。
       
      c.采用焊劑量適中的焊劑(無鉛錫膏焊劑在10.5±0.5%)。
       
      d.無材料采用無鉛的錫膏或含銀和鉍的錫膏。
       
      e.增加印刷厚度。
       
      C.橋接(不相連的焊點接連在一起),在SMT生產中最常見的缺陷之一,它會引起元件之間的短路。
       
      原因:
       
      a.焊錫膏質量問題,錫膏中金屬含量偏高和印刷時間過長。
       
      b.錫膏太多、粘度低、塌落度差,預熱后漫流到焊盤外,導至較密間隙之焊點橋接。
       
      c.印刷對位不準或印刷壓力過大,容易造成細間距QFP橋接。
       
      d.貼放元器件壓力過大錫膏受壓后溢出。
       
      e.鏈速和升溫速度過快錫膏中溶劑來不及揮發。
       
      解決方法:
       
      a.更換或增加新錫膏(在印刷過程中可定時補充新錫膏以保持其金屬含量及粘度)
       
      b.降低刮刀壓力,采用粘度在190±30Pa·S的錫膏。
       
      c.調整模板精確對位。
       
      d.調整Z軸壓力。
       
      e.調整回流溫度曲線,根據實際情況對鏈速和爐溫度進行調整。
       
      D.焊點錫少、焊錫量不足
       
      原因:
       
      a.錫膏不夠、機器停止后再印刷、模板開口堵塞、錫膏品質變壞。
       
      b.焊盤和元器件可焊性差。
       
      c.回流時間少。
       
      解決方法:
       
      a.增加模板厚度,增加印刷壓力,停機后再開機應檢查模板是否堵塞。鉛焊錫使用的模板開口在設計允許的情況下要比焊盤大≥100%。
       
      b.選用可焊性較好之焊盤和元器件。
       
      c.增加回流時間。
       
      E.假焊
       
      原因:
       
      a.元器件和焊盤可焊性差。
       
      b.再流焊溫度和升溫速度不當。
       
      c.印刷參數不正確。
       
      d.印刷后滯流時間過長,錫膏活性變差。
       
      解決方法:
       
      a.加強對PCB和元器件的篩選,保證焊接性能良好。
       
      b.調整回流焊溫度曲線。
       
      c.改變刮刀壓力和速度,保證良好的印刷效果。
       
      d.錫膏印刷后盡快貼片過回流焊。
       
      F.冷焊(焊點表面偏暗、粗糙,與被焊物沒有進行融熔。)
       
      原因:
       
      a.加熱溫度不適合。
       
      b.焊錫變質。
       
      c.預熱時間過長或溫度過高。
       
      解決方法:
       
      a.調整回流溫度曲線,依照供應商提供的曲線參考,再根據所生產之產品的實際情況進行調整。
       
      b.換新錫膏。
       
      c.檢查設備是否正常,改正預熱條件。
       
      G.芯吸現象
       芯吸現象產生的原因通常認為是元件引腳的導熱率大,升溫迅速以致焊料優先潤濕引腳,焊料與引腳之間的潤濕力遠大于焊料與焊盤之間的潤濕力,引腳的上翹更會加劇芯吸現象的發生。在紅外線回流焊中,PCB基材與焊料中的有機助焊劑是紅外線的優良吸收介質,而引腳卻能部份反射紅外線,相比而言,焊料優先熔化,它與焊盤的潤濕力大于焊料與它與引腳之間的潤濕力,故焊料不會沿引腳上爬,相反焊料沿引腳上爬。
       
      解決方法:
       
      在回流焊時應首先將SMA充分預熱后再放入回流爐中,認真檢查和保證PCB板焊盤的可焊性;被焊元件的共面性不可忽視,對共性面不良的器件不應用于生產。
       
      H.IC引腳開路/虛焊
       
      IC引腳焊接后出現部分引腳虛焊,是常見的焊接缺陷。
       
      原因:
       
      a.元件共面性差,特別是QFP器件,由于保管不當,造成引腳變形,有時不易發現(部分貼片機沒有共面性檢查功能)。
       
      b.是引腳可焊性不好,引腳發黃,存放時間長。
       
      c.是錫膏活性不夠,金屬含量低,通常用于QFP器件的焊接用錫膏金屬含量不低于90%。四是預熱溫度過高,引起件腳氧化,可焊性變差。五是模板開口尺寸小,錫量不夠,針對以上的問題做出相應的解決辦法。
       
      I.焊料結珠
       
      焊料結珠是在使用焊膏和SMT工藝時焊料成球的一個特殊現象,簡單地說,焊料結珠是指那些非常大的焊球,其上粘著有(或沒有)細小的焊料球,它們形成在具有極低的托腳的元件,如芯片電容器的周圍。焊料結珠是由焊劑排氣而引起,在預熱階段這種排作用超過了焊劑的內聚力,排氣促進了焊膏在低間隙元件下形成立的團粒,在軟熔時熔化了折焊膏再次從元件下冒出來,并聚結起來。
       
      原因:
       
      a.印刷電路的厚度太高;焊點和元件重疊太多。
       
      b.在元件下涂了過多的錫膏;安放元件壓力太大。
       
      c.預熱時時溫度上升速度太快;預熱溫度太高。
       
      d.元件和錫膏受潮;焊劑的活性太高;焊粉太細或氧化物太多。
       
      e.焊膏坍落太多。
       
      解決方法:
       
      是改變模版的孔隙形狀,以使在低托腳元件和焊點之間夾有較少的焊膏。
       
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