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    1. 昆山緯亞電子科技有限公司

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      SMT焊接常見缺陷原因和對策分析

      在SMT生產過程中,我們都??椿鍙馁N裝工序開始,到焊接工序結束,質量處于零缺陷狀態,但實際上這很難達到。由于SMT生產工序較多,不能保證每道工序不出現一點點差錯,因此在SMT生產過程中我們會碰到一些焊接缺陷。這些焊接缺陷通常是由多種原因所造成的,對于每種缺陷,我們應分析其產生的根本原因,這樣在消除這些缺陷時才能做到有的放矢。
       
      橋 接
       
      橋接經常出現在引腳較密的IC上或間距較小的片狀元件間,這種缺陷在我們的檢驗標準中屬于重大不良,會嚴重影響產品的電氣性能,所以必須要加以根除。
       
      產生橋接的主要原因是由于焊膏過量或焊膏印刷后的錯位、塌邊。
       
      焊膏過量
       
      焊膏過量是由于不恰當的模板厚度及開孔尺寸造成的。通常情況下,我們選擇使用0.15mm厚度的模板。而開孔尺寸由最小引腳或片狀元件間距決定。
       
      印刷錯位
       
      在印刷引腳間距或片狀元件間距小于0.65mm的印制板時,應采用光學定位,基準點設在印制板對角線處。若不采用光學定位,將會由于定位誤差產生印刷錯位,從而產生橋接。
       
      焊膏塌邊
       
      造成焊膏塌邊的現象有以下三種
       
      1.印刷塌邊
       
      焊膏印刷時發生的塌邊。這與焊膏特性,模板、印刷參數設定有很大關系:焊膏的粘度較低,保形性不好,印刷后輕易塌邊、橋接;模板孔壁若粗糙不平,印出的焊膏也輕易發生塌邊、橋接;過大的刮刀壓力會對焊膏產生比較大的沖擊力,焊膏外形被破壞,發生塌邊的概率也大大增加。
       
      對策:選擇粘度較高的焊膏;采用激光切割模板;降低刮刀壓力。
       
      2.貼裝時的塌邊
       
      當貼片機在貼裝SOP、QFP類集成電路時,其貼裝壓力要設定恰當。壓力過大會使焊膏外形變化而發生塌邊。
       
      對策:調整貼裝壓力并設定包含元件本身厚度在內的貼裝吸嘴的下降位置。
       
      3.焊接加熱時的塌邊
       
      在焊接加熱時也會發生塌邊。當印制板組件在快速升溫時,焊膏中的溶劑成分就會揮發出來,假如揮發速度過快,會將焊料顆粒擠出焊區,形成加熱時的塌邊。
       
      對策:設置適當的焊接溫度曲線(溫度、時間),并要防止傳送帶的機械振動。
       
      焊錫球
       
      焊錫球也是回流焊接中經常碰到的一個題目。通常片狀元件側面或細間距引腳之間經常出現焊錫球。
       
      焊錫球多由于焊接過程中加熱的急速造成焊料的飛散所致。除了與前面提到的印刷錯位、塌邊有關外,還與焊膏粘度、焊膏氧化程度、焊料顆粒的粗細(粒度)、助焊劑活性等有關。
       
      1.焊膏粘度
       
      粘度效果較好的焊膏,其粘接力會抵消加熱時排放溶劑的沖擊力,可以阻止焊膏塌落。
       
      2.焊膏氧化程度
       
      焊膏接觸空氣后,焊料顆粒表面可能產生氧化,而實驗證實焊錫球的發生率與焊膏氧化物的百分率咸正比。一般焊膏的氧化物應控制在0.03%左右,最大值不要超過0.15%。
       
      3.焊料顆粒的粗細
       
      焊料顆粒的均勻性不一致,若其中含有大量的20μm以下的粒子,這些粒子的相對面積較大,極易氧化,最易形成焊錫球。另外在溶劑揮發過程中,也極易將這些小粒子從焊盤上沖走,增加焊錫球產生的機會。一般要求25um以下粒子數不得超過焊料顆??倲档?%。
       
      4.焊膏吸濕
       
      這種情況可分為兩類:焊膏使用前從冰箱拿出后立即開蓋致使水汽凝聚;再流焊接前干燥不充分殘留溶劑,焊膏在焊接加熱時引起溶劑、水分的沸騰飛濺,將焊料顆粒濺射到印制板上形成焊錫球。根據這兩種不同情況,我們可采取以下兩種不同措施:
       
      (1)焊膏從冰箱中取出,不應立即開蓋,而應在室溫下回溫,待溫度穩定后開蓋使用。
       
      (2)調整回流焊接溫度曲線,使焊膏焊接前得到充分的預熱。
       
      5.助焊劑活性
       
      當助焊劑活性較低時,也易產生焊錫球。免洗焊錫的活性一般比松香型和水溶型焊膏的活性稍低,在使用時應留意其焊錫球的天生情況。
       
      6.網板開孔
       
      合適的模板開孔外形及尺寸也會減少焊錫球的產生。一般地,模板開孔的尺寸應比相對應焊盤小10%,同時推薦采用一些模板開孔設計。
       
      7.印制板清洗
       
      印制板印錯后需清洗,若清洗不干凈,印制板表面和過孔內就會有殘余的焊膏,焊接時就會形成焊錫球。因此要加強操縱員在生產過程中的責任心,嚴格按照工藝要求進行生產,加強工藝過程的質量控制。
       
      立 碑
       
      在表面貼裝工藝的回流焊接過程中,貼片元件會產生因翹立而脫焊的缺陷,人們形象地稱之為“立碑”現象(也有人稱之為“曼哈頓”現象)。
       
      “立碑”現象常發生在CHIP元件(如貼片電容和貼片電阻)的回流焊接過程中,元件體積越小越輕易發生。特別是1005或更小釣0603貼片元件生產中,很難消除“立碑”現象。
       
      “立碑”現象的產生是由于元件兩端焊盤上的焊膏在回流熔化時,元件兩個焊真個表面張力不平衡,張力較大的一端拉著元件沿其底部旋轉而致。造成張力不平衡的因素也很多,下面將就一些主要因素作扼要分析。
       
      1.預熱期
       
      當預熱溫度設置較低、預熱時間設置較短,元件兩端焊膏不同時熔化的概率就大大增加,從而導致兩端張力不平衡形成“立碑”,因此要正確設置預熱期工藝參數。根據我們的經驗,預熱溫度一般150+10℃,時間為60-90秒左右。
       
      2.焊盤尺寸
       
      設計片狀電阻、電容焊盤時,應嚴格保持其全面的對稱性,即焊盤圖形的外形與尺寸應完全一致,以保證焊膏熔融時,作用于元件上焊點的協力為零,以利于形成理想的焊點。設計是制造過程的第一步,焊盤設計不當可能是元件豎立的主要原因。具體的焊盤設計標準可參閱IPC-782《表面貼裝設計與焊盤布局標準進事實上,超過元件太多的焊盤可能答應元件在焊錫濕潤過程中滑動,從而導致把元件拉出焊盤的一端。
       
      對于小型片狀元件,為元件的一端設計不同的焊盤尺寸,或者將焊盤的一端連接到地線板上,也可能導致元件豎立。不同焊盤尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盤加熱和錫膏活動時間。在回流期間,元件簡直是飄浮在液體的焊錫上,當焊錫固化時達到其終極位置。焊盤上不同的濕潤力可能造成附著力的缺乏和元件的旋轉。在一些情況中,延長液化溫度以上的時間可以減少元件豎立。
       
      3.焊膏厚度
       
      當焊膏厚度變小時,立碑現象就會大幅減小。這是由于:(1)焊膏較薄,焊膏熔化時的表面張力隨之減小。(2)焊膏變薄,整個焊盤熱容量減小,兩個焊盤上焊膏同時熔化的概率大大增加。焊膏厚度是由模板厚度決定的,表2是使用o.1mm與0.2mm厚模板的立碑現象比較,采用的是1608元件。一般在使用1608以下元件時,推薦采用0.15mm以下模板。
       
      4.貼裝偏移
       
      一般情況下,貼裝時產生的元件偏移,在回流過程中會由于焊膏熔化時的表面張力拉動元件而自動糾正,我們稱之為“自適應”,但偏移嚴重,拉動反而會使元件立起產生“立碑”現象。這是由于:(1)與元件接觸較多的焊錫端得到更多熱容量,從而先熔化。(2)元件兩端與焊膏的粘力不同。所以應調整好元件的貼片精度,避免產生較大的貼片偏差。
       
      5.元件重量
       
      較輕的元件“立碑”現象的發生率較高,這是由于不均衡的張力可以很輕易地拉動元件。所以在選取元件時如有可能,應優先選擇尺寸重量較大的元件。
       
      關于這些焊接缺陷的解決措施很多,但往往相互制約。如進步預熱溫度可有效消除立碑,但卻有可能由于加熱速度變快而產生大量的焊錫球。因此在解決這些題目時應從多個方面進行考慮,選擇一個折衷方案。
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